污水的厌氧生物处理市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

污水厌氧生物处理污水厌氧生物处理 The Anaerobic Processes第1页1 1 概述概述 2 2 厌氧法基本原理厌氧法基本原理 3 3 厌氧法工艺和设备厌氧法工艺和设备 4 4 厌氧法影响原因厌氧法影响原因5 5 分段厌氧处理法分段厌氧处理法第2页污水厌氧生物处理发展过程污水厌氧生物处理发展过程 早期发展早期发展 18811950年年 第二代厌氧反应器第二代厌氧反应器 1955年年开发了开发了厌氧接触法厌氧接触法新工艺新工艺，标志着，标志着当代厌氧反应器开端。当代厌氧反应器开端。第三代厌氧反应器第三代厌氧反应器 1980年年Switzenbaum等推出了厌氧附着等推出了厌氧附着膜膨胀床反应器（膜膨胀床反应器（AAFEB）,还有厌氧流化床还有厌氧流化床（AFB）。）。1概述概述第3页第4页厌氧生化法优点：厌氧生化法优点：（1 1）应用范用范围广广 因供氧限制，好氧法普通适合用于中、低因供氧限制，好氧法普通适合用于中、低浓度有机废水处理，而厌氧法适合用于中、高浓度有机废水处理，而厌氧法适合用于中、高浓度有机废水。浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解，但对厌氧生物处理是可降解，如固体有机解，但对厌氧生物处理是可降解，如固体有机物、着色剂蒽醌和一些偶氮染料等。物、着色剂蒽醌和一些偶氮染料等。第5页 (2)能耗低能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用伴随好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用伴随好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用伴随好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用伴随有机物浓度增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而有机物浓度增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而有机物浓度增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而有机物浓度增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生沼气可作为能源。且产生沼气可作为能源。且产生沼气可作为能源。且产生沼气可作为能源。废废水有机物达一定水有机物达一定水有机物达一定水有机物达一定浓浓度后，沼气能量能度后，沼气能量能度后，沼气能量能度后，沼气能量能够够抵抵抵抵偿偿消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水消耗能量。研究表明，当原水BODBOD5 5到达到达到达到达15001500mg/Lmg/L时时，采取采取采取采取厌厌氧氧氧氧处处理即有能量剩下。有机物理即有能量剩下。有机物理即有能量剩下。有机物理即有能量剩下。有机物浓浓度愈高，剩度愈高，剩度愈高，剩度愈高，剩下能量愈多。下能量愈多。下能量愈多。下能量愈多。普通厌氧法动力消耗约为活性污泥法普通厌氧法动力消耗约为活性污泥法普通厌氧法动力消耗约为活性污泥法普通厌氧法动力消耗约为活性污泥法1/101/10。第6页（3 3）氮、磷）氮、磷）氮、磷）氮、磷营营养需要量养需要量养需要量养需要量较较少少少少 好氧法普通要求好氧法普通要求好氧法普通要求好氧法普通要求BOD:N:PBOD:N:P为为为为l00:5:1l00:5:1，而厌氧法而厌氧法而厌氧法而厌氧法BOD:N:PBOD:N:P为为为为l00:2.5:0.5l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏工业废水所对氮、磷缺乏工业废水所对氮、磷缺乏工业废水所对氮、磷缺乏工业废水所需投加营养盐量较少。需投加营养盐量较少。需投加营养盐量较少。需投加营养盐量较少。（4 4）有）有）有）有杀杀菌作用菌作用菌作用菌作用 厌氧处理过程有一定杀菌作用，能够杀死废水厌氧处理过程有一定杀菌作用，能够杀死废水厌氧处理过程有一定杀菌作用，能够杀死废水厌氧处理过程有一定杀菌作用，能够杀死废水和污泥中寄生虫卵、病毒等。和污泥中寄生虫卵、病毒等。和污泥中寄生虫卵、病毒等。和污泥中寄生虫卵、病毒等。（5 5）污污泥易泥易泥易泥易贮贮存存存存 厌氧活性污泥能够长久贮存，厌氧反应器能够厌氧活性污泥能够长久贮存，厌氧反应器能够厌氧活性污泥能够长久贮存，厌氧反应器能够厌氧活性污泥能够长久贮存，厌氧反应器能够季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转季节性或间歇性运转。