12第十二章 厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术

43
44
UASB反应器的组成
(1)进水配水系统 将废水尽可能均匀地分配 到整个反应器，并有水力搅拌功能。 (2)反应区 其中包括污泥床区和污泥悬浮层
区，有机物主要在这里被厌氧菌所分解。
(3)三相分离器 由沉淀区、回流缝和气封组
成，其功能是把沼气、污泥和液体分开。
45
(4)出水系统 其作用是把沉淀区表层处理过的水
19
温度对厌氧消化过程的影响
产气量（L / L . d ）
20
8
有机负荷 产气量
4 3 2 1 0
有机物负荷 (g/L.d）
6 4 2 0 25 30 35 40 45 50 55 60 温度（℃）
4. pH值
每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸 细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH 值范围较广，在4.5-8.0之间。 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适 宜pH值为7.0-7.2。 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲 烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡， 避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在 6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。 21
26
1.普通厌氧消化池
普通消化池又称传统或常规消化池 (conventional digester) 消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期 或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别 由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排 出。 池径从几米至三、四十米，柱体部分的 高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排 泥。 为使进水与微生物尽快接触，需要一定 的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)池内机械 搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。 27
41
42
2) UASB的构造和组成
由图可见，UASB工作 时，废水从反应器底部进入， 与污泥床层的高浓度颗粒污 泥接触，污染物被分解产生 沼气。污水、污泥和沼气一 起向上流动，进入反应器的 上部的三相分离器，完成气、 液、固三相的分离。被分离 的消化气从上部导出，被分 离的污泥则自动滑落到悬浮 污泥层。出水则从澄清区流 出。
通过发酵作用产生挥发性有机酸和醇，往往使处
理构筑物中混合液的pH值保持在较低的水平。
4
一、非产甲烷细菌的分类
发酵细菌群 产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群
5
二、产酸发酵代谢产物的NADH/NAD+调节
非产甲烷细菌中缺乏电子传递体系，因而发酵过程中通过 脱氢作用所产生的“多余”电子，必须通过其他途径得以 “释放”，才能保证代谢过程的正常进行。 碳水化合物经EMP途径产生的NADH+H+，一般可通过 与一定比例的丙酸、丁酸、乙醇及乳酸等发酵相偶联而得 以氧化为NAD+，从而保证NADH+H+平衡。
（a）通过污泥回流，保持消化池内污泥 浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能 力强； （ b ）消化池的容积负荷较普通消化池高， 中温消化时，一般为 2-l0kgCOD/m 3· d， 水力停留时间比普通消化池大大缩短， 如常温下，普通消化池为 15-30 天，而 接触法小于10天；
35
（c）可以直接处理悬浮固体含量较高或
3. 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替 15
第四节 厌氧生物处理工艺学
控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、 营养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还 原电位、有毒物质等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主 要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步 骤。
气体来实现污泥与基质的充分接触。
（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度 为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓 度60-80g/L，污泥悬浮层(sludge blanket)污泥浓 度5-7g/L；
均匀地 加以收集，排出反应器。
(5)气室 也称集气罩，其作用是收集沼气。 (6)浮渣清除系统 其功能是清除沉淀区液面和气 室表面的浮渣，根据需要设置。 (7)排泥系统 其功能是均匀地排除反应区的剩余
污泥。
46
3) 上流式厌氧污泥床反应器的基本特点
优点： 有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足 要求;污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增 强;在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的
10
2. 分离产甲烷细菌的基本要点 在完全无氧的条件下制备培养基 往培养基里加还原剂——树脂天青 在无氧条件下分装试管 滚管
11
三、 产甲烷细菌的形态特征
分为杆状、球状、螺旋状和八叠球状四类。 产甲烷细菌均不形成芽孢，革兰氏染色不定，有 的具有鞭毛。
12
四、产甲烷细菌的营养特征
不同的产甲烷细菌生长过程中所需碳源是不一样的。在纯 培养条件下，几乎所有的产甲烷细节都能利用H2和CO2 生产甲烷。在厌氧生物处理中，绝大多数产甲烷细菌都能 利用甲醇、甲胺、乙酸，所以在厌氧生物处理反应设备中 最为常见。
产甲烷细菌在生活中需要某些维生素和微量元素。
13
第三节 厌氧生物处理微生物生态学
24
二、废水厌氧生物处理工艺
废水厌氧生物处理与好氧生物处理相比具有以下优点： ① 厌氧法处理废水可直接处理高浓度有机废水，耗能少，运 行费低； ② 污泥产率低； ③ 需要附加营养物质少； ④ 厌氧法处理废水可回收沼气。
25
厌氧反应器
厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、 上流式厌氧污泥床反应器等。 厌氧生物膜法包括厌氧生物滤池、厌氧流化床、厌 氧生物转盘等。

