第七章厌氧生物处理工艺
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厌氧处理工艺
pH值
• pH值是厌氧处理工艺的关键参数 之一。厌氧微生物对pH值的变化 非常敏感，适宜的pH值范围为 6.5-7.5。在酸性条件下，厌氧微 生物的活性受到抑制，导致有机 物降解速率降低。在碱性条件下 ，虽然某些厌氧微生物能够适应 较高的pH值，但过高的pH值会 导致沼气产量减少。因此，需要 控制好厌氧反应器的pH值，使其 保持在一个适宜的范围内。
产甲烷菌
产甲烷菌是厌氧处理工艺中的另一类重 要微生物，主要负责将简单有机物转化 为甲烷气体。
产甲烷菌通过一系列生物反应将VFAs等简单 有机物转化为甲烷，同时释放能量。
产甲烷菌的生长和代谢受到多种因 素的影响，如温度、pH值、氧化还 原电位等，因此在实际应用中需要 精细控制这些参数以确保产甲烷菌 的正常活动。
06
厌氧处理工艺的发展趋势和未来展望
提高能源回收效率
厌氧反应器的优化设计
通过改进反应器的结构和操作方式，提高甲烷产率，降低能耗，提高能源回收 效率。
高效分离技术
采用高效的气体分离技术，将沼气中的甲烷进行提纯，提高甲烷的品质和回收 率。
高效器，如升流式厌氧污泥床（UASB） 、膨胀颗粒污泥床（EGSB）等，以提高反应器的处理效 率和容积负荷。
厌氧处理工艺是一种生物处理技术， 利用厌氧微生物的代谢作用，将废水 中的有机物转化为甲烷和二氧化碳等 气体，实现废水的减量化和稳定化。
厌氧处理工艺的原理
厌氧微生物
厌氧处理工艺的核心是厌氧微生物， 它们在无氧或低氧环境中生存，通过 发酵和产酸等代谢过程将有机物转化 为甲烷和二氧化碳等气体。
发酵过程
产甲烷过程
厌氧-膜分离联合处理
将厌氧处理工艺与膜分离技术相结合，通过膜分离技术对厌氧反应后的出水进行深度处 理，提高出水水质。
厌氧生物滤池工艺流程
厌氧生物滤池工艺流程
《厌氧生物滤池工艺流程》
厌氧生物滤池工艺是一种常用的废水处理方法，通过厌氧条件下的微生物群落来去除有机物质和氮磷等污染物。
其工艺流程一般包括预处理、厌氧生物滤池反应和后处理三个主要步骤。
首先是预处理阶段，废水首先经过粗筛、调节水质、去除沉积物等预处理步骤，将废水中的大颗粒杂质和污泥等物质去除，以保证后续的处理过程能够正常进行。
然后将预处理后的水送入厌氧生物滤池反应区。
在厌氧生物滤池反应区，废水接触到被固定在填料表面的微生物，通过微生物对有机物质的降解和氮磷的去除来洁净水体。
微生物在厌氧条件下对有机物质进行分解和氮磷的去除，同时产生甲烷等气体。
在这一过程中，需要控制好温度、PH值和氧化还原电位等参数，以保证微生物活性和反应效果。
最后是后处理阶段，主要是分离和处理出来的沉淀物和气体等产物。
将沉淀物进行浓缩、脱水等处理，以减少后续处置的负担，同时对排放的气体进行收集和处理，以保护环境。
整个工艺流程涉及到物理、化学和生物等多种工艺，需要严格控制各个环节的参数以保证处理效果。
厌氧生物滤池工艺在废水处理方面具有较好的效果和适用性，被广泛应用于各种工业废水和生活污水的处理中。
厌氧生物法
超高
三相分离区
反应区
布水区
UASB布置结果示意图
（a）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30～40g/L，
其中底部污泥床污泥浓度60～80g/L，污泥悬浮层污泥浓 度5～7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70～80％的 高度发展的颗粒污泥组成，颗粒的直径一般在0.5～ 5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。
（2）中温消化（35～38 ℃ ） （3）高温厌氧消化（50～55 ℃ ）
温度对厌氧消化过程的影响
7.2.2 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，pH6.6～7.4较为适宜。 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。
7.3 厌氧反应器
7.3.1厌氧工艺的有关术语
（1）上流速度（表面速度或表面负荷）：反应器单位横截面面积上的向上流动 的进液流体流量，（m/h）。 （2）水力停留时间（HRT）：进入反应器的废水在反应器内的平均停留时间。 HRT＝V/Q ＝H/u （h） （3）反应器中的污泥量：反应器中的污泥量通常以悬浮物（TSS）或挥发性悬 浮物（VSS）的平均浓度来表示，单位为gVSS/L或gTSS/L。VSS和TSS的 比之也被用来评价污泥的品质。 （4）反应器的有机负荷（OLR）：分为容积负荷（VLR）和污泥负荷（SLR）。 VLR表示单位反应器容积每日接受的废水中总有机污染物的量，其单位为 kgCOD/（m3· d）或 kgBOD/( m3· d). (5)污泥体积指数（SVI）：表示污泥沉降性能的参数。 （6）污泥的比产甲烷活性：在一定条件下，单位治理的厌氧污泥产甲烷的最大 速率，单位为mLCH4/（gVSS· d）或 m3CH4/（kgVSS· d）。 （7）反应器内的污泥停留时间（SRT）:亦称泥龄。
