No. 1 第 15章 厌氧生物处理 ? 15.1 概述 ? 15.2 厌氧生物处理的基本原理 ? 15.3 厌氧微生物生态学 ? 15.4 升流式厌氧污泥床反应器 ? 15.5 两相厌氧生物处理 ? 15.6 悬浮生长厌氧生物处理法 ? 15.7 固着生长厌氧生物处理法 15.2 厌氧生物处理机理 ? 15.2.1 机理 机理 ? 15.2.2 微生物学 微生物学 ? 15.2.3 2个关键问题 个关键问题 15.2.1 机理 机理 二 二 、 、 三 三 、 、 四 四 三 三 +四 四 两阶段理论两阶段理论 两阶段理论 ? 1930年 年 Buswell和 和 Neave肯定了 肯定了 Thumm和 和 Reichie(1914)与 与 Imhoff(1916)的看法，有 的看法，有 机物厌氧消化过程分为 机物厌氧消化过程分为 酸性发酵 酸性发酵 和 和 碱性 碱性 发酵 发酵 两个阶段 两个阶段 . 两阶段理论 三阶段论三阶段论 三阶段论 ?两阶段理论这一观点，几十年来一直占 两阶段理论这一观点，几十年来一直占 统治地位 统治地位 （近 （近 50年） 年） ，在国内外有关厌 ，在国内外有关厌 氧消化的专著和教科书中一直被广泛应 氧消化的专著和教科书中一直被广泛应 用。 用。 ? M.P.Bryant(1979)根据对产甲烷菌和产氢 根据对产甲烷菌和产氢 产乙酸菌的研究结果，认为两阶段理论 产乙酸菌的研究结果，认为两阶段理论 不够完善，提出了三阶段理论。 不够完善，提出了三阶段理论。 三阶段理论 创新点：创新点： 创新点： ?该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸， 该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸， H 2 /CO 2 ，和甲醇等以外的有机酸和醇 类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产 类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产 乙酸菌转化为乙酸、 乙酸菌转化为乙酸、 H 2 和 和 CO 2 等后，才 等后，才 能被产甲烷菌利用。 能被产甲烷菌利用。 四种群说四种群说 四种群说 ? J.C.Zeikuus(1979)在第一届国际厌氧消 在第一届国际厌氧消 化会议上提出了四种群说理论。 化会议上提出了四种群说理论。 四种群说 #三阶段 三阶段 \四种群说 四种群说 复杂有机物（多糖、脂、蛋白质） 复杂有机物（多糖、脂、蛋白质） A类有机物 B类有机物 CO 2 +H 2 O NH 3 ,H 2 S 乙酸 氢 产甲烷作用 甲基合成，氢还原 CH 4 +CO 2 NH 3 ,H 2 S 第二阶段 第二阶段 产氢产 产氢产 乙酸 乙酸 细菌 细菌 第三阶段 第三阶段 产 产 甲烷 甲烷 细菌 细菌 横向转化 横向转化 同型产 同型产 乙酸 乙酸 细菌 细菌 第一阶段 第一阶段 水解 水解 发酵细菌 发酵细菌 水解发酵作用 产氢产乙酸作用 同型产乙酸作用 液化 酸 化 气 化 A类有机物 : 三甲一乙：甲酸、甲醇、甲胺、乙酸 B类有机物： A类有机物之外的其它简单有机物 有机酸、醇、酮等 No. 14 Overview Anaerobic Biodegradation Polymers (proteins, polysaccharides) Monomers (sugars, amino acids, peptides) butyrate propionate H 2 + CO 2 acetate CH 4 + CO 2 h h 1 1 1 1 22 2 3 3 44 4 Hydrolytic enzymes Fermentative bacteria Syntrophic acetogenic bacteria Homoacetogenic bacteria Methanogens Methanogenic Consortium No. 15 第一阶段 z液化 z水解 z不溶解性大分子有机物经胞外水解酶的作 用，在溶液中分解为水溶性的小分子有机 物，如氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等 z纤维素经水解转化成较简单的糖类； z蛋白质转化成较简单的氨基酸； z脂类转化成脂肪酸和甘油等。 