3、厌氧反应概述 利用微生物生命过程中的代谢活动,将有机物分解为简单无机物, 从而去除水中有机物污染的过程,称为废水的生物处理。根据代谢过程 对氧的需求,微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。厌 氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程,在无需提供氧的情况下, 把有机物转化为无机物和少量的细胞物质,这些无机物包括大量的生物 气(即沼气)和水。 厌氧是一种低成本废水处理技术,把废水治理和能源相结合,特 别适合发展中国家使用 4、厌气处理技术的优势和不足: 优势 4.1可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术,具有 良好的社会、经济、环境效益。 4.2耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工 艺1/3 4.3回收能源,理论上讲1kgωOD可产生纯甲烷0.35m3,燃值 (3.93×10-1J/m3),高于天然气(3.93×10-1J/m3)。以日排10tCOD工 厂为例,按αOD去除80%,甲烷为理论值80%计算,日产沼气2240m3,相当 于2500m3天然气或3.85t煤,可发电5400Kwh 4.4设备负荷高、占地少 4.5剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6~1/10 4.6对N、P等营养物需求低,好氧工艺要求C:N=100:5:1,厌氧工艺为 C:N=(350-500):5:1。 4.7可直接处理高浓有机废水,不需稀释。 4.8厌氧菌可在中止供水和营养条件下,保留生物活性和沉泥性一年, 适合间断和季节性运行 4.9系统灵活,设备简单,易于制作管理,规模可大可小。 厌氧不足: 出水污染浓度高于好氧,一般不能达标; 2 对有毒性物质敏感; 3 初次启动缓慢,最少需8-12周以上方能转入正常水平。 5、反应机理:
3、厌氧反应概述： 利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物分解为简单无机物， 从而去除水中有机物污染的过程，称为废水的生物处理。根据代谢过程 对氧的需求，微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。厌 氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧的情况下， 把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的生物 气（即沼气）和水。 厌氧是一种低成本废水处理技术，把废水治理和能源相结合，特 别适合发展中国家使用。 4、厌气处理技术的优势和不足： 优势： 4.1 可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术，具有 良好的社会、经济、环境效益。 4.2 耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工 艺 1/3. 4.3 回 收 能源 , 理 论 上讲 1kgCOD 可 产 生 纯 甲烷 0.35m3, 燃值 (3.93×10-1J/m3)，高于天然气(3.93×10-1J/m3)。以日排 10t COD 工 厂为例,按 COD 去除 80%,甲烷为理论值 80%计算，日产沼气 2240m3,相当 于 2500m3 天然气或 3.85t 煤,可发电 5400Kwh. 4.4 设备负荷高、占地少。 4.5 剩余污泥少,仅相当于好氧工艺 1/6～1/10. 4.6 对 N、P 等营养物需求低，好氧工艺要求 C：N=100:5:1,厌氧工艺为 C:N=(350-500):5:1。 4.7 可直接处理高浓有机废水,不需稀释。 4.8 厌氧菌可在中止供水和营养条件下，保留生物活性和沉泥性一年, 适合间断和季节性运行。 4.9 系统灵活,设备简单,易于制作管理，规模可大可小。 厌氧不足: 1、 出水污染浓度高于好氧，一般不能达标； 2、 对有毒性物质敏感； 3、 初次启动缓慢，最少需 8-12 周以上方能转入正常水平。 5、反应机理：
厌氧反应过程是对复杂物质(指高分子有机物以悬浮物和胶体形式 存在于水中)生物降解的复杂的生态系统。其反应过程可分为四个阶段: 5.1水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。例如:纤维素被纤维酶 水解为纤维二糖和葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖,蛋白 质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等,这些小分子的水解产物能被溶解于 水,并透过细胞为细胞所利用 5.2发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌(即酸化菌)的细胞内转化 为更为简单的化合物,并分泌到细胞外。这一阶段主要产物为挥发性脂 肪酸(VFA)醇类、乳酸、C2、氢、氨、硫化氢等。 5.3产酸阶段—一上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸以及新 的细胞物质 5.4产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等被转化 为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。 