厌氧生物处理-new
第三代厌氧反应工艺
厌氧反应器中污泥与废水的混合，首先取决于布水系统的设计，合 理的布水系统是保证固液充分接触的基础。与此同时，反应器中液体表面 上升流速、沼气的搅动等因素也对污泥与废水的混合起到极其重要的作用。 当反应器的布水系统已经确定后，如果在低温条件下运行，或在启动初期 (只能在低负荷下运行)，或处理较低浓度的有机废水时，由于不可能产生 大量沼气的较强扰动，因此，反应器中混合效果较差，从而出现短流，如 果提高反应器的水力负荷来改善混合状况，则会出现污泥流失。在实际应 用中，UASB还存在着所允许的液体表面上升流速很低、启动并达到稳定 状态的时间较长、不适合处理SS含量高的污水等不足。 代表工艺：厌氧膨胀颗粒污泥床 (Expanded Granular Sludge Blanket， 简称EGSB)、厌氧内循环反应器(Internal Circulation reactor，简称IC)、 升流式厌氧污泥床过滤器(Upflow anaeroBic sludge Filter，简称UBF)
3. 厌氧生物滤池
厌氧生物滤池的构造类似于一般的生物滤池，但池顶密封， 产生的沼气聚焦在池顶部罩内，并从顶部引出。 处理水所挟带的生物膜，在滤后沉淀池分离。
3.解决办法：用两相厌氧生物处理工艺中的产酸相先期还原硫酸菌。
反硝化与厌氧氨氧化：
1.无氧条件下存在：NH4+和NO2-化能异养型菌 2.定义：在厌氧条件下，过程为厌氧氨氧化 3.有氧条件： NH4+ →NH2OH →NO2- →NO3－ 4.厌氧条件： NO3- →NO2- →NO →N2O → N2
第三代厌氧反应器的共同特点是：微生物均以颗粒污泥固定化方式 存在于反应器中，反应器单位容积的生物量更高；能承受更高的水力负荷， 并具有较高的有机污染物净化效能；占地面积小。 这些新型高效厌氧反应器反应工艺的出现，突破了厌氧处理较长的 水力停留时间，较高的反应温度和较低的容积负荷的传统模式，极大地促 进了厌氧生物处理技术在实践中的应用和发展。
厌氧生物处理
厌氧生物处理法简介
作者：张欣
一、厌氧生物处理法的定义
厌氧生物处理又称为厌氧消化、厌氧 发酵,是指在没有游离氧的条件下由多种 厌氧或兼性厌氧微生物的共同作用,使有 机物分解并产生CH4和CO2的过程。
二、厌氧生物处理的特点
• ①不需要另加氧元源，运行费用低； • ②剩余污泥少； • ③可回收能源—甲烷； • ④反应速度较慢，反应时间长； • ⑤处理构筑物容积大。一般可用于对有
（2）升流式厌氧污泥床(UASB)
• 该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污 泥法的双重特点，作为能够将污水中的 污染物转化成再生清洁能源——沼气的 一项技术。对于不同含固量污水的适应 性也强，且其结构、运行操作维护管理 相对简单，造价也相对较低，技术已经 成熟，正日益受到污水处理业界的重视 ，得到广泛的欢迎和应用。
4.3第三代厌氧反应器
厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB） 厌氧内循环（IC） 上流污泥床过滤器( UBF) 厌氧序批反应器（ASBR） 折流式厌氧反应器（ABR） 厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR） 上流式分段污泥床（USSB）
• ①厌氧颗粒污泥膨胀床( EGSB)
EGSB 与UASB 反应器的不同之处仅仅在 于运行方式。上流速度高达2. 5～6. 0 m/ h ,远 远大于UASB 反应器中采用的约0. 5～2. 5 m/ h 的上流速度。因此,在EGSB 反应器内颗粒污泥 床处于“膨胀状态”,而且在高的上流速度和产 气的搅拌作用下,废水与颗粒污泥间的接触更充 分,水力停留时间更短,从而可大大提高反应器的 有机负荷和处理效率。
UASB的工作原理 ：
• UASB由污泥反应区、气液固三相分离器 （包括沉淀区）和气室三部分组成。在 底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有 良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下 部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污 泥床底部流入与污泥层中与污泥进行混 合接触，污泥中的微生物分解污水中的 有机物，把它转化为沼气。