No. 16 ?发酵（酸化） ?这些简单的有机物在 产酸菌 的作用下（胞内 酶）经过厌氧发酵和氧化 转化成乙酸、丙酸、 丁酸等 脂肪酸和醇类 等。 ?完成者：发酵细菌(厌氧菌和兼性厌氧菌)。 No. 17 第二阶段 ?酸化 ?水解的产物被发酵细菌摄入体内，进 行代谢 ,由 于菌种不同，产物也不一样，众多产物中仅 CO 2 、 H 2 、三甲一乙可以被产甲烷细菌利用 . ?其它产物（丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类）经 产 氢产乙酸细菌 进一步转化成 H 2 和乙酸等方可被 利用 ?完成者：发酵细菌 、产氢产乙酸细菌（同型产 乙酸细菌） No. 18 第三阶段 ?气化 ?产甲烷细菌利用 CO 2 、 H 2 、三甲一乙将有机物中 的碳最终以 CH 4 、 CO 2 等产物形式逸出。 ?完成者：产甲烷菌 No. 19 15.2.2 微生物学 微生物学 91\水解发酵细菌群 92\产氢产乙酸细菌群 93\同型产乙酸细菌群 94\甲烷细菌群 No. 20 1\水解发酵细菌群 ? A：种类 ? 发酵细菌是一个相当复杂而又庞大的 细菌群。 ? 主要包括纤维素分解菌、半纤维素分 解菌、淀粉分解菌、脂肪分解菌、蛋 白质分解菌等。 No. 21 B：发酵细菌的功能可概括为两个方面 ? 1．将大分子不溶性有机物水解成小分子的 水溶性有机物。 水解作用是在胞外水解酶的 催化作用下完成的。水解过程是在细菌细胞 的表面或周围介质中完成的。 ? 发酵细菌群中 仅有一部分 细菌种属具有分泌 水解酶 的功能，而水解产物却一般可被其它 的发酵细菌群所吸收利用。 No. 22 ? 2． 发酵细菌将水解产物吸收进细胞内，经 细胞内复杂的酶系统的催化转化，将一部分 供能源使用的有机物转化为代谢产物，转入 细胞外的水溶液里，成为参与下一阶段生化 反应的细菌群(主要是产氢产乙酸细菌)吸收 利用的基质(主要是有机酸、醇、酮等)。 No. 23 ? 发酵细菌主要是专性厌氧菌和兼性厌氧菌， 大多数属异养菌。其优势种属随环境条件和 发酵基质的不同而异。 ? 发酵细菌对环境条件(如温度、pH值、氧化 还原电位等)的变化有较强的适应性。 ? 此外，发酵细菌的世代期短， 数分钟到数十 分钟 即可繁殖一代。 No. 24 基质 ? 纤维素（动植物残体和食草动物的粪便） ? 淀粉（淀粉废液、酒精发酵残渣） ? 蛋白质（奶酪厂废水） ? 富含肉类罐头的残渣 ? 硫酸盐含量高的消化液（硫酸盐制浆黑液） ? 生活垃圾和鸡场废弃物 No. 25 2\产氢产乙酸细菌群 产氢产乙酸细菌群 ? 发现S菌株的意义 ? 产氢产乙酸反应的调控 No. 26 ? 1916年年 ，， V.L.Omeliansky分离到分离到 1株不产芽孢、发株不产芽孢、发 酵乙醇产甲烷菌，后被命名为 酵乙醇产甲烷菌，后被命名为 奥氏甲烷杆菌 奥氏甲烷杆菌 ，现 ，现 证实其并非一个纯菌种。 证实其并非一个纯菌种。 ? 1967年年 ，， M.P.Bryant采用采用 改良的改良的 Hungate技术技术 将共将共 生的 生的 Omeliansky甲烷杆菌分纯。证明了它是甲烷 甲烷杆菌分纯。证明了它是甲烷 杆菌 杆菌 MOH菌株和 菌株和 “S”菌株的共生体，使长达 菌株的共生体，使长达 51年 年 来一直认为是纯种的经典甲烷菌得以弄清楚其本 来一直认为是纯种的经典甲烷菌得以弄清楚其本 来的面目。