当代给水与废水处理原理

十四烷酸(C14)
37
0.11
0.11
0.010 105
乙酸
35 0.34~0.05 0.04~0.05 0.015 165~250
丙酸
35
0.31
0.042
0.010 60
丁酸
35
0.37
0.047
0.027 13
§10-2 厌氧过程动力学
甲烷生成动力学 ：
在厌氧处理中，COD减小的途径主要是生成甲烷和微生物 的细胞，其它途径有生成氢气、通过硫酸盐的还原生成硫化氢气 体等。
k0 6.67 10 0.015(35t)
§10-3 厌氧活性污泥法
传统消化池
Y YC
1 bc
K (1 bc ) YCk0c (1 bc )
X
YC
i 1
bc
Y (i
)
V Qc
Ru
X
Yc
d 0.935 0.3 X 0.298
k0 6.67 10 0.015(35t)
K 2224100.046(35t)
(GO )Tp
GO
T 273
•
1 p
1.28 102
T p
式中，T为厌氧反应器中的热力学温度；P为反应器室内的 气压（单位Pa）。
根据§7-4，每克干细菌完全氧化所需的单体氧为1.41g。利 用一个类似于需氧处理中氧的摄入率计算公式（见式（8-40）） 形式来计算厌氧处理的甲烷生成率：
G
G0
Tp
R 0 1
§10-4 厌氧生物膜法
在无回流的厌氧活性污泥法中，就不得不加大水力停留时间 来获得较长的污泥停留时间；
在有回流的厌氧活性污泥法中，虽然可通过回流来减短水力 停留时间并增大污泥停留时间。
但由于受污泥的沉降和浓缩性能的限制，也不可能获得太长 的污泥停留时间。
由于厌氧生物膜法的微生物在填料表面固定生长，故有可能 在很短的水里停留时间条件下，获得很长的、甚至长达100d以上 的污泥停留时间。
最近（90年代以后），随着UASB反应器的广泛应用，在其基 础上又发展起来了EGSB和IC反应器；
§10-1 厌氧生物处理法的基本原理和流程
为解决消化池水力停留时间长的问题，近年来国内外进行了广泛 的研究，出现了不少新的厌氧工艺和新型的厌氧反应器，其中包括：
两相厌氧法(two-phase anaerobic treatment process) 这种工艺也 称两段(twostage)厌氧法，是根据产甲烷细菌与其它非产甲烷细菌在生 长特性方面的差异建立起来的
在有机物负荷很高即k/L很小时，式（10-22）中的exp(-k/L)
可按级数展开后略去高次项得下列简化式：
e exp(k / L) 1 k / L i
为了获得较高的去除率（即较大的k值），厌氧填充床的设
计负荷宜采用1.5kgCOD/m3•d。
§10-4 厌氧生物膜法
厌氧膨胀床/流化床
厌氧膨胀床/流化床是使1mm左右粒径的填料处于流化状态 来处理废水；上流式厌氧污泥床用自然培养的0.5~2.0mm左右的 颗粒污泥处于流化状态来处理废水。这样，既避免了堵塞，又大 大增加了微生物固定生长的表面积，提高了反应器中的微生物浓 度，从而大幅度提高了有机物体积负荷。
CH4 2H2 CO2 2H2O
上式表明：在标准条件(0℃和0.1MPa)下，1mol甲烷的体积 为22.4L，这样，1gCOD在标准状态下可生成的甲烷体积为 22.4/64=0.35L。
§10-2 厌氧过程动力学
甲烷生成动力学 ：
如果令G0为甲烷的产率系数，则在理论上G0=0.35L/GCOD， 在非标准状态下的产率系数(G0)Tp可按Boyle-Charles定律计算：
式中以1/d为单位，K以mgCOD/L为单位。
厌氧处理和需氧处理一样，存在一个极小的值：
c min
K
YGk0 b K
§10-3 厌氧活性污泥法
厌氧接触法
厌氧接触法主要用于中、高有机物浓度废水的处理。由于厌 氧处理受温度的影响很大，低温时急剧增大，故厌氧处理不宜在 20℃以下运行。
厌氧接触法与CSTR型活性污泥法几乎完全一样，只是值较 大，一般取为的2~10倍，在和可忽略时可得到与的下列关系：
水的离子积；[ ]表示物质的量浓度，单位为mol/L。
§10-3 厌氧活性污泥法
厌氧接触法
通常采用挥发性有机酸（VA，以mg/L乙酸计）和碳酸氢盐 碱度（BA，以mg/L CaCO3计）之比，作为衡量厌氧反应器对pH 值缓冲能力的一个指标。
一般地说，当VA/BA<0.4时，反应器具有足够的缓冲能力， 挥发性有机酸浓度的增加不致引起反应器中pH值很大的波动； 当VA/BA=0.4~0.8时，反应器的缓冲能力有限；而当VA/BA>0.8 时，反应器的缓冲能力极小，挥发性有机酸浓度的微小增加，都 会造成反应器中pH值的急剧降低。
第十章 厌氧生物处理法
本章主要内容：