作者：张欣
一、厌氧生物处理法的定义
厌氧生物处理又称为厌氧消化、厌氧 发酵,是指在没有游离氧的条件下由多种 厌氧或兼性厌氧微生物的共同作用,使有 机物分解并产生CH4和CO2的过程。
二、厌氧生物处理的特点
• ①不需要另加氧元源，运行费用低； • ②剩余污泥少； • ③可回收能源—甲烷； • ④反应速度较慢，反应时间长； • ⑤处理构筑物容积大。一般可用于对有
（2）升流式厌氧污泥床(UASB)
• 该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污 泥法的双重特点，作为能够将污水中的 污染物转化成再生清洁能源——沼气的 一项技术。对于不同含固量污水的适应 性也强，且其结构、运行操作维护管理 相对简单，造价也相对较低，技术已经 成熟，正日益受到污水处理业界的重视 ，得到广泛的欢迎和应用。
4.3第三代厌氧反应器
厌氧颗粒污泥膨胀床（EGSB） 厌氧内循环（IC） 上流污泥床过滤器( UBF) 厌氧序批反应器（ASBR） 折流式厌氧反应器（ABR） 厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR） 上流式分段污泥床（USSB）
• ①厌氧颗粒污泥膨胀床( EGSB)
EGSB 与UASB 反应器的不同之处仅仅在 于运行方式。上流速度高达2. 5～6. 0 m/ h ,远 远大于UASB 反应器中采用的约0. 5～2. 5 m/ h 的上流速度。因此,在EGSB 反应器内颗粒污泥 床处于“膨胀状态”,而且在高的上流速度和产 气的搅拌作用下,废水与颗粒污泥间的接触更充 分,水力停留时间更短,从而可大大提高反应器的 有机负荷和处理效率。
UASB的工作原理 ：
• UASB由污泥反应区、气液固三相分离器 （包括沉淀区）和气室三部分组成。在 底部反应区内存留大量厌氧污泥，具有 良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下 部形成污泥层。要处理的污水从厌氧污 泥床底部流入与污泥层中与污泥进行混 合接触，污泥中的微生物分解污水中的 有机物，把它转化为沼气。
7 厌氧生物处理
C2H3O2Na+2O2→ NaHCO3+CH4+29.3kj/mol
二、厌氧生物处理的基本原理
5、产甲烷阶段
理论产生甲烷量：
1、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为 甲烷和CO2等气体，这样的混合气体统称为沼气；产生 沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成， 一般可以用下式进行估算：
4、产氢产乙酸阶段
主要微生物： 产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌 产物：乙酸、甲烷、CO2、H2
二、厌氧生物处理的基本原理
5、产甲烷阶段
主要微生物：产甲烷菌
产物：甲烷
特征：细胞的增殖很少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，
消化时间长）；食物不足；产生能量仅为好氧1/20-1/30。
反应方程式：
在厌氧消化产甲烷菌时：
离。
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二、厌氧生物处理的基本原理
1、复杂有机物的厌氧降解过程
传统观念－－两阶段理论
•酸性发酵阶段——柠檬酸、乳酸、醋酸、脂肪酸等； •稳定发酵阶段（产气阶段）——甲烷和CO2
•发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。
•产生有还原性的有机物；
• CH3COCOOH→2CO2+CH3CHO • 2CH3COOH→2CH4+2CO2
3）接触的作用：提高传质速率，厌氧污泥与介质间的液 膜厚度，布水系统。
三、厌氧微生物生态学
2、影响甲烷细菌的主要生态因子
生物固体停留时间（污泥龄）与负荷
1） 停留时间 θc=Mr/Фe
其中：Mr－－ 消化池内总生物量 Фe=Me/t －－消化池每日排出的生物量； Me－－－排出的生物总量， t－－－排泥时间
行降解或部分降解；对于某些含有难降解有机物的废水， 利用厌氧工艺进行处理可以获得更好的处理效果。
二、厌氧生物处理的基本原理
5、产甲烷阶段
理论产生甲烷量：
1、糖类、脂类和蛋白质等有机物经过厌氧消化能转化为 甲烷和CO2等气体，这样的混合气体统称为沼气；产生 沼气的数量和成分取决于被消化的有机物的化学组成， 一般可以用下式进行估算：