第7页厌氧生物氧生物处理法缺点理法缺点:（1 1）厌氧微生物增殖迟缓，因而厌氧设备开厌氧微生物增殖迟缓，因而厌氧设备开启和处理所需时间比好氧设备长；启和处理所需时间比好氧设备长；（2 2）出水往往达不到排放标准，需要深入处出水往往达不到排放标准，需要深入处理，故普通在厌氧处理后串联好氧处理；理，故普通在厌氧处理后串联好氧处理；（3 3）厌氧处理系统操作控制原因较为复杂。厌氧处理系统操作控制原因较为复杂。（4 4）厌氧过程会产生气味对空气有污染。厌氧过程会产生气味对空气有污染。第8页 2 2 厌氧法基本原理厌氧法基本原理 废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下经过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下经过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下经过废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下经过厌氧微生物厌氧微生物厌氧微生物厌氧微生物(anaerobic microbes)(anaerobic microbes)(包含兼氧微生物）包含兼氧微生物）包含兼氧微生物）包含兼氧微生物）作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)methane)和二氧化碳和二氧化碳和二氧化碳和二氧化碳(carbon dioxide)carbon dioxide)等物质过程，等物质过程，等物质过程，等物质过程，也称为厌氧消化也称为厌氧消化也称为厌氧消化也称为厌氧消化(anaerobic digestion)anaerobic digestion)。对批量污泥静置考查，能够见到污泥消化过程对批量污泥静置考查，能够见到污泥消化过程对批量污泥静置考查，能够见到污泥消化过程对批量污泥静置考查，能够见到污泥消化过程显著分为两个阶段。固态有机物先是液化，称显著分为两个阶段。固态有机物先是液化，称显著分为两个阶段。固态有机物先是液化，称显著分为两个阶段。固态有机物先是液化，称液化液化液化液化阶段阶段阶段阶段；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称；接着降解产物气化，称气化阶段气化阶段气化阶段气化阶段；在常温下，；在常温下，；在常温下，；在常温下，整个过程历时六个月以上。整个过程历时六个月以上。整个过程历时六个月以上。整个过程历时六个月以上。第9页传统传统厌氧消化理论为厌氧消化理论为两阶段理论两阶段理论第一阶段：第一阶段：第一阶段：第一阶段：酸化阶段酸化阶段酸化阶段酸化阶段，最显著特征是液态污泥最显著特征是液态污泥最显著特征是液态污泥最显著特征是液态污泥pHpH值值值值快速下降。污泥中固态有机物或污水中大分子化合物，快速下降。污泥中固态有机物或污水中大分子化合物，快速下降。污泥中固态有机物或污水中大分子化合物，快速下降。污泥中固态有机物或污水中大分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降如淀粉、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解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和COCO2 2、HH2 2、NHNH3 3、HH2 2S S等气体分子，气体大多溶解在等气体分子，气体大多溶解在等气体分子，气体大多溶解在等气体分子，气体大多溶解在泥液中。转化产物中有机酸是主体。低泥液中。转化产物中有机酸是主体。低泥液中。转化产物中有机酸是主体。低泥液中。转化产物中有机酸是主体。低pHpH值有抑制值有抑制值有抑制值有抑制细菌生长作用，细菌生长作用，细菌生长作用，细菌生长作用，NHNH3 3溶解产物溶解产物溶解产物溶解产物NHNH4 4OHOH有中和作用。有中和作用。有中和作用。有中和作用。第10页第二阶段：第二阶段：气化阶段气化阶段，由低分子有，由低分子有机酸经微生物作用转化为气体，气机酸经微生物作用转化为气体，气体类似沼泽散发气体，可称沼气，体类似沼泽散发气体，可称沼气，主体是主体是CH4，CO2也相当多，还有微也相当多，还有微量量H2、H2S等，所以气化阶段常称等，所以气化阶段常称甲烷化阶段。甲烷化阶段。