30
化粪池
化粪池用于处理来自厕所的粪便污水。广泛 用于不设污水厂的合流制排水系统。例如，郊区 的别墅式建筑。 下图是化粪池的一种构造方式。
31
32
2.
厌氧接触法
在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消 化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。
厌 氧 接 触 法 工 艺
动 画
33
厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法， 不需要曝气而需要脱气。 厌氧接触法对悬浮物高的有机废水(如 肉类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为 微生物的载体，并且很容易在沉淀池中沉 淀。 在混合接触池中，要进行适当搅拌以 使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方 法，也可以用泵循环池水。
34
厌氧接触法的特点:
有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1)发酵性细菌 (2)产氢产乙酸细菌 (3)同型产乙酸菌 (4) 利用 H2 和 CO2 产甲烷菌（ 30% ） (5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）
产甲烷化学过程
4H2+C02→CH4＋2H20 CH3C00H→CH4+C02
3
第一节 非产甲烷细菌
非产甲烷细菌常称为产酸菌，它们能将有机底物
37
3. 上流式厌氧污泥床反应器UASB

1)概述 上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称 UASB反应器，是由荷兰的G. Lettnga等人 在70年代初研制开发的。

污泥床反应器内没有人工载体，反应器内微
生物以自身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，
一、非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系
1. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物 2. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位 3. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4. 产甲烷细菌为非产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制 5. 非产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值

100
相对活性（％）
80 60 40 20 0 4 5 6 7 8 9
pH 值
pH值对产甲烷菌活性的影响
22
5. 搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触， 加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵 池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活 跃状态，以提高发酵池的负荷。
23
6. 接种细菌 为了缩短启动时间，可以人为地接种微生物，主 要是接种产甲烷细菌。一般可直接接取城市废水 处理厂污泥消化池中的污泥，亦可取池塘淤泥接 种到消化池中。
因而能达到高生物量和高效高负荷。
38

上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩
形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆 弧形。

大型装置为便于设置气、液、固三相分离器， 则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污
泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构
或钢筋混凝土结构。
39
UASB反应器示意图
40
产甲烷细菌属于古生菌。可利用H2还原CO2合成CH4，亦 可利用一碳有机化合物和乙酸为底物。
8
一、产甲烷细菌的生理特征
产甲烷细菌是严格专性厌氧菌 产甲烷细菌生长特别缓慢 产甲烷细菌对环境影响非常敏感 产甲烷细菌属于古细菌 产甲烷细菌分离培养比较困难
9
二、产甲烷细菌的分离
1. 分离产甲烷细菌应具备的条件 严格厌氧条件是分离产甲烷细菌的决定性因素。产甲烷细菌 遇氧后会受到抑制，失去活性，要求的氧化还原电位很低， 只有在 -330mV以下才能生长。 培养基中添加还原剂，如Na2S、半胱氨酸。 密封的培养容器气相中也要求无氧，可以向容器里充H2和 CO2比例为70:30。
第十二章 厌氧生物学原理及厌 氧生物处理技术
1
厌氧生物处理是利用厌氧微生物达到废水、污泥 处理及获得沼气过程的统称。 厌氧生物处理过程是一个连续的微生物学过程， 根据所含微生物的种属及其反应特征，可分为四 个主要阶段。参与厌氧消化的微生物类群总体上 可分为两大类：非产甲烷菌和产甲烷菌。
2
厌氧处理的基本原理
在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化