4、产氢产乙酸阶段
主要微生物： 产氢产乙酸菌以及同型乙酸菌 产物：乙酸、甲烷、CO2、H2
二、厌氧生物处理的基本原理
5、产甲烷阶段
主要微生物：产甲烷菌
产物：甲烷
特征：细胞的增殖很少，（甲烷细菌不繁殖，数量少，
消化时间长）；食物不足；产生能量仅为好氧1/20-1/30。
反应方程式：
在厌氧消化产甲烷菌时：
离。
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二、厌氧生物处理的基本原理
1、复杂有机物的厌氧降解过程
传统观念－－两阶段理论
•酸性发酵阶段——柠檬酸、乳酸、醋酸、脂肪酸等； •稳定发酵阶段（产气阶段）——甲烷和CO2
•发酵：指氢供体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用。
•产生有还原性的有机物；
• CH3COCOOH→2CO2+CH3CHO • 2CH3COOH→2CH4+2CO2
3）接触的作用：提高传质速率，厌氧污泥与介质间的液 膜厚度，布水系统。
三、厌氧微生物生态学
2、影响甲烷细菌的主要生态因子
生物固体停留时间（污泥龄）与负荷
1） 停留时间 θc=Mr/Фe
其中：Mr－－ 消化池内总生物量 Фe=Me/t －－消化池每日排出的生物量； Me－－－排出的生物总量， t－－－排泥时间
行降解或部分降解；对于某些含有难降解有机物的废水， 利用厌氧工艺进行处理可以获得更好的处理效果。
污水处理-厌氧生物处理方法
1)厌氧生物处理的早期目的和过程
2、气化阶段： 有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为生物气，也可称消化气，主体是CH4，因此气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生CH4外，还产生CO2和微量H2S。
1)厌氧生物处理的早期目的和过程
液化阶段： 兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，pH迅速下降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。 气化阶段： 专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最佳pH值7.2-7.5，有机酸浓度不超过2000mg/L，最佳50－500mg/L， 碱度不应超过5000mg/L，最佳2000－3000mg/L 污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。
早期的厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污泥中的固态有机物降解为液态和气态的物质。 污泥的消化过程明显分为两个阶段：固态有机物先液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；整个过程历时半年以上。
1)厌氧生物处理的早期目的和过程
1、液化阶段 最显著的特征是液态污泥的PH值迅速下降，不到10天，降到最低值(例如在室温下，露在空气中的食物几天内就变馊发酸)，所以又称酸化阶段。 污泥中的固态有机物如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和C02、H2、NH3、H2S等气体分子。由于转化产物中有机酸是主体，所以导致PH值下降。 又由于产生的NH3溶解于水后产生的NH4OH具有碱性，产生中和反应并经过长时间的过程后使PH值回升，并进入气化阶段。
2、酸碱度、pH值
三、厌氧消化的影响因素与控制要求
厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。最适pH值为7.0～7.2，pH6.6～7.4较为适宜。 pH值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要环境因素。 影响微生物对营养物的吸收； pH强烈地影响酶的活性，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。
2、气化阶段： 有机酸、醇、醛等中间产物在甲烷菌的作用下转化为生物气，也可称消化气，主体是CH4，因此气化阶段常称甲烷化阶段。该阶段除产生CH4外，还产生CO2和微量H2S。
1)厌氧生物处理的早期目的和过程