第11页第一阶段普通厌氧菌碳水化合物、脂肪、蛋白质消化有机酸、乙醇、乙醛第二阶段绝对厌氧菌甲烷二氧化碳消化细胞合成新细胞酶细胞合成厌氧消化两阶段示意图厌氧消化两阶段示意图第12页厌氧消化四阶段厌氧消化四阶段n复复杂杂污污染染物物厌厌氧氧降降解解过过程程能能够够分分为为四四个个阶阶段段水水解解阶阶段段、发发酵酵阶段（又称酸化阶段）、阶段（又称酸化阶段）、产乙酸阶段产乙酸阶段、产甲烷阶段产甲烷阶段n框图表示见下列图框图表示见下列图 n1水解阶段水解阶段n在细菌胞外酶作用下大分子有机物水解为小分子有机物在细菌胞外酶作用下大分子有机物水解为小分子有机物n2发酵阶段发酵阶段 n梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌、拟杆菌等拟杆菌等酸化细菌酸化细菌吸收并转化为更为简单化合吸收并转化为更为简单化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等碳、氢气、氨等第13页复杂有机物复杂有机物1 1水解水解 2 2发酵发酵脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸 乙酸乙酸乙酸乙酸 HH2 2+CO+CO2 23 3产乙酸产乙酸 CHCH4 4+CO+CO2 2HH2 2S+COS+CO2 2硫酸盐还原硫酸盐还原4 4产甲烷产甲烷4 4产甲烷产甲烷硫酸盐还原第14页n n3 3产乙酸阶段产乙酸阶段产乙酸阶段产乙酸阶段n上上一一阶阶段段产产物物被被深深入入转转化化为为乙乙酸酸、氢氢气气、碳碳酸酸以以及及新新细细胞胞物物质质，这这一一阶阶段段主主导导细细菌菌是是乙乙酸酸菌菌。同同时时水水中中有有硫硫酸酸盐盐时时，还还会会有有硫酸盐还原菌硫酸盐还原菌参加产乙酸过程。参加产乙酸过程。n n4 4产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷阶段产甲烷阶段n乙乙酸酸、氢氢气气、碳碳酸酸、甲甲酸酸和和甲甲醇醇等等被被甲甲烷烷菌菌利利用用被被转转化化为为甲甲烷烷和以及和以及甲烷菌甲烷菌细胞物质。细胞物质。n经经过过这这些些阶阶段段大大分分子子有有机机物物就就被被转转化化为为甲甲烷烷、二二氧氧化化碳碳、氢氢气气、硫化氢等小分子物质和少许厌氧污泥。硫化氢等小分子物质和少许厌氧污泥。第15页废水处理工艺中厌氧微生物废水处理工艺中厌氧微生物在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（non-menthanogens）和产甲烷细菌（menthanogens）。表19-1 产酸菌和产甲烷菌特征参数参数参数产产甲甲烷烷菌菌产产酸菌酸菌n n对对pHpH敏敏感性感性n n敏感，最正确敏感，最正确pHpH为为6.87.26.87.2n n不太敏感，不太敏感，最正确最正确pHpH为为5.57.05.57.0氧化氧化还还原原电电位位EhEh-350mv(-350mv(中温中温)，-560mv(-560mv(高温高温)-150200mv-150200mvn n对温度敏对温度敏感性感性n n最正确温度：最正确温度：30383038，50555055n n最正确温度：最正确温度：20352035第16页 与好氧过程根本区分在于不以分子态氧作为受与好氧过程根本区分在于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。氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂微生物化学过程，依靠三厌氧生物处理是一个复杂微生物化学过程，依靠三大主要类群细菌，即大主要类群细菌，即水解产酸细菌水解产酸细菌(fermentative bacteria)、产氢产乙酸细菌产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)和和产甲烷细菌产甲烷细菌(methanogenic bacteria)联合作用完联合作用完成成。参加消化细菌，酸化阶段统称产酸或酸化细菌，参加消化细菌，酸化阶段统称产酸或酸化细菌，几乎包含全部兼性细菌；甲烷化阶段统称甲烷细菌。几乎包含全部兼性细菌；甲烷化阶段统称甲烷细菌。第17页新研究结果说明厌氧消化经历四个阶段新研究结果说明厌氧消化经历四个阶段大分子有机物大分子有机物大分子有机物大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）水解水解水解水解 细菌胞外酶细菌胞外酶细菌胞外酶细菌胞外酶水解和溶解有机物水解和溶解有机物水解和溶解有机物水解和溶解有机物 酸化酸化酸化酸化 产酸细菌产酸细菌产酸细菌产酸细菌 有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等有机酸、醇类、醛类等 /H/H2 2，COCO2 2 乙酸化乙酸化乙酸化乙酸化 乙酸细菌乙酸细菌乙酸细菌乙酸细菌 乙酸乙酸乙酸乙酸 甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌 甲烷化甲烷化甲烷化甲烷化 甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌甲烷细菌 CHCH4 4 CHCH4 4复杂大分子、不溶性有机物复杂大分子、不溶性有机物先在细胞外酶作用下水解为先在细胞外酶作用下水解为小分子、溶解性有机物，然小分子、溶解性有机物，然后渗透细胞体内，分解产生后渗透细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。