使 来的面目。使 产甲烷菌和产氢菌之间的相互关系 产甲烷菌和产氢菌之间的相互关系 得到了证实 得到了证实 。揭示了种间分子氢转移的理论，为 。揭示了种间分子氢转移的理论，为 正确认识厌氧消化过程中氢的产生、消耗和调节 正确认识厌氧消化过程中氢的产生、消耗和调节 规律奠定了基础。 规律奠定了基础。 No. 27 S菌株和 菌株和 MOH菌株 菌株 营共生 营共生 ? S菌株可以能 菌株可以能 发酵乙醇 发酵乙醇 产生乙酸和 产生乙酸和 分子氢 分子氢 ； ； ? MOH菌株是一种能 菌株是一种能 利用分子氢 利用分子氢 产生 产生 甲烷 甲烷 、 、 不能运动、革兰氏染色不定的厌氧杆菌。 不能运动、革兰氏染色不定的厌氧杆菌。 ?资科表明，当氢分压大于 资科表明，当氢分压大于 4.9× × 10 4 Pa时， 时， S 菌株的代谢即受到抑制。 菌株的代谢即受到抑制。 No. 28 发现 S菌株的意义 1 ? (1)以证实奥氏甲烷芽胞杆菌非纯菌种作为 突破口，随之又从热力学上进一步断定， 以前命名的几种甲烷细菌 （如能将丁酸和 己酸等偶碳脂肪酸氧化成乙酸和甲烷，以 及能将戊酸等奇碳脂肪酸氧化成乙酸、丙 酸和甲烷的弱氧化甲烷杆菌，能将丙酸氧 化成乙酸、丙酸和甲烷的弱氧化甲烷杆菌 等） 均非纯种，使得甲烷细菌的种属进一 步得到纯化和确认。 No. 29 发现 S菌株的意义 2 ? (2)否定了原以为可作为甲烷细菌基质的许 多有机物 （如：乙醇、丙醇、异丙酵、正 戊醇、丙酸、丁酸、异丁酸、 戊酸和己酸 等 )，而 将甲烷细菌可直接吸收利用的基质 范围缩小到仅包括 “三甲一乙 ”[甲酸、甲醇、 甲胺类 (一甲胺、二甲胺、三甲胺 )、乙酸 ] 的简单有机物和以 H 2 ／ CO 2 组合的简单无 机物等为数不多的几种化学物质 。 No. 30 发现 S菌株的意义 3 ? (3)厌氧消化中，第一酸化阶段的发酵产物除 可供甲烷细菌吸收利用的 “三甲一乙 ”外，还有 许多其它重要的有机代谢产物。 如三碳及三碳 以上直链脂肪酸、二碳及二碳以上的 醇，以及 酮和芳香族有机酸等。据实际测定和理论分 析，这些有机物至少占发酵基质的 50％以上 (以 COD计 )。 它们最终转化成甲烷，表明还存 在着一大批功能和 S菌株类似的能为甲烷细菌 提供基质的产氢产乙酸细菌群。 ? 也就是说，在有机物的厌氧转化链条 上，出现 了一个新的环节或阶段，从而为厌氧 消化三阶 段奠定了基础。 No. 31 产氢产乙酸反应的调控 ? 产氢产乙酸细菌的代谢产物中有分子态氢， 所以体系中氢分压的高低对代谢反应的进行 起着重要的调控作用 ： ? 或加速反应，求减慢反应，或中止反应。 ？厌氧消化系统一旦发生故障时， 为什么经常出现丙酸积累？ No. 32 ? 不同底物 ,其反应的难易程度也就不一样。 ? 大气压为单位时，当 氢分压小于 0.15时， 乙 醇 即能自动进行产氢产乙酸反应， ? 而 丁酸 则必须在 氢分压小于 2×10 － 3 下进行， ? 而 丙酸 则要求更低的 氢分压 (9×10 － 5 )。 ? 在厌氧消化系统中，降低氢分压的工作必须 依靠甲烷细菌来完成。 No. 33 ? 由此可见，通过甲烷细菌利用分子态氢以降 低氢分压．对产氢产乙酸细菌的生化反应起 着何等重要的调控作用。 ? 在以上互营系统中，一旦甲烷细菌因受环境 条件的影响而放慢对分子态氢的利用速率， 其结果必须是放慢产氢产乙酸细菌对丙酸的 利用，接着依次是丁酸和乙醇。这也说明了 厌氧消化系统一旦发生故障时， 为什么经常 出现丙酸积累的原因所在。 No. 34 ? 在下水污泥中，有人分离出 4.2×10 8 个 /L 的产氢产乙酸细菌。其数量与发酵细菌比较 接近。 No. 35 3\同型产乙酸细菌群 ? 在厌氧条件下，能产生乙酸的细菌有两类： ? 一类是异养型厌氧细菌，能利 用有机基质 (糖类 )产生乙酸； (归类于发酵细菌 ) ? 