液化阶段： 兼性厌氧菌作用，大量氢产生，也称氢发酵阶段，有机酸大量积累，pH迅速下降，污泥带有粘性，呈灰黄色，并发出恶臭，污泥称为酸性发酵污泥。 气化阶段： 专性厌氧菌作用，需隔绝光和空气，最佳pH值7.2-7.5，有机酸浓度不超过2000mg/L，最佳50－500mg/L， 碱度不应超过5000mg/L，最佳2000－3000mg/L 污泥呈黑色，稳定不易腐化，无甚恶臭，易于脱水，这种污泥成为熟污泥或消化污泥。
早期的厌氧处理研究主要针对污泥消化，即将污泥中的固态有机物降解为液态和气态的物质。 污泥的消化过程明显分为两个阶段：固态有机物先液化，称液化阶段；接着降解产物气化，称气化阶段；整个过程历时半年以上。
1)厌氧生物处理的早期目的和过程
1、液化阶段 最显著的特征是液态污泥的PH值迅速下降，不到10天，降到最低值(例如在室温下，露在空气中的食物几天内就变馊发酸)，所以又称酸化阶段。 污泥中的固态有机物如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和C02、H2、NH3、H2S等气体分子。由于转化产物中有机酸是主体，所以导致PH值下降。 又由于产生的NH3溶解于水后产生的NH4OH具有碱性，产生中和反应并经过长时间的过程后使PH值回升，并进入气化阶段。
2、酸碱度、pH值
三、厌氧消化的影响因素与控制要求
厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。最适pH值为7.0～7.2，pH6.6～7.4较为适宜。 pH值和温度是影响甲烷细菌生长的两个重要环境因素。 影响微生物对营养物的吸收； pH强烈地影响酶的活性，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。
试述厌氧生物处理工艺的原理及控制条件。
试述厌氧生物处理工艺的原理及控制条件。
厌氧生物处理工艺是一种有效、高性能的污水净化技术，可以去除污染物，如有机物、氨氮和氰化物等。
厌氧生物处理实际上是几种微生物的合作来处理有机污染物，也被称为
生物床系统。
厌氧生物处理工艺的原理是利用厌氧微生物作用，以有机物为能量源，发酵转化为水
和二氧化碳，从而将有机物去除。
厌氧微生物体外具有多种代谢活性，可以分解很多有机
化合物，其中以酸性、中性、碱性代谢活性最为显著。
厌氧生物处理工艺的控制条件主要包括温度、pH值、溶解氧浓度、有机物负荷、氨氮浓度等因素。
为了保证厌氧生物的生存和有效分解污染物，这些参数的适宜范围必须保持。
首先，温度是影响厌氧生物活性的重要因素，常见温度范围通常在20-35°C之间，
在此温度范围中，厌氧微生物具有最高的分解效率。
其次，为了保持其最佳活性，pH值应控制在6-7.5之间。
另外，溶解氧的浓度也是影响厌氧生物处理的关键因素，应尽量保持溶解氧大于
2mg/L。
此外，有机物负荷工艺控制也是厌氧生物处理的关键因素，有机物的分解速度与有机
物负荷的大小成正比，因此，应控制有机物负荷，以便有效处理污水。
最后，氨氮是一种比较持久性和有害的污染物，为了有效去除氨氮，应控制其氨氮浓
度在0.2-2.0mg/L之间。
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随后: 厌氧生物滤池AF(Anaerobic Filter)、上流式厌氧 污泥床UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)、厌 氧流化床AFB(Anaerobic Fluidized Bed)等
现代高速厌氧反应器的主要特点:
• 微生物不呈悬浮生长状态，而是呈附着生长；
• 厌氧工艺的突出优点是：①能将有机污染物转变成沼气并加以利 用；②运行能耗低；③有机负荷高，占地面积少；④污泥产量少， 剩余污泥处理费用低；等等
• 厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。
第二节 早期的厌氧生物反应器
• • • 从1881年到上世纪20年代； 1881年，法国Mouras的自动净化器； 1891年，英国 Moncriff的装有填料的升流式反应器；
第四节 现代高速厌氧反应器
第一节 厌氧处理工艺的发展概况及特征
一、厌氧生物处理工艺的发展简史
① 厌氧过程广泛存在于自然界中； ② 1881年，法国，Louis Mouras ，“自动净化器”； ③ 处理城市污水的化粪池、 处理剩余污泥的各种厌氧消 化池等； ——HRT很长、处理效率很低、浓臭的气味等；
脂肪酸、醇类、 H2、CO2 产甲烷菌 CO2、CH4 碱 性 发 酵 阶 段
其特点有：1）生长慢； 2）对环境条件（温度、 pH、抑制物等）非常敏 感。
厌氧消化的三阶段理论