级脂肪酸。产甲烷细菌将乙酸、乙产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、酸盐、COCO2 2和和H H2 2等转化等转化为甲烷。为甲烷。在产氢产乙酸细菌作用下，在产氢产乙酸细菌作用下，第一阶段产生各种有机酸第一阶段产生各种有机酸被分解转化成乙酸和被分解转化成乙酸和H H2 2，在降解奇数碳素有机酸时在降解奇数碳素有机酸时还形成还形成COCO2 2。第18页vv此过程由两组生理上不一样产甲烷菌完成，一此过程由两组生理上不一样产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量l/3l/3后者后者约占约占2/32/3。vv上述三个阶段反应速度依废水性质而异，在含上述三个阶段反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主废水中，水解易成为速度限制步骤；废水中，水解易成为速度限制步骤；vv简单糖类、淀粉、氨基酸和普通蛋白质均能被简单糖类、淀粉、氨基酸和普通蛋白质均能被微生物快速分解，对含这类有机物为主废水，微生物快速分解，对含这类有机物为主废水，产甲烷易成为限速阶段产甲烷易成为限速阶段。第19页甲烷菌微生物学特征甲烷菌微生物学特征 介绍：甲烷菌属于古菌中一类。介绍：甲烷菌属于古菌中一类。古古 菌菌 （Archaeobacteria）与原核生物）与原核生物极其靠近。研究利用基因分析伎俩极其靠近。研究利用基因分析伎俩（DNAG+C%，16SrRNA碱基次序比较）碱基次序比较）发觉，有一些特点与真核生物相同。发觉，有一些特点与真核生物相同。第20页古菌特点古菌特点l 形形 态态：薄、扁平、直角几何形态；薄、扁平、直角几何形态；细胞结构：细胞结构：组分特异性；含有内含子组分特异性；含有内含子；代代 谢：谢：特殊辅酶，代谢多样性；特殊辅酶，代谢多样性；呼吸类型：呼吸类型：多为厌氧；多为厌氧；繁殖速度：繁殖速度：比细菌慢；比细菌慢；生活习性：生活习性：适应极端环境。适应极端环境。第21页古菌分类古菌分类 按照生活习性和生理特征分为三大类：按照生活习性和生理特征分为三大类：产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌产甲烷菌，嗜热嗜酸菌，极端嗜盐菌 伯杰氏系统细菌学手册伯杰氏系统细菌学手册分为五大群：分为五大群：产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，产甲烷古菌，古生硫酸盐还原菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜盐菌，无细胞壁古生菌，极端嗜热硫代谢菌极端嗜热硫代谢菌第22页甲烷发酵理论与机制甲烷发酵理论与机制 甲烷发酵理论先后提出了甲烷发酵理论先后提出了二阶段、二阶段、三阶段和四阶段三阶段和四阶段发酵理论。发酵理论。当前应用较多仍是布赖恩特当前应用较多仍是布赖恩特(Bryant)于于1979年提出年提出四阶段发四阶段发酵理论酵理论：第23页水解和发酵性细菌群水解和发酵性细菌群将将复杂有机物转化复杂有机物转化成有机酸：成有机酸：纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙丙酮酸酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸有机酸和氨；和氨；脂类水解为各种低级脂类水解为各种低级脂肪酸脂肪酸和醇，比如乙和醇，比如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。氧化碳、氢、氨和硫化氢等。第一阶段：有机酸产生第一阶段：有机酸产生第24页微生物群落是水解、发酵性细菌群，微生物群落是水解、发酵性细菌群，u有专性厌氧有专性厌氧:梭菌属梭菌属(Clostridium)拟杆菌属拟杆菌属(Bacteriodes)丁酸弧菌属丁酸弧菌属(Butyrivibrio)真细菌真细菌(Eubacterium)双歧杆菌属双歧杆菌属(Bifidobacterium)革兰氏阴性杆菌革兰氏阴性杆菌u兼性厌氧有兼性厌氧有:链球菌链球菌肠道菌肠道菌 第25页据研究，每据研究，每mL下水污泥中含有水解、下水污泥中含有水解、发酵性细菌发酵性细菌108109个，每克挥发性个，每克挥发性固体含固体含10101011个，其中蛋白质水个，其中蛋白质水解菌有解菌有107个，纤维素水解菌有个，纤维素水解菌有105个。个。