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 P H B P H B 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℃ 1 0 ~ 4 0 3 0 ~ 4 0
只 代 表 常 用 的 中
温细菌特点
pH 6 ~ 9 6, 5 ~ 7, 5
B O D
5
5 0 0 ~ 1 5 0 0 m g / L 之
间, 不低于
5 0 ~ 1 0 0 m g / L
1 5 0 0 m g / L 以上
B O D, N, P 100, 5, 1 （ 3 5 0 ~ 5 0 0 ）,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 P H B P H B 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℃ 1 0 ~ 4 0 3 0 ~ 4 0
只 代 表 常 用 的 中
温细菌特点
pH 6 ~ 9 6, 5 ~ 7, 5
B O D
5
5 0 0 ~ 1 5 0 0 m g / L 之
间, 不低于
5 0 ~ 1 0 0 m g / L
1 5 0 0 m g / L 以上
B O D, N, P 100, 5, 1 （ 3 5 0 ~ 5 0 0 ）,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 。