水解阶段一一含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂 类水解。 发酵酸化阶段一—包括氨基酸和糖类的厌氧氧化,以 及较高级脂肪酸与醇类的厌氧氧化。 产乙酸阶段—一含有从中间产物中形成乙酸和氧气, 以及氢气和二氧化碳形成乙酸。 d 产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷,以及从氧 氧化碳形成甲烷。废水中有硫酸盐时,还会有硫酸盐还原过程,如 7、厌氧反应的工艺控制条件: 7.1温度:按三种不同嗜温厌氧菌(嗜温5-20℃嗜温20-42℃C嗜 温42-75℃)工程上分为低温厌氧(15-20℃)、中温厌氧(30-35℃)、高 温厌氧(50-55℃)三种。温度对厌氧反应尤为重要,当温度低于最优 下限温度时,每下降1℃,效率下降11%。在上述范围,温度在1-3℃的 微小波动,对厌氧反应影响不明显,但温度变化过大(急速变化),则 会使污泥活力下降,度产生酸积累等问题。 7.2HH:厌氧水解酸化工艺,对PH要求范围较松,即产酸菌的P应控 制4-7℃范围内;完全厌氧反应则应严格控制H,即产甲烷反应控制范 围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷化速降低。 7.3氧化还原电位:水解阶段氧化还原电位为-100~+100mv,产甲烷阶
厌氧反应过程是对复杂物质（指高分子有机物以悬浮物和胶体形式 存在于水中）生物降解的复杂的生态系统。其反应过程可分为四个阶段： 5.1 水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。例如：纤维素被纤维酶 水解为纤维二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖，蛋白 质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等，这些小分子的水解产物能被溶解于 水，并透过细胞为细胞所利用。 5.2 发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌（即酸化菌）的细胞内转化 为更为简单的化合物，并分泌到细胞外。这一阶段主要产物为挥发性脂 肪酸（VFA）醇类、乳酸、CO2、氢、氨、硫化氢等。 5.3 产酸阶段——上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸以及新 的细胞物质。 5.4 产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等被转化 为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。 a、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂 类水解。 b、 发酵酸化阶段——包括氨基酸和糖类的厌氧氧化，以 及较高级脂肪酸与醇类的厌氧氧化。 c、 产乙酸阶段——含有从中间产物中形成乙酸和氧气， 以及氢气和二氧化碳形成乙酸。 d、 产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷，以及从氧、二 氧化碳形成甲烷。废水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原过程，如 7、厌氧反应的工艺控制条件： 7.1 温度：按三种不同嗜温厌氧菌（嗜温 5-20℃ 嗜温 20-42℃ 嗜 温 42-75℃）工程上分为低温厌氧(15-20℃)、中温厌氧（30-35℃）、高 温厌氧（50-55℃）三种。温度对厌氧反应尤为重要，当温度低于最优 下限温度时，每下降 1℃，效率下降 11%。在上述范围，温度在 1-3℃的 微小波动，对厌氧反应影响不明显，但温度变化过大（急速变化），则 会使污泥活力下降，度产生酸积累等问题。 7.2 PH：厌氧水解酸化工艺，对 PH 要求范围较松，即产酸菌的 PH 应控 制 4-7℃范围内；完全厌氧反应则应严格控制 PH，即产甲烷反应控制范 围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH 低于6.3 或高于7.8,甲烷化速降低。 7.3 氧化还原电位：水解阶段氧化还原电位为-100～+100mv，产甲烷阶
段的最优氧化还原电位为-150~-400mv。因此,应控制进水带入的氧的 含量,不能因以对厌氧反应器造成不利影响 7.4营养物:厌氧反应池营养物比例为C:N∽=(350-500):5:1。 7.5有毒有害物:抑制和影响厌氧反应的有害物有三种: 7.5.1无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等,特别硫酸盐和硫化 物抑制作用最为严重 7.5.2有机化合物:非极性有机化合物,含挥发性脂肪酸(VFA)、非极性 酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。 7.5.3生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。 