第26页u微生物群落：微生物群落：微生物群落为产氢、产乙酸细菌；微生物群落为产氢、产乙酸细菌；只有只有少数少数被分离出来。被分离出来。硫酸还原菌和其它产乙酸和氢气细硫酸还原菌和其它产乙酸和氢气细菌；菌；第二阶段：乙酸和氢气产生第二阶段：乙酸和氢气产生第27页产生过程产生过程u产氢和产乙酸细菌群产氢和产乙酸细菌群深入把第一阶深入把第一阶段产物分解为段产物分解为乙酸和氢气；乙酸和氢气；u硫酸还原菌和其它产乙酸和氢气细硫酸还原菌和其它产乙酸和氢气细菌将第一阶段发酵三碳以上有机酸、菌将第一阶段发酵三碳以上有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸及醇等分解长链脂肪酸、芳香族酸及醇等分解为乙酸和氢气。为乙酸和氢气。第二阶段：乙酸和氢气产生第二阶段：乙酸和氢气产生第28页第三阶段：甲烷产生第三阶段：甲烷产生微生物：两组生理不一样专性厌氧产微生物：两组生理不一样专性厌氧产甲烷菌群甲烷菌群一组将一组将H2和和CO2合成合成CH4或或CO和和H2合成合成CH4；另一组将乙酸脱羧生成另一组将乙酸脱羧生成CH4和和CO2；或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为为CH4。第29页有有28甲烷来自甲烷来自H2氧化和氧化和CO2还原。还原。72甲烷来自乙酸盐裂解。因为大部分甲甲烷来自乙酸盐裂解。因为大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨烷和二氧化碳逸出，氨(NH3)以亚硝酸铵以亚硝酸铵(NH4NO2)、碳酸氢铵、碳酸氢铵(NH4HCO3)形式留形式留在污泥中，它们可中和第一阶段产生酸，在污泥中，它们可中和第一阶段产生酸，为产甲烷菌创造了生存所需弱碱性环境。为产甲烷菌创造了生存所需弱碱性环境。氨可被产甲烷菌用作氮源。氨可被产甲烷菌用作氮源。研究表明：研究表明：第30页概念：概念：同型产乙酸细菌同型产乙酸细菌将将H2和和CO2转化转化为乙酸过程，称为为乙酸过程，称为同型产乙酸阶段同型产乙酸阶段；产甲烷菌只能利用产甲烷菌只能利用H2、CO2、CO、甲、甲酸、乙酸、甲醇及甲基胺等简单物质产酸、乙酸、甲醇及甲基胺等简单物质产生甲烷和组成本身细胞物质。生甲烷和组成本身细胞物质。第四阶段：同型产乙酸阶段第四阶段：同型产乙酸阶段第31页由酸和醇甲基形成甲烷。由酸和醇甲基形成甲烷。14CH3COOH14CH4+CO2414CH3OH314CH4+CO2+2H2Ol施大特曼施大特曼(stadtman)和巴克尔和巴克尔(Barker)及庇涅及庇涅(Pine)和维施尼和维施尼(vishhnise)l1951和和1957年用年用14C示踪原子标识乙酸示踪原子标识乙酸甲基碳原子甲基碳原子l证实甲烷是由甲基直接形成证实甲烷是由甲基直接形成甲烷产生机制：甲烷产生机制：第32页14CH4+2C3H7COOH 1949年，施大特曼和巴克尔于用同位素年，施大特曼和巴克尔于用同位素14CO2使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素14C甲烷，证实甲烷，证实甲烷可由甲烷可由CO2还原形成。还原形成。由醇氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸由醇氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸2CH3CH2OH+14CO214CH4+2CH3COOH 2C3H7CH2OH+14CO2第33页CH4+4CH3COOH脂肪酸有时用水作还原剂或供氢脂肪酸有时用水作还原剂或供氢体产生甲烷体产生甲烷2C3H7COOH+CO2+2H2O第34页 1906 年索根年索根(Soehnge，)及费舍尔及费舍尔(Fisher)观察到：观察到：利用利用H2使使CO2还原形成甲烷还原形成甲烷4H2+CO2CH4+2H2O第35页在在H2和和H2O存在时，巴氏甲烷八叠球菌存在时，巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkerii)与甲酸甲烷与甲酸甲烷杆菌杆菌(Methanobacterium formicicum)能将能将CO还原形成甲烷。还原形成甲烷。3H2+COCH4+H2O2H2O+4COCH4+3CO2巴氏甲烷八叠球菌巴氏甲烷八叠球菌甲酸甲烷杆菌甲酸甲烷杆菌第36页几个物质沼气发酵产气量几个物质沼气发酵产气量物物 质质乙醇乙醇纤维素纤维素脂脂 肪肪蛋白质蛋白质沼气沼气mL 974 830 1250704CH4 75 50 68 71CO2 25 50 32 29第37页影响废水厌氧消化处理效果原因：影响废水厌氧消化处理效果原因：厌氧活性污泥厌氧活性污泥中中微生物种类、组成、结微生物种类、组成、结构及污泥颗粒大小构及污泥颗粒大小。能确保微生物生长条件、结构好能确保微生物生长条件、结构好厌氧消厌氧消化池化池。