两阶段理论的问题： 研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、 乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含 两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类；
1、厌氧生物滤池的工艺特征 • 60年代末，美国，Young和McCarty • 1972年，第一座生产性AF投入运行 • 与好氧生物滤池相似，厌氧生物滤池是装填有 滤料的厌氧生物反应器，在滤料的表面形成了 以生物膜形态生长的微生物群体，在滤料的空 隙中则截留了大量的悬浮生长的微生物，废水 通过滤料层 ( 上向流或下向流 ) 时，有机物被截 留、吸附及分解。
——IC 反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有 机负荷。
IC
EGSB
二、厌氧生物处理的主要特征
主要优点： • 能耗低，且还可回收生物能（沼气）；
• 污泥产量低；
——厌氧微生物的增殖速率低， ——产酸菌的产率系数Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD， ——产甲烷菌的产率系数Y为0.03kgVSS/kgCOD左右， ——好氧微生物的产率系数约为0. 5~0.6kgVSS/kgCOD。
产甲烷菌 III CH4+CO2 说明：1）I、II、III为三阶段理论， 2）I、II、III、IV为四类群理论；
三阶段
水解、发酵阶段： 产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂
肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；
产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和 H2、CO2产生CH4；
一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产
按池顶结构：固定盖式和浮动盖式；
按运行方式：传统消化池和高速消化池。
A、传统消化池：
沼气气室
沼气
浮渣层 上清液层
生 污 泥
上清液
反应层
熟污泥
熟污泥层
又称低速消化池，无加热和搅拌装臵； 有分层现象：只有部分容积有效； 消化速率很低，HRT很长（30~90天）。
B、高速消化池
• •
设有加热和搅拌装臵； 缩短了HRT，提高了沼气产量，在中温（30~35C）条件下，一 般消化时间为15天左右，运行稳定； 但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液不能分离。
70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产
甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的， 一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌利 用H2和CO2产生CH4；
因而，提出了“三阶段理论”
厌氧消化的三阶段理论和四类群理论
有机物
I
发酵性细菌
脂肪酸、醇类 II 乙酸 IV 同型产乙酸菌 产氢产乙酸菌 H2+CO2
沉淀区
沉淀区
气体
气体
气体 沉淀区 截面图
消化区
污泥层
早期厌氧生物反应器的特点
①对废水的处理主要是沉淀，有些还能 对沉淀下来的污泥进行部分处理； ②停留时间较长，出水水质不好； ③目前仍有应用。
第三节
厌氧消化池
厌氧消化发展的第二阶段，厌氧消化作为剩余污泥处理 的主要手段，
1927年，加热装臵； 随后，机械搅拌器； 50年代初，沼气循环搅拌装臵； 高速消化池，至今仍是污泥处理的主要技术。
④流程较复杂；
⑤适合于处理悬浮物和有机物浓度很高的废水。
厌氧接触法存在的问题
最大的问题是污泥的沉淀： • 污泥上附着有小气泡； • 二沉池中污泥易上浮。
改进措施： • 真空脱气设备； • 增加热交换器或冷却器，使污泥骤冷，暂时抑制 厌氧污泥的活性； • 投加混凝剂； • 用膜过滤代替沉淀池。
二、厌氧生物滤池
2、厌氧生物滤池的构造特征
沼气
填料
出 水
布水系统
进水
升流式厌氧生物滤池
其它形式的厌氧生物滤池
沼气 进水 布水系统
填料
出水 降流式厌氧生物滤池
(3) 厌氧生物滤池的运行特征
• 生物膜厚度约为 1~4mm；生物固体浓度沿滤料 层高度而有变化； • 适合于处理多种类型、浓度的有机废水； • 有机负荷为0.2~16 kgCOD/m3.d；
三、厌氧技术是我国水污染控制的重要手段