一类是混合营养型厌氧细菌，既能利用 有机 基质 产生乙酸， 也能利用分子氢和二氧化碳 产生乙酸 。称之为 同型产乙酸细菌 (耗氢产 乙酸菌 )。 （不是一种细菌） No. 36 ? 目前．对这类细菌的研究还处于初级阶段， 其在厌氧消化中的重要性 尚难作出恰当结论。 ? 但有一点是比较肯定的: ? 因能利用氢以降低氢分压，对产氢的发酵细 菌有利； ? 同时对利用乙酸的甲烷细菌也有利 。 No. 37 4\甲烷细菌群 甲烷细菌群 ? 甲烷细菌 的细胞结构与一般细菌细胞的 结构有显著差异，特别是 细胞壁 的结构 ，后者都有肽聚糖，而前者却 没有或缺 少肽聚糖 。从生物学发展谱系考察，甲 烷细菌属于与真核生物和普通单细胞生 物无关的第三谱系，称之 为原始细菌 ( 古细菌)的谱系。 ? 甲烷细菌的另一特点是对氧和其它氧化 剂十分敏感，屑于严格的专性厌氧菌。 No. 38 甲烷细菌的形态 ? 大致可分为四类： 球状、杆状、螺旋状和八叠状。 ? (1)球状甲烷细菌通常为正圆形或椭圆形，排成对或 链状。 ? (2)杆状甲烷细菌呈短杆、长杆、竹节状或丝状。 ? (3)螺旋状甲烷细菌仅发现一种．呈规则的弯曲卷 状，最后发展为能运动的螺旋丝状。 ? (4)八叠状甲烷细菌，球形细胞形成规则的或不规则 的堆积状。 No. 39 ? 甲烷细菌的能源和碳源物质主要有 5种，即 H 2 ／ CO 2 、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。 No. 40 环境条件 ? 氧化还原电位（ ORP） ? 温度（ T） ? PH值 ? 化学物质 No. 41 氧化还原电位 (ORP) （ Oxidation Reduction Potential） ? 甲烷细菌细胞内具有许多低氧化还原电位的 酶系。当体系中氧化态物质的标准电位高和 浓度大时(亦即体系的氧化还原电位高时)， 这些酶系将被高电位不可逆转地氧化破坏， 使甲烷细菌的生长受到抑制，甚至死亡。 ? 氧是厌氧消化系统中拒绝存在的氧化态物 质，极少量即能毒害甲烷细菌的生长。 No. 42 ? 一般认为，参与中温消化的甲烷细菌 要求环境中 应维持的氧化还原电位应低于- 350mV；对参与 高温消化的甲烷细菌则应低于-500~600mV。 No. 43 温度 ? 根据甲烷细菌对温度的适应范围，可将甲烷 细菌分为三类：低温菌、中温菌和高温菌。 ? 低温菌的适应范围为 20～ 25 0 C，中温菌为 30～ 45 0 C。高温菌为 45～ 75 0 C。 ? 经鉴定的甲烷细菌中，大多数为中温菌，低 温菌较少，而高温菌的种类也较多。 No. 44 ? 甲烷细菌要求的最适温度范围和厌氧消化系统 要求维持的最佳温度范围经常是不一致的。 ? 之所以存在差异，原因在于厌氧消化系统是一 个混合菌种共生的生态系统，必须照顾到各菌 种的协调适应性，以保持最佳的生化代谢之间 的平衡。如果为了满足嗜热自养甲烷杆菌，把 温度升至 65～ 70℃，则在此高温下，大部分厌 氧的产酸细菌就很难正常生活。 No. 45 pH值 ? 影响菌体及酶系统的生理功能和活性； ? 影响环境的氧化还原电位； ? 影响基质的可利用性。 ? 大多数中温甲烷细菌的最适 pH值范围约在 6.8~7.2之间。 ? 但各种甲烷菌的最适 pH值也是相差比较大 的。从 6.0至 8.5各不相同。 No. 46 ? 在培养甲烷细菌的过程中，随着基质的不断 吸收利用，环境中的 pH值也会随之变化。 或逐渐升高，或逐渐降低。 pH值的变化速 率基本上和基质的利用速率成正比。一旦基 质消耗殆尽， pH值就趋于某一稳定值。 No. 47 化学物质 ? 化学物质系指营养物质以外的其它无机和有机 物质。这些物质对甲烷细菌可产生 3方面的影 响，即促进作用，无明显作用，抑制作用。 ? 有些学者认为，多数化学物质可兼有以上 3种作 用，其边界值取决于浓度，即在甚小浓度下可 起促进细菌生长的作用，而在较大浓度下，开 始起抑制作用。 