第十九章-厌氧生物处理课件.ppt

第十九章第十九章 厌氧生物处理厌氧生物处理南华大学建筑工程与资源环境学院南华大学建筑工程与资源环境学院给水排水教研室给水排水教研室主讲教师：娄金生教授课程内容课程内容1、厌氧生物处理基本原理2、厌氧消化的影响因素与控制要求 3、两级厌氧与两相厌氧处理4、厌氧生物处理工艺与反应器 5、厌氧生物处理的运行管理6、思考题 7、习题 厌氧生物处理基本原理厌氧生物处理基本原理n n厌氧消化三阶段理论 n n废水处理工艺中的厌氧微生物 n n厌氧消化机理和厌氧处理技术 厌氧消化三阶段理论厌氧消化三阶段理论n n根据厌氧消化三阶段理论，复杂有机物的厌氧消化过程主根据厌氧消化三阶段理论，复杂有机物的厌氧消化过程主要包括液化、产酸和产甲烷三个阶段，由多种相互依存的要包括液化、产酸和产甲烷三个阶段，由多种相互依存的细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧化细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧化碳，并合成自身细胞物质每一阶段各有其独特的微生物碳，并合成自身细胞物质每一阶段各有其独特的微生物类群，液化阶段起作用的细菌主要包括纤维素分解菌、脂类群，液化阶段起作用的细菌主要包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌主要是肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌主要是菌产氢产乙酸细菌群，利用液化阶段的产物产生乙酸、氢菌产氢产乙酸细菌群，利用液化阶段的产物产生乙酸、氢气和二氧化碳等；产甲烷阶段是甲烷菌利用乙酸、丙酸、气和二氧化碳等；产甲烷阶段是甲烷菌利用乙酸、丙酸、甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和HH2 2/CO/CO2 2是其主要基质。

是其主要基质n nBryantBryant认为厌氧消化经历四个阶段：先是水解阶段，固态认为厌氧消化经历四个阶段：先是水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶水解；第二阶段是酸化；第三阶段有机物被细菌的胞外酶水解；第二阶段是酸化；第三阶段是在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，是在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段n n厌氧消化两阶段厌氧消化两阶段 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厌氧消化的影响因素与控制要求厌氧消化的影响因素与控制要求 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准素也以对甲烷菌的影响因素为准n n温度因素温度因素 n n生物固体停留时间（污泥龄）与负荷生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 n n搅拌和混合搅拌和混合 n n营养与营养与C/NC/N比比 n n氨氮氨氮 n n有毒物质有毒物质 n n酸碱度、酸碱度、pHpH值和消化液的缓冲作用值和消化液的缓冲作用 温度因素n n温度与有机物负荷、产气量关系见图193 n n消化温度与消化时间的关系见图194n n厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。

n n根据采用消化温度的高低，可以分为常温消化（1030）、中温消化（35左右）和高温消化（54左右）温度与有机物负荷、产气量关系温度与有机物负荷、产气量关系消化温度与消化时间的关系消化温度与消化时间的关系生物固体停留时间（污泥龄）与负荷搅拌和混合 搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接搅拌可使消化物料分布均匀，增加微生物与物料的接触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产触，并使消化产物及时分离，从而提高消化效率、增加产气量同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加气量同时，对消化池进行搅拌，可使池内温度均匀，加快消化速度，提高产气量消化池在不搅拌的情况下，消快消化速度，提高产气量消化池在不搅拌的情况下，消化料液明显地分成结壳层、清液层、沉渣层，严重影响消化料液明显地分成结壳层、清液层、沉渣层，严重影响消化效果污水处理厂污泥厌氧消化池的厌氧消化搅拌方法化效果污水处理厂污泥厌氧消化池的厌氧消化搅拌方法包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等机械搅拌时机械搅包括气体搅拌、机械搅拌、泵循环等机械搅拌时机械搅拌器安装在消化池液面以下，定位于上、中、下层皆可，拌器安装在消化池液面以下，定位于上、中、下层皆可，如果料液浓度高，安装要偏下一些；泵循环指用泵使沼气如果料液浓度高，安装要偏下一些；泵循环指用泵使沼气池内的料液循环流动，以达到搅拌的目的；气体搅拌，将池内的料液循环流动，以达到搅拌的目的；气体搅拌，将消化池产生的沼气，加压后从池底部冲入，利用产生的气消化池产生的沼气，加压后从池底部冲入，利用产生的气流，达到搅拌的目的。

机械搅拌适合于小的消化池，液搅流，达到搅拌的目的机械搅拌适合于小的消化池，液搅拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程拌和气搅拌适合于大、中型的沼气工程营养与C/N比 厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质这些营养物质中最重要的是碳素和的营养物质这些营养物质中最重要的是碳素和氨素两种营养物质，在厌氧菌生命活动过程中需氨素两种营养物质，在厌氧菌生命活动过程中需要一定比例的氮素和碳素要一定比例的氮素和碳素表表19-419-4给出了常用沼给出了常用沼气发酵原料的碳氮比原料气发酵原料的碳氮比原料C/NC/N比过高，碳素多，比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长若C/NC/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。

