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污水生物处理技术3.厌氧生物处理张永军教授南京工业大学环境学院内容•概论•厌氧过程的机理•影响因子•常见厌氧工艺•小结•污水生物处理技术总结1/26基本概念•在无分子氧的条件下，通过厌氧微生物(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。•与好氧过程的根本区别：不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。•依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌的联合作用完成。2/26主要优点•能耗低：无需曝气，还能产生沼气；•污泥产量低：产酸菌的产率为0.15-0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25-0.6kgVSS/kgCOD。•降解能力：可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解。3/26主要缺点•菌群复杂：厌氧消化过程是由多种不同性质、不同功能的厌氧微生物协同工作的一个连续的生化过程，不同种属间细菌的相互配合或平衡较难控制，因此在运行厌氧反应器的过程中需要很高的技术要求；•对环境条件敏感：对温度、pH等环境因素非常敏感，也使得厌氧反应器的运行和应用受到很多限制和困难；•出水水质差：处理高浓度的工业废水时效率高，但出水水质通常较差，要利用好氧工艺进行进一步的处理；4/26主要缺点•有异味：厌氧生物处理的气味较大；•对氨氮的去除效果差：一般认为在厌氧条件下氨氮不会降低，而且还可能由于原废水中含有的有机氮在厌氧条件下的转化导致氨氮浓度的上升。5/26I甲酸类甲醇产甲胺通过不同废水或污泥蛋白质氨基酸物乙酸等途径转化中不溶态大多糖C6H12O6为CH4、分子有机物脂类甘油II丙酸CO2等脂肪酸类丁酸CO2、［H］产乳酸和乙酸物乙醇等水解阶段酸化阶段气化阶段酸化I酸化II不完全厌氧消化(酸发酵)发酵菌发酵菌甲烷菌产氢产乙酸菌厌氧过程机理6/26厌氧过程机理生化阶段ⅠⅡⅢ物态变化水解酸化（1）酸化（2）气化生化过程大分子不溶态有机物转化为小分子溶解态有机物小分子溶解态有机物转化为（H2+CO2）及A、B两类产物B类产物转化为（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群发酵细菌产氢产乙酸细菌甲烷细菌7/26影响因子•营养：废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。COD∶N∶P=200∶5∶18/26影响因子•氧化还原电位（ORP）：厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废水中的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。9/26影响因子•氧化还原电位（ORP）：高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~-600mV；中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300~-380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖；甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。10/26影响因子•温度：厌氧消化对温度的突变十分敏感，要求日变化小于±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。低温消化温度为15-25℃中温消化温度为30-38℃（以33-35℃为多）；高温消化温度为50-55℃11/26影响因子•pH值及酸碱度产甲烷菌的pH值范围在6.8-7.2，最佳的pH值范围在6.5-7.5之间，若超出此界限范围，产甲烷速率将急剧下降产酸菌的pH值范围在4.5-8.0之间。当厌氧反应器运行的pH值超出甲烷菌的最佳pH值范围时，系统中的酸性发酵可能超过甲烷发酵，会导致反应器内呈现“酸化”现象。12/26影响因子•有机负荷率：正常处理的厌氧处理装置是处于甲烷发酵阶段，污泥和废水在厌氧反应器内的停留时间是一定的，如果投加生污泥或有机物过多，则产酸速率将超过产甲烷速率，有机酸会积累起来，超过缓冲能力后，反应器会发生酸化，产甲烷细菌将受到抑制。•搅拌：充分混合，使反应器内的温度、有机酸、厌氧菌分布均匀，并能防止消化池表面形成污泥壳，以利于沼气的释放。搅拌可提高沼气产量和缩短消化时间。13/26常用的厌氧工艺•厌氧接触法•升流式厌氧污泥床反应器（UASB）•内循环厌氧反应器•厌氧折流板反应器•厌氧生物滤池14/26厌氧接触法15/26升流式厌氧污泥床反应器（UASB）16/26内循环（IC）厌氧反应器17/26厌氧折流板反应器18/26厌氧生物滤池19/26厌氧工艺的操作•污泥消化的启动-清水试验，检查漏水和气密性；-投加接种污泥，一般要求用滤网过滤（2-5mm）；-开始少量投加浓缩后的生污泥；-测定产气量、沼气成分、VFA、pH等；-正常消化后，逐渐增加投泥量，直至达到设计的污泥投配率，这一过程一般需要40-60天。20/26厌氧工艺的操作•UASB的启动-投加接种污泥：厌氧消化污泥，或剩余活性污泥等；接种量一般为10-20kgVSS/m3；-启动初期的污泥负荷应低于0.1-0.2kgCOD/kgSS·d，容积负荷应小于0.5kgCOD/m3.d；-保证一定的水力上升流速，一般要求大于1m3/m2·d，当其大于0.251m3/m2·d时，就会产生水力分级作用；21/26厌氧工艺的操作•UASB的启动-进水浓度过高时，可回流或稀释等措施；-一般要求溶解性COD的去除率大于80%左右时，应及时提高负荷；-出水VFA浓度一般应控制在1000mg/l以下。•运行管理指标-温度、pH、COD去除率、有机容积负荷、有机污泥负荷、水力停留时间、剩余污泥产量、产气量22/26厌氧工艺的操作•控制负荷率负荷过高：营养充分，产物有机酸产量大，超过甲烷菌的吸收利用能力，有机酸积累pH下降，是低效不稳定状态。负荷适中：产酸细菌代谢产物中的有机物（有机酸）基本上能被甲烷菌及时利用，并转化为沼气，残存有机酸量仅为几百毫克/升。pH＝7～7.5，呈弱碱性，是高效稳定发酵状态。机负过低：供给养料不足，产酸量偏少，pH＞7.5是碱性发酵状态，是低效发酵状态。23/26厌氧工艺的操作•控制温度发酵要求较高的温度，每去除8000mg/L的COD所产沼气，能使水温升高10℃，一般工艺设计中温消化30-35℃。•pH的控制pH＜6.5或高于8.0，则要调整液料pHpH＜6.8～7，应减少有机负荷率pH＜6.5，应停止加料，必要时加入石灰中和24/26小结•厌氧过程包括：水解、酸化、产甲烷•影响因子包括：温度、pH、碱度、氧化还原电位、负荷•常见的厌氧工艺•运行管理25/26生物处理技术总结•微生物个体微小（微米范围）、种类繁多、代谢繁殖快•代谢方式：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵•活性污泥是一种混合微生物：细菌、真菌、藻类、微型动物•SVI反映了沉降性能（污泥膨胀时，SVI过高）、MLSS反映污泥浓度•硝化作用、反硝化作用•常见活性污泥工艺、生物膜工艺•厌氧过程包括：水解、酸化、产甲烷•常用的厌氧工艺：UASB、IC等26/26多谢各位！