最根本、最主要是微生物种类和组最根本、最主要是微生物种类和组成成。第38页3 3 厌氧法工艺和设备厌氧法工艺和设备 按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)anaerobic activated sludge)和和和和厌氧生物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法厌氧生物膜法(anaerobic slime)anaerobic slime)；按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为按投料、出料及运行方式分为分批式分批式分批式分批式(batch)batch)、连续式连续式连续式连续式(continuous)continuous)和和和和半连续式半连续式半连续式半连续式(semi-continuous)semi-continuous)；依据厌氧消化中物质转化反应总过程是否在同依据厌氧消化中物质转化反应总过程是否在同依据厌氧消化中物质转化反应总过程是否在同依据厌氧消化中物质转化反应总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一一一一步厌氧消化步厌氧消化步厌氧消化步厌氧消化(one stage digestion)one stage digestion)与与与与两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化两步厌氧消化(two stage digestion)two stage digestion)等等等等 厌氧活性污泥法包含厌氧活性污泥法包含厌氧活性污泥法包含厌氧活性污泥法包含普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器艺、上流式厌氧污泥床反应器等。等。等。等。第39页3.13.1普通厌氧消化池普通厌氧消化池 普通消化池又称传统或常规消化池普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)conventional digester)消化池惯用密闭圆柱形池，废水定时或消化池惯用密闭圆柱形池，废水定时或连续进入池中，连续进入池中，经消化污泥和废水分别由消经消化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。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，柱体部分高池径从几米至三、四十米，柱体部分高度约为直径度约为直径1/21/2，池底呈圆锥形，以利排泥。，池底呈圆锥形，以利排泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定搅拌。为使进水与微生物尽快接触，需要一定搅拌。惯用搅拌方式有三种：惯用搅拌方式有三种：(a)a)池内机械搅拌；池内机械搅拌；(b)b)沼气搅拌；沼气搅拌；(c)c)循环消化液搅拌。循环消化液搅拌。第40页螺旋桨(机械)搅拌消化池第41页循环消化液搅拌式消化池循环消化液搅拌式消化池v高温高温厌氧消化需要加温，氧消化需要加温，惯用加用加热方式有三种方式有三种:v(a)废水在消化池外先水在消化池外先经热交交换器器预热到要求温到要求温度再度再进入消化池；入消化池；v(b)热蒸汽直接在消化器蒸汽直接在消化器内加内加热；v(c)在消化池内部安装在消化池内部安装热交交换管。管。第42页普通消化池特点是普通消化池特点是:v能够直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大能够直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大料液。料液。v厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。结构较简单。v缺乏持留或补充厌氧活性污泥特殊装置，消缺乏持留或补充厌氧活性污泥特殊装置，消化器中难以保持大量微生物细胞。化器中难以保持大量微生物细胞。v对无搅拌消化器，还存在料液分层现象严重，对无搅拌消化器，还存在料液分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触问题。微生物不能与料液均匀接触问题。v温度不均匀，消化效率低。温度不均匀，消化效率低。第43页化粪池化粪池 化粪池用于处理来自厕所粪便污水。广泛用化粪池用于处理来自厕所粪便污水。广泛用化粪池用于处理来自厕所粪便污水。广泛用化粪池用于处理来自厕所粪便污水。广泛用于不设污水厂合流制排水系统。比如，郊区别墅式于不设污水厂合流制排水系统。比如，郊区别墅式于不设污水厂合流制排水系统。比如，郊区别墅式于不设污水厂合流制排水系统。比如，郊区别墅式建筑。建筑。建筑。建筑。