No. 48 ? 可幸的是 抗生素 对细菌的影响却研究得比较 深入和全面。 ? 一个重要的成果是：某些对普通细菌抑制能 力很强的抗生素却对甲烷细菌不起抑制作用。 ? 这一事实的重要性在于可利用某些抗生素选 择性地抑制杂菌的能力来富集甲烷细菌，供 科研之用。 No. 49 原因 ? 甲烷细菌属于与普通细菌不同谱系的古细菌 类。其细胞结构和生理功能颇有与普通细菌 不尽相同之处。 ? 因而，就甲烷细菌而言，或因细胞结构物质 中缺乏某些抗生素的目的物，或因细胞组织 中缺乏吸收和输入某些抗生素的机制，致使 某些抗生素对这种细菌失去抑制作用。 No. 50 ? 15.2.3 2个关键问题 1、限速步骤 、限速步骤 2、 、 pH值控制 值控制 No. 52 ? 当一个过程由一系列相互联系的生化反应组 成时，某一阶段的生化反应速率常常比其它 阶段更慢，这一系列反应最慢的阶段即为控 制反应速率、决定反应速率或限制反应速率 的步骤 ? 一般称为限速步骤。 1、限速步骤 、限速步骤 No. 53 ? 厌氧消化器的物料不同，其限速步骤是不同的，即 被厌氧消化有机物的种类将支配所需的消化步骤， 即涉及不同的废水时可能得到不同的动力学模型。 ? 溶解性底物厌氧消化的限速步骤为产甲烷阶段。 No. 54 ? 纤维素、溶解性淀粉、葡萄糖在产酸相内的 降解特性？ ? 比基质去除速率依次为：葡萄糖、溶解性淀 粉、纤维素。 ? 因为纤维素的水解是限速步骤。 No. 55 ? 生物质（麦秸和玉米秸秆）的甲烷发酵的研 究中，也发现水解是厌氧消化的限速步骤 ? 活性污泥的消化中，水解速度也很慢，为限 速步骤。 No. 56 ? pH值是影响厌氧消化过程的重要因素，许 多研究结果和实际运行经验表明， 厌氧消化 需要一个相对稳定的 pH值范围， 一般来 说，对于以产甲烷为主要目的的厌氧过程来 说，为 6.5-7.5，如果生长环境的 PH值过高 (大于 8.0)或过低 (低于 6.0)，产甲烷菌的生长 代谢和繁殖就会受到抑制，并进而对整个厌 氧消化过程产生严重的不利影响 2、 、 pH值控制 值控制 No. 57 ? 这是因为厌氧体系中，其它非产甲烷菌如发 酵细菌等对 pH值的变化不如产中烷菌敏 感，在 pH值发生较大变化时，这些细菌受 到的影响较小，它们能继续将进水中的有机 物转化为脂肪酸等，导致反应器内有机酸的 积累、酸碱平衡失调，使产中烷菌的活性受 到更大抑制，最终导致反应器运行失败。 No. 58 ? 因此，在厌氧生物处理过程中，应特别注意 反应器内 pH值的控制，一般维持在产甲烷 菌的最适范围内，即 6.5-7.5(最佳 6.8-7.2)之 间：为了维持这样的 pH值，在利用厌氧工 艺处理某些工业废水时，有时就需要投加酸 或碱来调节反应器内的 pH. No. 59 有机负荷过高,会发生什么现象? ? 由于产酸菌的生长较快且对环境条件的变化 不太敏感 ,会造成挥发性脂肪酸的累积 ,体系 的 pH会下降。造成 ”酸化 ”,甚至使系统崩溃。 No. 60 15.3 厌氧微生物生态学 ? 15.3.1影响产酸菌的主要生态因子 ? 15.3.2影响产甲烷菌的主要生态因子 ? 15.3.3影响硫酸盐还原菌的主要生态因子 ? 15.3.4厌氧生化反应动力学 ? 15.3.5厌氧过程中微生物优势种群的演变及相互 关系 No. 61 15.3.1影响产酸菌的主要生态因子 ? 1、 PH值 ? 2、氧化还原电位（ ORP) ? 3、碱度 ? 4、温度 ? 5、水力停留时间和有机负荷 No. 62 15.3.2影响产甲烷菌的主要生态因子 ? 1、 PH值 ? 2、氧化还原电位（ ORP) ? 3、有机负荷率 ? 4、温度 ? 5、污泥温度 ? 6、碱度 ? 7、接触与搅拌 ? 8、营养 ? 9、抑制物和激活剂 No. 63 15.3.3影响硫酸盐还原菌的 主要生态因子 ? 1、温度 ? 2、 PH值 ? 3、氧化还原电位 ? 4、碳硫比 ? 