§10-1 厌氧生物处理法的基本原理和流程 §10-2 厌氧过程动力学 §10-3 厌氧活性污泥法 §10-4 厌氧生物膜法 §10-5 厌氧处理法的运行与管理
第十章 厌氧生物处理法
主要优点：
⑴能耗低；可回收生物能源主(沼要气优) 点
⑵每去除单位质量底物产生的微生物(污泥)量少；
§10-1 厌氧生物处理法的基本原理和流程
ห้องสมุดไป่ตู้
⑷pH值调节 剂投加设备。
⑵促使反应器中主体液 体与进水充分混合的设 备或手段。
基本流程
⑴厌氧处理中的发生生物 氧化反应的主体设备。
⑶保持反应器中主体液体 达到所需温度的设备。
⑹废弃厌氧生物污泥的 贮存和处理设备。
⑸沼气的排放、 贮存和利用设备。
§10-1 厌氧生物处理法的基本原理和流程
§10-4 厌氧生物膜法
厌氧填充床
又称厌氧滤池或厌氧固定床
设计厌氧填料床的适用公式，可采用§9-4所介绍的 Eckenfelder公式的形式： e exp(k / L)
i
式中，ρi和ρe为进、出水的有机物COD浓度，L为有机物负 荷，单位为kgCOD/m3•d；k为去除有机物的系数，单位为
kgCOD/m3•d。
厌氧生物⑶处而理且由法于处理过程不需要氧，所以不受传氧能力的限
制，因而具有较高的有机物负荷的潜力。
缺点
厌氧生物处理法的缺点：
处理后出水的COD、BOD值较高，水力停留时间较长并产生恶臭等
§10-1 厌氧生物处理法的基本原理和流程
基本原理
将有机物在厌氧条件不溶下性的有机降物和解大分过子程溶性分有机成物三个反应阶段:
厌氧生物处理工艺的发展简史：
人类第一次利用厌氧消化处理废弃物，是始于1881年——Louis Mouras的“自动净化器”。随后人类开始较大规模地应用厌氧消化 过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如 各种厌氧消化池等）；
50、60年代，特别是70年代中后期，随着能源危机的加剧，人 们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，出现了一批 被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，厌氧消化工艺开始大 规模地应用于废水处理；
§10-3 厌氧活性污泥法
厌氧接触法
如果废水的总碱度以甲基橙滴定终点（pH=4.3时消耗的酸量） 测定，而有机酸盐碱度采用酸滴定法测定，则碳酸氢盐碱度可按 下式确定：
BA TA 0.71(VA) 可将VA/BA指标转换为BA/TA指标： 当BA/TA>0.8时，反应器具有足够的缓冲能力； 当BA/TA<0.6时，反应器没有备用缓冲能力，应采取措施控 制pH。
当代给水与废水处理原理
高良敏 博士、教授 安徽理工大学地球与环境学院
第十章 厌氧生物处理法
20世纪70年代以来，由于城市的扩大和工业的 迅速发展，有机废水量急剧增加，如仍用需氧法处 理则需要消耗大量的能量。随着全球性能源问题的 日益突出，在废水处理领域内，人们便逐渐对厌氧 生物处理工艺产生了新的认识和估价。
§10-3 厌氧活性污泥法
传统消化池
常用于废水处理厂中有机污泥的处理，近年来也用于含有机 固体较多和有机物浓度很高的废水。传统消化池又称低速消化池， 无加热和搅拌装置；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）。
主要作用： ①一部分有机物转变为沼气； ②一部分有机物形成稳定性良好的腐殖质； ③提高了污泥的脱水性能； ④污泥体积可减少1/2以上； ⑤致病微生物也得到了一定程度的灭活，有利于污泥的进一步处 理和利用。
CO2 H2O ƒ H2CO3 H2CO3 ƒ H HCO3 H2CO3 ƒ
此外，还存在水的离解关系:
H2O ƒ H OH
H CO32
根据化学质量作用定律，可得下列三个数量关系：
K1
H HCO3
CO2
K2
H
CO32 HCO3
Kw H OH
式中，K1、K2 分别为H2CO3的第一离解常数和第二离解常数；Kw为
rg
rg max K
rg
1 c
rg max
c min
K YGk0 b(K
)
c min
1 rg max
1 YG k0
由于厌氧处理中产甲烷细菌的生长速率（即）较低，所以厌 氧处理的要比需氧处理大
§10-3 厌氧活性污泥法
厌氧接触法
工艺过程对pH的控制能力，主要与在厌氧反应过程中产生 有机酸和二氧化碳有关，在与大气隔绝的反应器中，二氧化碳在 水中存在如下平衡关系：
厌氧接触法(anaerobic contact process) 这种工艺也称厌氧活性 话泥法，像需氧活性污泥法那样，在消化池出水端设置污泥沉淀池， 将沉淀的厌氧生物污泥回流入消化池中，以此来提高消化池中的污泥 停留时间