第三节 厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法
废水的厌氧处理主要用于 高浓度有机废水的前处理 ;
一、厌氧法的优点
提问,优点有哪些？
1,产生的沼气可用于发电或作为能源
沼气中的主要成分是甲烷，含量 50~75%之间，
是一种很好的燃料。 以日排 COD10t的工厂为例，若 COD去除率为 80%，甲烷产量为理论的
80%时，则可日产甲烷 2240m3,其热值相当于
3.85t原煤，可发电 5400度电。
2,对营养物的需求量少
好氧方法 BOD,N,P=100,5,1,而厌氧方法为
（ 350~500）,5,1,相比而言对 N,P的需求要小的多,因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐 。
4,产生的污泥量少,运行费用低
繁殖慢；不需要曝气
基于这些优点,厌氧处理在食品,酿造,制糖等工业中得到了广泛的应用 。 但厌氧处理也存在缺点
提问,？
1,出水的有机物浓度高于好氧处理；
发酵分解有机物不完全；
2,对温度变化较为敏感；
工业中需要设置进水的控温装置,37℃ 。
3,厌氧微生物对有毒物质较为敏感；
但经过毒物驯化 处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高 。
二、厌氧法的缺点
4,初次启动过程缓慢,处理时间长
好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要 7天 就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要 8~12周 才可以培育成功
5．处理过程中产生臭气和有色物质
提问,是什么？
臭气主要是 SRB形成的具有臭味的 硫化氢气体 以及 硫醇,氨气、
有机酸 等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成 黑色的硫化物 沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。
三,厌氧活性污泥法
（ 一 ）,厌氧活性污泥的性质和组成
由 兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质 形成的污泥颗粒 。
呈 灰色 至 黑色,
有生物吸附作用,生物降解作用和絮凝作用,有一定的沉降性能；
颗粒厌氧活性污泥的直径在 0,5mm以上 。
微生物的组成主要有六种：
由外到内 水解细菌,发酵细菌,氢细菌和乙酸菌,甲烷菌,硫酸盐还原菌,厌氧原生动物 其中 产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架
（二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理
复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段 水解阶段,发酵阶段 （ 又称酸化阶段 ）,产乙酸阶段,产甲烷阶段
框图表示见下图
1,水解阶段
在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物
2．发酵阶段
梭状芽孢杆菌,拟杆菌等 酸化细菌 吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等复杂有机物
1水解 2发酵脂肪酸乙酸H2 + CO2
3产乙酸
CH4 + CO2
H2S+ CO2
硫酸盐还原硫酸盐还原
4产甲烷 4产甲烷硫酸盐还原
3,产乙酸阶段
上一阶段的产物被进一步转化为乙酸,氢气,碳酸以及新的细胞物质,这一阶段的主导细菌是 乙酸菌 。 同时水中有硫酸盐时,还会有 硫酸盐还原菌 参与产乙酸过程 。
4,产甲烷阶段
乙酸,氢气,碳酸,甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及 甲烷菌 细胞物质 。
经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷,二氧化碳,氢气,硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥 。
（三） 厌氧活性污泥处理的工艺流程
其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废水 调节池热交换器
↑37℃ 厌氧活性污泥反应器气柜沉淀池出水回流污泥 剩余污泥四、厌氧生物膜法
主要指 厌氧滤器 （ AF）
沼气出水进水
AF
五、厌氧生物反应器发展
工作原理
2级 (平流沉淀
+厌氧污泥消化 )
全国各地使用广泛，为生活污水的预处理 —
— 液固分离 处理污泥 及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器 —— 化粪池
缺点,污泥量少、
易被带出，静态消化
克服了第一代的缺点，且处理污水第二代厌氧反应器 (1)UASB反应器
influent
Sludge bed
污泥沉降 沼气阻挡收集
effluent
工业级 UASB装置
http://www.fkk.co.
