第11章厭氧生物處理法11.1厭氧法的基本原理11.2厭氧法的影響因素11.3厭氧法的工藝和設(shè)備11.4厭氧消化過程動力學(xué)11.5厭氧產(chǎn)氣量計算11.1厭氧法的基本原理在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。若有機(jī)物的降解產(chǎn)物主要是有機(jī)酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。

厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體等。厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)行生物處理提供生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。11.1厭氧法的基本原理11.1厭氧法的基本原理1、水解酸化階段（產(chǎn)酸或酸化細(xì)菌）11.1厭氧法的基本原理2、產(chǎn)氣階段（甲烷細(xì)菌）

乙酸化階段甲烷化階段11.2厭氧法的影響因素一、溫度條件11.2厭氧法的影響因素二、pH值一般認(rèn)為，實(shí)測值應(yīng)7.2～7.4之間為好。低于7.0時，pH值并不穩(wěn)定，有繼續(xù)下降的趨勢。低于6.5時，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。如果有機(jī)物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理機(jī)能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。

一般原液的pH值為6～8。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過3000mg/L為佳。

重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。一般要求系統(tǒng)中堿度在2000mg/L以上，氨氮濃度以介于50～200ng/L為佳。11.2厭氧法的影響因素三、氧化還原電位厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境主要以體系中的氧化還原電位反映。引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的原因：氧和其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在(如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性廢水中的H+等)高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500～-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300～-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100～-100mV的兼性條件下生長繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機(jī)廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。11.2厭氧法的影響因素四、負(fù)荷率

容積負(fù)荷率：反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機(jī)物量可用COD.BOD.S和VSS表示。污泥負(fù)荷率：反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量，單位為kg/kg·d或g/g·d。投配率：每天向單位有效容積投加的新料的體積，單位為m3/m3·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d。投配率有時也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。確定厭氧消化裝置的負(fù)荷率的原則是：在兩個轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。

三種發(fā)酵狀態(tài)

當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時，消化液顯酸性（pH<7），稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率適中時，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時消化液中pH值維持在7～7.5之間，稱為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高（大于7.5）稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。由于負(fù)荷偏低，是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。11.2厭氧法的影響因素五、污泥濃度各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10～30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離器、設(shè)置掛膜介質(zhì)、降低水流速度和回流污泥量等。11.3厭氧法的工藝和設(shè)備一、普通厭氧消化池

在一個消化池內(nèi)進(jìn)行酸化，甲烷化和固液分離。設(shè)備簡單。反應(yīng)時間長，池容積大。污泥易隨水流帶走，消化器內(nèi)難以保持大量的微生物細(xì)胞。攪拌方式有三種：池內(nèi)機(jī)械攪拌；沼氣攪拌；循環(huán)消化液攪拌。容積負(fù)荷為2~6kgCOD/m3?d11.3厭氧法的工藝和設(shè)備二、厭氧接觸法

用沉淀池分離污泥并進(jìn)行回流。消化池中進(jìn)行適當(dāng)攪拌，池內(nèi)呈完全混合。能適應(yīng)高有機(jī)物濃度和高懸浮物的廢水。有一定抗沖擊負(fù)荷能力，運(yùn)行較穩(wěn)定，不受進(jìn)水懸浮物的影響。負(fù)荷高時污泥會流失。設(shè)備較多，操作上要求較高。污泥濃度10~15g/L，容積負(fù)荷2~10kgCOD/m3?d。11.3厭氧法的工藝和設(shè)備三、厭氧生物濾池和厭氧生物轉(zhuǎn)盤

微生物固著生長在濾料表面。適用于懸浮物量低的廢水。設(shè)備簡單，能承受較高負(fù)荷。出水懸浮固體低。底部易發(fā)生堵塞，填料費(fèi)用較貴。容積負(fù)荷2~16kgCOD/m3?d。11.3厭氧法的工藝和設(shè)備四、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器

消化和固液分離在一個池內(nèi)。微生物量特高。負(fù)荷率高(10~20kgCOD/m3?d)?？?cè)莘e小。能耗低，不需攪拌。污泥濃度可達(dá)40~80g/L。11.3厭氧法的工藝和設(shè)備五、厭氧流化床

池內(nèi)充填粒徑為0.5mm左右的掛膜介質(zhì)，全部懸浮于上升水流中，廢水常需回流。負(fù)荷率高(10~40kgCOD/m3?d)，反應(yīng)器內(nèi)VSS濃度可達(dá)60g/L，容積小，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。但管理較復(fù)雜。11.3厭氧法的工藝和設(shè)備六、兩步厭氧法和復(fù)合厭氧法

酸化和甲烷化在兩個反應(yīng)器進(jìn)行。兩個反應(yīng)器內(nèi)可以采用不同反應(yīng)溫度。能承受較高負(fù)荷，耐沖擊。運(yùn)行穩(wěn)定。11.5厭氧產(chǎn)氣量計算一、理論產(chǎn)氣量的計算1、根據(jù)廢水有機(jī)物化學(xué)組成計算產(chǎn)氣量2、根據(jù)COD與產(chǎn)氣量關(guān)系計算

CH4+2O2

——CO2+2H2OV1=22.4/64=0.35(L/gCOD)V2=T2V1/T1

VCH4=

V2[Q?(S0-Se)—1.42QWx]?10-3

Vg=VCH4/PV1——還原1gCOD所生成的甲烷體積，L/gCODVCH4——厭氧消化系統(tǒng)的甲烷日產(chǎn)量，m3/dP——以小數(shù)表示的沼