7.6工艺技术参数: 7.6.1水力停留时间:HRT 7.6.2有机负荷 7.6.3污泥负荷 8、厌氧反应器启动: 8.1接种污泥:有颗粒污泥时,接种污泥数量大小10-15%.当没有现成的 污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有 利于颗粒污泥形成。没有消化污泥和颗粒污泥时,化粪池污泥、新鲜牛 粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种,,也可用腐败污泥和鱼塘底 泥作接种污泥,但启动周期较长。 泥接种浓度至少不低10 Kg.VSs/m3反应器容积,但接种污泥填充量不 大于反应器容积6%。污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的 其它物进入厌氧反应器内 8.2接种污泥启动:启动分以下三个阶段进行 1、起始阶段—一反应池负荷从0.5-1.0kgoo/m3d或污泥负荷 0.05-0.kgo/ kg vss.d开始。进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度 不大于COD5000mg/L,并按要求控制进水,最低的COD负荷为1000g/L 进液浓度不符合应进行稀释 进液时不要刻意严格控制所有工艺参数,但应特别注意乙酸浓度,应保 持在1000mgL以下。进液采用间断冲击形式,即每3~4小时一次,每 次5-10min,之后逐步减断间隔时间至1小时,每次进液时间逐步增长 20~30min。起始阶段,进水间隔时间过长时,则应每隔1小时开动泵 对污泥搅拌一次,每次3~5min。 2、启动第二阶段一一当反应器容积负荷上升到2-5kgCO/m3d时,这一 阶段洗出污泥量增大,颗粒污泥开始产生。一般讲,从第一段到第二段
段的最优氧化还原电位为-150～-400mv。因此,应控制进水带入的氧的 含量，不能因以对厌氧反应器造成不利影响。 7.4 营养物：厌氧反应池营养物比例为 C:N =(350-500):5:1。 7.5 有毒有害物：抑制和影响厌氧反应的有害物有三种： 7.5.1 无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等，特别硫酸盐和硫化 物抑制作用最为严重； 7.5.2 有机化合物:非极性有机化合物，含挥发性脂肪酸(VFA)、非极性 酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。 7.5.3 生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。 7.6 工艺技术参数： 7.6.1 水力停留时间:HRT 7.6.2 有机负荷 7.6.3 污泥负荷 8、厌氧反应器启动: 8.1 接种污泥:有颗粒污泥时,接种污泥数量大小 10-15%.当没有现成的 污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有 利于颗粒污泥形成。没有消化污泥和颗粒污泥时，化粪池污泥、新鲜牛 粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种，，也可用腐败污泥和鱼塘底 泥作接种污泥，但启动周期较长。 污泥接种浓度至少不低 10Kg•VSS/m3 反应器容积，但接种污泥填充量不 大于反应器容积 60%。污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的 其它物进入厌氧反应器内。 8.2 接种污泥启动：启动分以下三个阶段进行： 1 、起始阶段——反应池负荷从 0.5-1.0kgCOD/m3d 或污泥负荷 0.05-0.1kgCOD/kgVSS•d 开始。进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度 不大于 COD5000mg/L，并按要求控制进水，最低的 COD 负荷为 1000mg/L。 进液浓度不符合应进行稀释。 进液时不要刻意严格控制所有工艺参数，但应特别注意乙酸浓度，应保 持在 1000mg/L 以下。进液采用间断冲击形式，即每 3～4 小时一次，每 次 5-10min，之后逐步减断间隔时间至 1 小时，每次进液时间逐步增长 20～30min。起始阶段，进水间隔时间过长时，则应每隔 1 小时开动泵 对污泥搅拌一次，每次 3～5min。 2、启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到 2-5kgCOD/m3d 时，这一 阶段洗出污泥量增大，颗粒污泥开始产生。一般讲，从第一段到第二段
要40d时间,此时容积负荷大约为设计负荷的50% 3、启动的第三阶段——从容积负荷50%上升到100%,采用逐步增加进 料数量和缩短进料间断时间来实现。衡量能否获进料量和缩短进料时间 的化验指标定控制发挥性脂肪酸VA不大于500mg/L,当VFA超过 500-1000mg/L,厌氧反应器呈现酸化状态,超过1000mg/L则表明已经 酸化,需立即采取措施停止进料,进行菌种驯化。一般来讲第二段到第 三段也需30-40d时间 8.3启动的要点 1、启动一定要逐步进行,留有充裕的时间,并不能期望很短时间进入 加料运行达到厌氧降解的目标。因为启动实际上是使细菌从休眠状态 恢复,即活化的过程。启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在进行,原 厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢的多。