jp/e/ourbusiness/w
ater-body2-e.html
http://www.revaenviro.com/uasb.htmhttp://www.biogas.ch/emmi.htm
钢制圆形结构混凝土方形结构
（便于施工及分离器设置）
全世界有几千座 UASB反应器，占所有厌氧反应器
（第二代以上） 总数的 64%,应用广泛
UASB 反应器 完全混合型
EGSB反 应器 厌氧滤池厌氧塘 流化床-复合 床
64％
(2)Anaerobic Filter 厌氧滤床 (AF)? (3)Anaerobic fluidized bed biofilm reactor
厌氧流化床生物膜反应器（ AFB)
① 化工流化床 原理
② 炉灰 等作生物膜载体,生物颗粒流化
③ 出水外 回流第三代厌氧生物反应器
厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器 升流式污泥床过滤器填料
EGSB IC UBF
以前通常能不用厌氧法处理的就不用,
不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理,现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备。
第四节 生物脱氮和生物除磷
一、污、废水脱氮、除磷的具体指标
一级标准
废水 磷 含量在 ≤0,5mg/L
氨氮 ≤15 mg／ L
二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物
A/O脱氮工艺废水好氧脱碳缺氧反硝化沉淀池好氧硝化沉淀池 1
好氧 活性污泥回流缺氧 活性污泥回流出水回流
？
(一 )微生物脱氮工艺
活性污泥法典型工艺 —— A/O工艺 （ 缺 氧,好氧工艺 ）
(二 )脱氮原理
缺氧反硝化
细菌,反硝化细菌（兼性厌氧菌）
反应,NO3-— N反硝化 还原为 N2,溢出水面释放到大气
碳源,原水中 BOD
硝酸盐 来源,回流出水中的硝化产物
好氧脱碳硝化
脱碳 —— 氧化去除 COD
脱碳菌 —— 好氧 有机物呼吸 的细菌,以 有机物为碳源
硝化菌 —— 好氧 氨盐呼吸 的细菌,以 碳酸盐为碳源
（ NH4+→ NO2-→ NO3-)
提问,为什么先脱碳、后脱氮？
硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物；
有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速,硝化菌氧利用不足，生长缓慢；
提问,硝化脱氮时有时需要补碱（ Na2CO3或 NaOH)?
硝化作用消耗碱（ NH4+,CO3-）,水 pH下降； 补充碳源、升高 pH
提问,硝化菌世代周期长，容易从活性污泥系统中被洗掉，如何解决？
挂生物膜或投加悬浮填料
定期投菌两级滤池法工艺流程好氧脱碳硝化滤池进水厌氧反硝化滤池 出水甲醇补充反硝化菌的碳源！
利用进水中的 BOD
三、微生物除磷原理、工艺及其微生物
（ BOD,N,P） 100,5,1—— 微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成 ATP等,但只去除污水中约 19％ 左右的磷 。 某些高含磷废水中残留的磷还相当高,故需用除磷工艺处理 。
1,微生物除磷原理
依靠 聚磷菌 （ 兼性厌氧菌 ） 聚磷,再从水中除去这些细菌 。
好氧时,大量繁殖（ 消耗 好氧 状态能源 —— 聚 β-羟基丁二酸
（ PHB））,
逆浓度梯度过量吸磷（ 贮备 厌氧 状态能源 —— 多聚磷酸盐颗粒 (即异染颗粒 ) ）；
厌 氧时,正相反 —— 不繁殖,释放磷酸盐 于体外（产生能量供其 储备 消耗 好氧 状态能源 —— PHB） 。
有机基质厌氧区 好氧区乙酸
P
聚磷菌 聚磷菌 O
2
聚磷菌 聚磷菌产酸菌聚 P PHB PHB 聚 P
聚 P聚 P
聚 P聚 P
部分回流做种大部分
（ P） 去除水中 P
2．工艺简介
常见的脱磷工艺如下图所示进水厌 氧放 磷好 氧聚 磷出水部分污泥回流接种 剩余污泥处理沉淀脱 磷四、用生物法处理废水对水质的要求
由于生物法中的各种微生物生长与水质关系密切,因而必须控制适宜的水质指标以保证微生物能够正常的生长和工作 。
生物处理的水质要求表好氧生物处理 厌氧生物处理 备注氧气 需 不需温度℃ 10~40 30~40
只代表常用的中温细菌特点
pH 6~9 6,5~ 7,5
BOD 5
500~1 5 00 m g/L 之间,不低于
50 ~1 00 m g/L
1 5 00 m g/L 以上
BOD,N,P 100,5,1 （ 350~500 ）,5,1
工业废水常需要额外补充氮磷源有关污废水中的毒物种类及浓度限制可参阅课本 127,128表 6-11,表 6-12内容 。
废水的厌氧处理主要用于 高浓度有机废水的前处理 ;
一、厌氧法的优点
提问,优点有哪些？