• 我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有 大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物； • 我国当前的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素 N 、 P 的污染； • 目前的形势是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用 也越来越高；
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1895年，英国设计的化粪池（Septic Tank ）；
1905年，德国的Imhoff Tank池 （又称隐化池、双层沉淀池）
Septic Tank （化粪池）
气体 浮渣
进水
出水
污泥
Imhoff Tank
（又称双层沉淀池）
沉淀 进水
污泥消化区
熟污泥层
双层沉淀池的结构示意图
沉淀区 进水 出水 平面图
厌氧消化过程的基本生物过程 ——阶段性理论
① 厌氧反应过程中的阶段性
② 两阶段理论
③ 三阶段理论 ④ 四类群理论
厌氧消化的两阶段理论
发酵（气化）阶段，
有机物
水解细菌
小分子有机物 产酸菌 酸 性 发 酵 阶 段
又称产酸阶段或酸性发 酵阶段；
主要功能：水解和酸
化，
主要产物：脂肪酸、
脂肪酸、醇类、 H2、CO2 产甲烷菌 CO2、CH4 碱 性 发 酵 阶 段
② 池外加热： 把污泥预热后投配到消化池中，所需预热的污泥量较 少，易于控制；预热温度较高，有利于杀灭虫卵；不 会对厌氧微生物不利；但设备较复杂。
高碑店污泥消化池
高碑店污泥消化池
杭州四堡污水厂污泥消化池
青岛市团岛污水厂污泥消化池
2 沼气的收集与利用
• 污泥和高浓度有机废水进行厌氧消化时均会产 生大量沼气； • 沼气的热值很高（一般为 21000~25000 kJ/m3， 即 5000~6000 kCal/m3），是一种可利用的生 物能源。
醇类、CO2和H2等；
主要的微生物：统称
为发酵细菌或产酸细菌；
主要特点有：1）生
长快，2）适应性（温 度、pH等）强。
厌氧消化的两阶段理论
有机物
水解细菌 小分子有机物 产酸菌 酸 性 发 酵 阶 段
产甲烷阶段（气化阶 段），又称碱性发酵阶 段； 产甲烷菌利用前一阶 段的产物，并将其转化 为CH4和CO2； 主要参与微生物统称 为产甲烷细菌；
第七章 废水厌氧生物处理工艺
厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理工艺的发展概况及特征 早期的厌氧生物反应器 厌氧消化池 现代高速厌氧生物反应器
厌氧生物处理的基本原理
早期，被称为厌氧消化、厌氧发酵；
实际上，是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼 性厌氧）微生物的共同作用下，使有机物分解 并产生CH4和CO2的过程。
自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。
四类群理论
同型产乙酸菌：将H2/CO2合成为乙酸。
实际上这一部分乙酸的量较少，只占全部乙酸的 5%。
三阶段、四类群是目前认为的对厌氧生物处理过程较 全面和较准确的描述。
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厌氧生物处理工艺的 发展概况及特征
第一节 厌氧处理工艺的发展概况及特征 第二节 早期的厌氧生物反应器 第三节 厌氧消化池
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容积负荷大大提高，水力停留时间显著缩短；
应用于高浓度有机工业废水的处理，如食品工业废水、 酒精工业废水、发酵工业废水、造纸废水、制药工业 废水、屠宰废水等； 也能应用于城市废水等低浓度废水的处理； 与好氧工艺的串联和组合，可以脱氮和除磷；
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含难降解有机物的工业废水的处理。
一、厌氧接触法 （Anaerobic Contact Process）
• 当进水浓度过高时，应采用出水回流的措施：
① 减少碱度的要求； ② 降低进水COD浓度； ③ 增大进水流量，改善进水分布条件。
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第四节 现代高速厌氧反应器
一、厌氧接触法工艺 二、厌氧生物滤池工艺 三、上流式厌氧污泥床（UASB）工艺
现代高速厌氧反应器的产生与发展
厌氧消化技术发展上的第三个时期； 1955年，Schroepter首先提出了厌氧接触法
参考活性污泥法，增设二沉池和污泥回流系统； 处理能力提高，应用于食品包装废水的处理； 标志着厌氧技术应用于有机废水处理的开端。