下列图是化粪池一个结构方式。下列图是化粪池一个结构方式。下列图是化粪池一个结构方式。下列图是化粪池一个结构方式。第44页第45页3.2厌氧滤池厌氧滤池 厌氧滤池（厌氧滤池（anaerobic filteranaerobic filter又称又称厌氧固厌氧固定膜定膜反应器，是反应器，是6060年代末开发新型高效厌氧处年代末开发新型高效厌氧处理装置。理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料表面生长，当废水厌氧微生物附着于填料表面生长，当废水经过填料层时，在填料表面厌氧生物膜作用下，经过填料层时，在填料表面厌氧生物膜作用下，废水中有机物被降解，并产生沼气，沼气从池废水中有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。顶部排出。第46页vv废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌升流式厌升流式厌升流式厌氧滤池氧滤池氧滤池氧滤池；vv废水从池上部进入，以降流形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流形式流过填料层，废水从池上部进入，以降流形式流过填料层，从池底部排出，称从池底部排出，称从池底部排出，称从池底部排出，称降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池降流式厌氧滤池。填料可采取填料可采取填料可采取填料可采取拳状石质滤料，拳状石质滤料，拳状石质滤料，拳状石质滤料，如碎石、卵石如碎石、卵石如碎石、卵石如碎石、卵石等，也可使用等，也可使用等，也可使用等，也可使用塑料填料。塑料填料。塑料填料。塑料填料。第47页厌氧生物氧生物滤池特点及改池特点及改进：v在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥形式存在于滤料孔隙中。泥形式存在于滤料孔隙中。v厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀，在池进水部位高，对应有机物去除匀，在池进水部位高，对应有机物去除速度快。速度快。v当废水中有机物浓度高时，尤其是进水当废水中有机物浓度高时，尤其是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位轻易发生堵塞现象轻易发生堵塞现象。第48页v对厌氧生物滤池采取以下改进：对厌氧生物滤池采取以下改进：（a a）出水回流；出水回流；（b b）部分充填载体；部分充填载体；（c c）采取软性填料。采取软性填料。v厌氧生物滤池特点是：厌氧生物滤池特点是：（a a）因因为为填填料料为为微微生生物物附附着着生生长长提提供供了了较较大大表表面面积积，滤滤池池中中微微生生物物量量较较高高，又又因因生生物物膜膜停停留留时时间间长长，平平均均停停留留时时间间长长达达100100天天左左右右，因因而而可可承承受受有有机机容容积积负负荷荷高高，CODCOD容容积积负负荷荷为为2-16 2-16 kgCOD/(mkgCOD/(m3 3d)d)，且且耐冲击负荷能力强；耐冲击负荷能力强；第49页（b b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快质过程，因而有机物去除速度快（c c）微生物固着生长为主，不易流失，所以微生物固着生长为主，不易流失，所以不需污泥回流和搅拌设备；不需污泥回流和搅拌设备；（d d）开启或停顿运行后再开启比前述厌氧工开启或停顿运行后再开启比前述厌氧工艺法时间短。艺法时间短。（e e）处理含悬浮物浓度高有机废水，易发生处理含悬浮物浓度高有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。滤池清洗也还堵塞，尤以进水部位更严重。滤池清洗也还没有简单有效方法。没有简单有效方法。第50页主要缺点：主要缺点：滤料费用较贵滤料费用较贵 滤料轻易堵塞滤料轻易堵塞主要优点：主要优点：处理能力较高处理能力较高 滤池内能够保持很高微生物浓度滤池内能够保持很高微生物浓度 不需另设泥水分离设备、出水不需另设泥水分离设备、出水SS较较 低低 设备简单、操作方便设备简单、操作方便第51页3 3.3 .3 厌氧接触法厌氧接触法 在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了化池，形成了厌氧接触法（厌氧接触法（anaerobic contact process)。厌厌厌厌氧氧氧氧接接接接触触触触法法法法工工工工艺艺艺艺动动动动画画画画第52页 厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法，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。