1,产生的沼气可用于发电或作为能源
沼气中的主要成分是甲烷，含量 50~75%之间，
是一种很好的燃料。 以日排 COD10t的工厂为例，若 COD去除率为 80%，甲烷产量为理论的
80%时，则可日产甲烷 2240m3,其热值相当于
3.85t原煤，可发电 5400度电。
2,对营养物的需求量少
好氧方法 BOD,N,P=100,5,1,而厌氧方法为
（ 350~500）,5,1,相比而言对 N,P的需求要小的多,因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐 。
4,产生的污泥量少,运行费用低
繁殖慢；不需要曝气
基于这些优点,厌氧处理在食品,酿造,制糖等工业中得到了广泛的应用 。 但厌氧处理也存在缺点
提问,？
1,出水的有机物浓度高于好氧处理；
发酵分解有机物不完全；
2,对温度变化较为敏感；
工业中需要设置进水的控温装置,37℃ 。
3,厌氧微生物对有毒物质较为敏感；
但经过毒物驯化 处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高 。
二、厌氧法的缺点
4,初次启动过程缓慢,处理时间长
好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要 7天 就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要 8~12周 才可以培育成功
5．处理过程中产生臭气和有色物质
提问,是什么？
臭气主要是 SRB形成的具有臭味的 硫化氢气体 以及 硫醇,氨气、
有机酸 等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成 黑色的硫化物 沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。
三,厌氧活性污泥法
（ 一 ）,厌氧活性污泥的性质和组成
由 兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质 形成的污泥颗粒 。
呈 灰色 至 黑色,
有生物吸附作用,生物降解作用和絮凝作用,有一定的沉降性能；
颗粒厌氧活性污泥的直径在 0,5mm以上 。
微生物的组成主要有六种：
由外到内 水解细菌,发酵细菌,氢细菌和乙酸菌,甲烷菌,硫酸盐还原菌,厌氧原生动物 其中 产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架
（二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理
复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段 水解阶段,发酵阶段 （ 又称酸化阶段 ）,产乙酸阶段,产甲烷阶段
框图表示见下图
1,水解阶段
在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物
2．发酵阶段
梭状芽孢杆菌,拟杆菌等 酸化细菌 吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等复杂有机物
1水解 2发酵脂肪酸乙酸H2 + CO2
3产乙酸
CH4 + CO2
H2S+ CO2
硫酸盐还原硫酸盐还原
4产甲烷 4产甲烷硫酸盐还原
3,产乙酸阶段
上一阶段的产物被进一步转化为乙酸,氢气,碳酸以及新的细胞物质,这一阶段的主导细菌是 乙酸菌 。 同时水中有硫酸盐时,还会有 硫酸盐还原菌 参与产乙酸过程 。
4,产甲烷阶段
乙酸,氢气,碳酸,甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及 甲烷菌 细胞物质 。
经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷,二氧化碳,氢气,硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥 。
（三） 厌氧活性污泥处理的工艺流程
其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心废水 调节池热交换器
↑37℃ 厌氧活性污泥反应器气柜沉淀池出水回流污泥 剩余污泥四、厌氧生物膜法
主要指 厌氧滤器 （ AF）
沼气出水进水
AF
五、厌氧生物反应器发展
工作原理
2级 (平流沉淀
+厌氧污泥消化 )
全国各地使用广泛，为生活污水的预处理 —
— 液固分离 处理污泥 及厌氧杀寄生虫及病菌第一代厌氧反应器 —— 化粪池
缺点,污泥量少、
易被带出，静态消化
克服了第一代的缺点，且处理污水第二代厌氧反应器 (1)UASB反应器
influent
Sludge bed
污泥沉降 沼气阻挡收集
effluent
工业级 UASB装置
http://www.fkk.co.