因 此,这时负荷一般不能高,时间不能短,每次进料要少,间隔时间要长。 2、混合进液浓度一定要控制在较低水平,一般COD浓度为 1000-5000mg/L,当超过5000ng/L,应进行出水循环和加水稀释至要求。 3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于200mg/L时,则亦应稀释至100mg/L 以下才能进液。 4、负荷增加操作方式:启动初期容积负荷可从0.2-0.5kgCO/m3·d开 始,当生物降解能力达到80%以上时,再逐步加大。若最低负荷进料, 厌氧过程仍不正常COD不能消化,则进料间断时间应延长24h或2-3d, 检査消化降解的主要指标测量VFA浓度,启动阶段VFA应保持在3mmoL/L 以下。 5、当容积负荷走到2.0kgCO/m3d后,每次进料负荷可增大,但最大不 超过20%,只有当进料增大,而VFA浓度且维持不变,或仍维持在< 3moL/L水平时,进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少 厌氧生物处理中存在的问题及解决方法 存在问题 原 因 解决方法 1、污泥生长过慢 1营养物不足,微量元素不足
要 40d 时间，此时容积负荷大约为设计负荷的 50%。 3、启动的第三阶段——从容积负荷 50%上升到 100%，采用逐步增加进 料数量和缩短进料间断时间来实现。衡量能否获进料量和缩短进料时间 的化验指标定控制发挥性脂肪酸 VFA 不大于 500mg/L，当 VFA 超过 500-1000mg/L，厌氧反应器呈现酸化状态，超过 1000mg/L 则表明已经 酸化，需立即采取措施停止进料，进行菌种驯化。一般来讲第二段到第 三段也需 30-40d 时间。 8.3 启动的要点 1、启动一定要逐步进行，留有充裕的时间，并不能期望很短时间进入 加料运行达到厌氧降解的目标 。因为启动实际上是使细菌从休眠状态 恢复，即活化的过程。启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在进行，原 厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢的多。因 此，这时负荷一般不能高，时间不能短，每次进料要少，间隔时间要长。 2 、混合 进液 浓度 一定 要控 制在较 低水 平， 一 般 COD 浓 度为 1000-5000mg/L，当超过 5000mg/L，应进行出水循环和加水稀释至要求。 3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于 200mg/L 时，则亦应稀释至 100mg/L 以下才能进液。 4、负荷增加操作方式：启动初期容积负荷可从 0.2-0.5kgCOD/m3•d 开 始，当生物降解能力达到 80%以上时，再逐步加大。若最低负荷进料， 厌氧过程仍不正常 COD 不能消化，则进料间断时间应延长 24h 或 2-3d， 检查消化降解的主要指标测量VFA 浓度，启动阶段VFA 应保持在3mmoL/L 以下。 5、当容积负荷走到 2.0kgCOD/m3d 后，每次进料负荷可增大，但最大不 超过 20%，只有当进料增大，而 VFA 浓度且维持不变，或仍维持在﹤ 3mmoL/L 水平时，进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少。 9、 厌氧生物处理中存在的问题及解决方法 存在问题 原 因 解决方法 1、污泥生长过慢 1 营养物不足，微量元素不足；
2进液酸化度过高; 3种泥不足。 1增加营养物和微量元素; 2减少酸化度 3增加种泥 2、反应器过负荷 1反应器污泥量不够; 2污泥产甲烷活性不足 3每次进泥量过大间断时间短 1增加种污或提高污泥产 量: 2减少污泥负荷 3减少每次进泥量加大进泥间隔。 3、污泥活性不够 1温度不够; 2产酸菌生长过快 3营养或微量元素不足 4无机物Ca2+引起沉淀 1提高温度; 2控制产酸菌生长条件 3增加营养物和微量元素 4减少进泥中Ca2+含量。 4、污泥流失 1气体集于污泥中,污泥上浮; 2产酸菌使污泥分层 3污泥脂肪和蛋白过大 1增加污泥负荷,增加内部水循 环 2稳定工艺条件增加废水酸化程度 3采取预处理去除脂肪蛋白 5、污泥扩散颗粒污泥破裂 1负荷过大 2过度机械搅拌 3有毒物质存在 4预酸化突然增加 1稳定负荷 2改水力搅拌 3废水清除毒素 4应用更稳定酸化条件
2 进液酸化度过高； 3 种泥不足。 1 增加营养物和微量元素； 2 减少酸化度； 3 增加种泥。 2、反应器过负荷 1 反应器污泥量不够； 2 污泥产甲烷活性不足； 3 每次进泥量过大间断时间短。 1 增加种污或提高污泥产 量； 2 减少污泥负荷； 3 减少每次进泥量加大进泥间隔。 3、污泥活性不够 1 温度不够； 2 产酸菌生长过快； 3 营养或微量元素不足； 4 无机物 Ca2+引起沉淀。 1 提高温度； 2 控制产酸菌生长条件； 3 增加营养物和微量元素； 4 减少进泥中 Ca2+含量。 4、污泥流失 1 气体集于污泥中，污泥上浮； 2 产酸菌使污泥分层； 3 污泥脂肪和蛋白过大。 1 增加污泥负荷，增加内部水循 环； 2 稳定工艺条件增加废水酸化程度； 3 采取预处理去除脂肪蛋白。 5、污泥扩散颗粒污泥破裂 1 负荷过大； 2 过度机械搅拌； 3 有毒物质存在。 4 预酸化突然增加 1 稳定负荷； 2 改水力搅拌； 3 废水清除毒素。 4 应用更稳定酸化条件