不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮物高有机废水厌氧接触法对悬浮物高有机废水(如肉如肉类加工废水等类加工废水等)效果很好，悬浮颗粒成为微效果很好，悬浮颗粒成为微生物载体，而且很轻易在沉淀池中沉淀。生物载体，而且很轻易在沉淀池中沉淀。在混合接触池中，要进行适当搅拌以在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌能够用机械方使污泥保持悬浮状态。搅拌能够用机械方法，也能够用泵循环池水。法，也能够用泵循环池水。第53页厌氧接触法特点氧接触法特点:（a a）经过污泥回流，保持消化池内污泥经过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，普通为浓度较高，普通为10-1510-15g/Lg/L，耐冲击能耐冲击能力强；力强；（b b）消消化化池池容容积积负负荷荷较较普普通通消消化化池池高高，中中温温消消化化时时，普普通通为为2 2-l0kgCOD/m-l0kgCOD/m3 3dd，水水力力停停留留时时间间比比普普通通消消化化池池大大大大缩缩短短，如如常常温温下下，普普通通消消化化池池为为15-3015-30天天，而而接触法小于接触法小于1010天；天；第54页（c c）能够直接处理悬浮固体含量较高或能够直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大料液，不存在堵塞问题；颗粒较大料液，不存在堵塞问题；（d d）混合液经沉降后，出水水质好，混合液经沉降后，出水水质好，（e e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备等设备 （f f）厌氧接触法存在厌氧接触法存在混合液难于在沉淀混合液难于在沉淀池中进行固液分离池中进行固液分离缺点缺点。第55页几个脱气方法几个脱气方法:(a)真空脱气，由消化池排出混合液经真空脱真空脱气，由消化池排出混合液经真空脱气器气器(真空度为真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体上将污泥絮体上气泡除去，改进污泥沉降性能；气泡除去，改进污泥沉降性能；(b)热交换器急冷法，将从消化池排出混合液热交换器急冷法，将从消化池排出混合液进行急速冷却。进行急速冷却。(c)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；(d)用超滤器代替沉淀池，以改进固液分离效用超滤器代替沉淀池，以改进固液分离效果果。第56页3 3.4.4上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器UASBUASB3.4.1 概述概述3.4.2 基本特点（优点、缺点）基本特点（优点、缺点）3.4.3 UASB结构和组成结构和组成3.4.4 颗粒污泥颗粒污泥3.4.5 UASB设计设计 （1 1）容积）容积）容积）容积 （2 2）配水）配水）配水）配水 （3 3）排泥设计）排泥设计）排泥设计）排泥设计 （4 4）结构设计要求）结构设计要求）结构设计要求）结构设计要求 （5 5）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计）三相分离器设计3.4.6 UASB开启开启第57页vv上流式厌氧污泥床反应器（上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称简称UASB反应器，是由荷兰反应器，是由荷兰G.Lettnga等人在等人在70年代初研制开发。年代初研制开发。vv污泥床反应器内没有些人工载体，反应器内污泥床反应器内没有些人工载体，反应器内微生物以本身聚集生长，为颗粒污泥状态存微生物以本身聚集生长，为颗粒污泥状态存在，因而能到达高生物量和高效高负荷。在，因而能到达高生物量和高效高负荷。3.4.1概述概述第58页vv上流式上流式厌氧氧污泥床池形有泥床池形有圆形、方形、矩形。形、方形、矩形。小型装置常小型装置常为圆柱形，底部呈柱形，底部呈锥形或形或圆弧形。弧形。vv大型装置大型装置为便于便于设置气、液、固三相分离器，置气、液、固三相分离器，则普通普通为矩形，高度普通矩形，高度普通为3-8m，其中其中污泥床泥床1-2m，污泥泥悬浮浮层2-4m，多用多用钢结构构或或钢筋混凝土筋混凝土结构。构。第59页UASBUASB反应器示意图反应器示意图第60页第61页第62页3.4.2上流式厌氧污泥床反应器上流式厌氧污泥床反应器基本基本特点特点 优点：优点：优点：优点：有机负荷居第二代反应器之首有机负荷居第二代反应器之首有机负荷居第二代反应器之首有机负荷居第二代反应器之首,水力负荷满足水力负荷满足水力负荷满足水力负荷满足要求要求要求要求;污泥颗粒化后使反应器对不利