jp/e/ourbusiness/w
ater-body2-e.html
http://www.revaenviro.com/uasb.htmhttp://www.biogas.ch/emmi.htm
钢制圆形结构混凝土方形结构
（便于施工及分离器设置）
全世界有几千座 UASB反应器，占所有厌氧反应器
（第二代以上） 总数的 64%,应用广泛
UASB 反应器 完全混合型
EGSB反 应器 厌氧滤池厌氧塘 流化床-复合 床
64％
(2)Anaerobic Filter 厌氧滤床 (AF)? (3)Anaerobic fluidized bed biofilm reactor
厌氧流化床生物膜反应器（ AFB)
① 化工流化床 原理
② 炉灰 等作生物膜载体,生物颗粒流化
③ 出水外 回流第三代厌氧生物反应器
厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器 升流式污泥床过滤器填料
EGSB IC UBF
以前通常能不用厌氧法处理的就不用,
不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理,现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备。
第四节 生物脱氮和生物除磷
一、污、废水脱氮、除磷的具体指标
一级标准
废水 磷 含量在 ≤0,5mg/L
氨氮 ≤15 mg／ L
二、微生物脱氮工艺、原理及其微生物
A/O脱氮工艺废水好氧脱碳缺氧反硝化沉淀池好氧硝化沉淀池 1
好氧 活性污泥回流缺氧 活性污泥回流出水回流
？
(一 )微生物脱氮工艺
活性污泥法典型工艺 —— A/O工艺 （ 缺 氧,好氧工艺 ）
(二 )脱氮原理
缺氧反硝化
细菌,反硝化细菌（兼性厌氧菌）
反应,NO3-— N反硝化 还原为 N2,溢出水面释放到大气
碳源,原水中 BOD
硝酸盐 来源,回流出水中的硝化产物
好氧脱碳硝化
脱碳 —— 氧化去除 COD
脱碳菌 —— 好氧 有机物呼吸 的细菌,以 有机物为碳源
硝化菌 —— 好氧 氨盐呼吸 的细菌,以 碳酸盐为碳源
（ NH4+→ NO2-→ NO3-)
提问,为什么先脱碳、后脱氮？
硝化菌的碳源是脱碳菌的代谢产物；
有机碳源丰富时，脱碳菌世代周期短生长迅速,硝化菌氧利用不足，生长缓慢；
提问,硝化脱氮时有时需要补碱（ Na2CO3或 NaOH)?
硝化作用消耗碱（ NH4+,CO3-）,水 pH下降； 补充碳源、升高 pH
提问,硝化菌世代周期长，容易从活性污泥系统中被洗掉，如何解决？
挂生物膜或投加悬浮填料
定期投菌两级滤池法工艺流程好氧脱碳硝化滤池进水厌氧反硝化滤池 出水甲醇补充反硝化菌的碳源！
利用进水中的 BOD
三、微生物除磷原理、工艺及其微生物
（ BOD,N,P） 100,5,1—— 微生物除碳的同时吸收磷元素用以合成细胞物质和合成 ATP等,但只去除污水中约 19％ 左右的磷 。 某些高含磷废水中残留的磷还相当高,故需用除磷工艺处理 。
1,微生物除磷原理
依靠 聚磷菌 （ 兼性厌氧菌 ） 聚磷,再从水中除去这些细菌 。
好氧时,大量繁殖（ 消耗 好氧 状态能源 —— 聚 β-羟基丁二酸
（ PHB））,
逆浓度梯度过量吸磷（ 贮备 厌氧 状态能源 —— 多聚磷酸盐颗粒 (即异染颗粒 ) ）；
厌 氧时,正相反 —— 不繁殖,释放磷酸盐 于体外（产生能量供其 储备 消耗 好氧 状态能源 —— PHB） 。
有机基质厌氧区 好氧区乙酸
P
聚磷菌 聚磷菌 O
2
聚磷菌 聚磷菌产酸菌聚 P PHB PHB 聚 P
聚 P聚 P
聚 P聚 P
部分回流做种大部分
（ P） 去除水中 P
2．工艺简介
常见的脱磷工艺如下图所示进水厌 氧放 磷好 氧聚 磷出水部分污泥回流接种 剩余污泥处理沉淀脱 磷四、用生物法处理废水对水质的要求
由于生物法中的各种微生物生长与水质关系密切,因而必须控制适宜的水质指标以保证微生物能够正常的生长和工作 。
生物处理的水质要求表好氧生物处理 厌氧生物处理 备注氧气 需 不需温度℃ 10~40 30~40
只代表常用的中温细菌特点
pH 6~9 6,5~ 7,5
BOD 5
500~1 5 00 m g/L 之间,不低于
50 ~1 00 m g/L
1 5 00 m g/L 以上
BOD,N,P 100,5,1 （ 350~500 ）,5,1
工业废水常需要额外补充氮磷源有关污废水中的毒物种类及浓度限制可参阅课本 127,128表 6-11,表 6-12内容 。
