【环境课】废水厌氧生物处理过程设计与优化.ppt

废水厌氧生物处理过程设计与优化 一、厌氧生物处理过程及其特征 二、厌氧消化微生物 三、厌氧生物处理的影响因素 四、厌氧消化工艺的发展及其应用 五、升流式厌氧污泥床反应器的设计 六、升流式厌氧污泥床反应器的启动和应用 七、第三代厌氧反应器 废水厌氧生物处理过程设计与优化 一、厌氧生物处理过程及其特征 厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌氧条件下由活性污泥中的多种微生物共同作用，使有机物分解并生成CH4和CO2的过程。 人们对有机物厌氧消化的认识不断深化： 两段说 三段说 四种群说 1、两段说 1930年Buswell 和Neave 肯定了Thumm 和Reichie(1914)与Imhoff(1916)的看法，把有机物厌氧消化过程分为: 酸性发酵和碱性发酵两个阶段。 两阶段厌氧消化过程 有机物厌氧消化过程中pH的变化 2、三阶段理论 1979年布利安特(Bryant)等人提出了厌氧消化的三阶段理论。 三阶段理论认为，厌氧消化过程是按以下步骤进行的： 三阶段厌氧消化过程 第一阶段，水解、发酵阶段 复杂有机物在微生物作用下进行水解和发酵。 例如，多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等； 蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。 第二阶段，产氢、产乙酸阶段 由一类专门的细菌，称为产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2和C02。 第三阶段，产甲烷阶段 由产甲烷细菌利用乙酸和H2、C02，产生CH4。 研究表明，厌氧生物处理过程中约有70%CH4产自乙酸的分解， 其余少量则产自H2和CO2的合成。 三阶段理论是对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。 几乎与Bryant提出三阶段理论的同时，Zeikus(1979)在第一届国际厌氧消化会议上提出了四种群说理论。 4、四种群说理论 复杂有机物厌氧消化过程有四种群厌氧微生物参与，四种群即是： 水解发酵菌， 产氢产乙酸菌， 同型产乙酸菌（又称耗氢产乙酸菌）， 以及产甲烷菌。 四种群说有机物厌氧降解示意图 5、有硫酸盐存在条件下葡萄糖的厌氧消化 6、厌氧生物处理的主要特征 与好氧生物处理相比较，厌氧生物处理的主要特征有： ①能量需求大大降低，还可产生能量。 因为厌氧生物处理不要求供给氧气，相反却能生产出含有50%～70%甲烷(CH4)的沼气，含有较高的热值(约为21000 ～25000Kg/m3)，可用作能源。 为去除1kgCOD，好氧生物处理大约需消耗0.5～1.0kW·h电能。 而厌氧生物处理每去除1kgCOD大约能产生3.5kW·h电能。 ②污泥产量极低。 因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。 一般，厌氧消化中产酸细菌的产率(VSS/COD)为0.15～0.34，产甲烷细菌为0.03左右，混合菌群的产率约 0.17； 而好氧微生物的产率约为0.25 ～0.6。 因此，去除每千克COD， 好氧生物处理的污泥产量约为250～600g VSS； 而厌氧生物处理的污泥产量仅为180～200gVSS。 ③对温度、pH等环境因素更为敏感。 厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类，其适宜的温度范围分别为55℃左右和35℃左右。 如温度降至10℃以下，厌氧微生物的活动能力将非常低下。 而好氧微生物对温度的适应能力较强，在5℃以上的温度条件下均能较好地发挥作用。 产甲烷菌的最适pH范围也较好氧菌为小。 如温度降至10℃以下，厌氧微生物的活动能力将非常低下。 而好氧微生物对温度的适应能力较强，在5℃以上的温度条件下均能较好地发挥作用。 产甲烷菌的最适pH范围也较好氧菌为小。 温度对微生物活性的影响 ④处理后废水有机物浓度高于好氧处理。 ⑤厌氧微生物可对好氧微生物所不能降解的一些有机物进行降解(或部分降解)。 ⑥处理过程的反应较复杂。 厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物学过程，远比好氧生物处理中的微生物过程复杂。 二、厌氧消化微生物 (一)发酵细菌(产酸细菌) 主要包括梭菌属(Clostridigm)、似杆菌属(Bacteroides)、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、真细菌属(Eubacterium)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等。 这类细菌的主要功能是先通过胞外酶的作用将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化成脂肪酸，醇类等。 不溶性有机物 可溶性有机物 可溶性的大分子有机物 小分子 研