出现氨中毒各种废物的碳氮比（各种废物的碳氮比（C/N）原料原料碳氮碳氮比比原料原料碳氮碳氮比比大便大便(6(6 1010):):1 1厨房垃圾厨房垃圾25:125:1小便小便0.8:0.8:1 1混合垃圾混合垃圾34:134:1牛厩肥牛厩肥18:118:1初沉池初沉池污污泥泥5:15:1鲜马粪鲜马粪24:124:1二沉池二沉池污污泥泥10:110:1鲜鲜羊羊粪粪 29:129:1鲜鲜猪猪粪粪13:113:1氨氮氨氮 厌氧消化过程中，氮的平衡是非常重要的因素消化系统中的由于细胞的增殖很少，故只有很少的氮转化为细胞，大部分可生物降解的氮都转化为消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的浓度都高于进料中氨氮的浓度实验研究表明，氨氮对厌氧消化过程有较强的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3对产甲烷菌的活性有比NH4+更强的抑制能力有毒物质有毒物质 挥发性脂肪酸（挥发性脂肪酸（VFAVFA是消化原料酸性消化的是消化原料酸性消化的产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质一定产物，同时也是甲烷菌的生长代谢的基质一定的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要的挥发性脂肪酸浓度是保证系统正常运行的必要条件，但过高的条件，但过高的VFAVFA会抑制甲烷菌的生长，从而会抑制甲烷菌的生长，从而破坏消化过程。

破坏消化过程有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生有许多化学物质能抑制厌氧消化过程中微生物的生命活动，这类物质被称为抑制剂抑制剂物的生命活动，这类物质被称为抑制剂抑制剂的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、的种类也很多，包括部分气态物质、重金属离子、酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等酸类、醇类、苯、氰化物及去垢剂等n n对厌氧消化具有抑制作用的物质对厌氧消化具有抑制作用的物质对厌氧消化具有抑制作用的物质对厌氧消化具有抑制作用的物质 对厌氧消化具有抑制作用的物质抑制物抑制物质质浓浓度度/(mg/(mg/L)L)抑制物抑制物质质浓浓度度/(mg/(mg/L)L)挥发挥发性脂性脂肪酸肪酸20002000NaNa3500350055005500氨氮氨氮1500150030003000FeFe17101710溶解性硫溶解性硫化物化物200200CrCr6+6+3 3CaCa2500250045004500CrCr3+3+500500MgMg1000100015001500CdCd150150K K2500250045004500酸碱度、酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用值和消化液的缓冲作用 厌氧微生物的生命活动、物质代谢与厌氧微生物的生命活动、物质代谢与pHpH有密切的关系，有密切的关系，pHpH值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生值的变化直接影响着消化过程和消化产物，不同的微生物要求不同的物要求不同的pHpH值，过高或过低的值，过高或过低的pHpH对微生物是不利的，对微生物是不利的，表现在：表现在：1 1由于由于pHpH的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响的变化引起微生物体表面的电荷变化，进而影响微生物对营养物的吸收；微生物对营养物的吸收；2 2pHpH除了对微生物细胞有直接影响外，还可以促使有机化除了对微生物细胞有直接影响外，还可以促使有机化合物的离子化作用，从而对微生物产生间接影响，因为多合物的离子化作用，从而对微生物产生间接影响，因为多数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞；数非离子状态化合物比离子状态化合物更容易渗入细胞；3 3pHpH强烈地影响酶的活性，酶只有在最适宜的强烈地影响酶的活性，酶只有在最适宜的pHpH值时才能值时才能发挥最大活性，不适宜的发挥最大活性，不适宜的pHpH值使酶的活性降低，进而影响值使酶的活性降低，进而影响微生物细胞内的生物化学过程。

微生物细胞内的生物化学过程两级厌氧与两相厌氧处理两级厌氧与两相厌氧处理n n两级厌氧生物处理 n n两相厌氧生物处理 两级厌氧生物处理两级厌氧生物处理n n两级消化：根据沼气产生的规律（图19-6）设计n n目的：节省能量（节省污泥加温与搅拌的部分能量）n n特点：第一级：加热（3335）、搅拌；第二级：不加热（2026）、不搅拌（可视为污泥浓缩池用）消化时间与产气率关系曲线消化时间与产气率关系曲线 两相厌氧生物处理两相厌氧生物处理n n两相厌氧消化：根据消化机理设计两相厌氧消化：根据消化机理设计n n目的：改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗目的：改善厌氧消化条件，从而减少池容与能耗n n特点：特点：第一相：第一相：n=100%n=100%；t t停停=1d=1d 处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二处于水解与发酵、产氢产乙酸阶段（即消化的第一、二阶段）需加热、搅拌需加热、搅拌第二相：第二相：n=n=（15151717）%；处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌处于产甲烷阶段（即消化的第三阶段）需加热、搅拌n n优点：优点：（1 1）总容积小总容积小 （2 2）加热耗热量少，搅拌能耗少加热耗热量少，搅拌能耗少 （3 3）运行管理方便运行管理方便厌氧生物处理工艺与反应器厌氧生物处理工艺与反应器n n普通厌氧消化池 n n厌氧接触工艺 n n厌氧生物滤池 n n厌氧生物转盘 n nUASB与厌氧膨胀颗粒污泥床反应器 n n厌氧膨胀床与厌氧流化床反应器 n n厌氧折流板式反应器 n n高温厌氧处理工艺 普通厌氧消化池普通厌氧消化池n n池形：圆柱形和蛋形两种。

n n构造：主要包括污泥的投配、排泥及溢流系统，沼气排出、收集与贮气设备、搅拌设备及加温设备等溢流系统溢流系统贮气设备贮气设备加温设备加温设备厌氧接触工艺厌氧接触工艺n n流程（图1910）n n主要特征：在厌氧反应器后设沉淀池，污。