5、盐度 No. 64 15.3.4厌氧生化反应动力学 ? 在前面的学习中已经涉及到好氧生化反应动 力学，厌氧生化反应动力学与好氧类似，请 同学们课下自己学习 No. 65 15.3.5厌氧过程中微生物优势种群的 演变及相互关系 ? 1、产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的 底物 ? 2、产酸细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧 化还原电位 ? 3、产酸细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 ? 4、产酸细菌为产甲烷细菌的生化反应解除 了反馈控制 ? 5、产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中 的适宜 PH值 No. 66 15.4 升流式厌氧污泥床 升流式厌氧污泥床 （ （ UASB法 法 )反应器 反应器 * ? 15.4.1 升流式厌氧污泥床反应器的构造特点 升流式厌氧污泥床反应器的构造特点 ? 15.4.2 UASB反应器厌氧颗粒污泥的形成及其性质 反应器厌氧颗粒污泥的形成及其性质 ? 15.4.3 UASB工艺处理系统的选择 工艺处理系统的选择 ? 15.4.4 UASB反应器的启动与运行 反应器的启动与运行 No. 67 15.4.1 升流式厌氧污泥床反应 升流式厌氧污泥床反应 器（ 器（ UASB法 法 )* ? 15.4.1 UASB 的构造特点 的构造特点 ? 15.4.2 UASB厌氧颗粒污泥的形成及其性质 厌氧颗粒污泥的形成及其性质 ? 15.4.3 UASB工艺处理系统的选择 工艺处理系统的选择 ? 15.4.4 UASB反应器的启动与运行 反应器的启动与运行 Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket 15.4.1 升流式厌氧污泥床反应器 升流式厌氧污泥床反应器 的构造特点 的构造特点 No. 69 UASB ? 1、 、 进水分配系统 进水分配系统 ? 2、 、 反应区 反应区 (污泥床和污泥悬浮层区 污泥床和污泥悬浮层区 ) ? 3、 、 气、液、固分离器 气、液、固分离器 ? 4、 、 出水系统 出水系统 ? 5、 、 排泥系统 排泥系统 No. 71 No. 72 No. 73 1、进水分配系统 、进水分配系统 ? 位置： 位置： 反应器底部 反应器底部 ? 功能： 功能： 均匀配水、搅拌 均匀配水、搅拌 ? 需要满足如下原则： 需要满足如下原则： ? (1)进水装置的设计使分配到各点的流量相同，确 进水装置的设计使分配到各点的流量相同，确 保单位面积的进水量基本相同防止发生短路等现象。 保单位面积的进水量基本相同防止发生短路等现象。 ? (2)很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后，必 很容易观察进水管的堵塞，当堵塞发现后，必 须很容易被清除。 须很容易被清除。 ? (3)应尽可能的 应尽可能的 (虽然不是必须的 虽然不是必须的 )满足污泥床水力 满足污泥床水力 搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局 搅拌的需要，保证进水有机物与污泥迅速混合，防止局 部产生酸化现象。 部产生酸化现象。 No. 74 ? 为了在反应器底部获得进水均匀的分布，有 为了在反应器底部获得进水均匀的分布，有 必要采用将进水分配到多个进水点的分配装 必要采用将进水分配到多个进水点的分配装 置。 置。 ? 一个进水点服务的最大面积问题 一个进水点服务的最大面积问题 ? No. 75 ? 对于 对于 UASB反应器 反应器 Lettinga建议在完成了启动 建议在完成了启动 之后， 之后， 每个进水点负担 每个进水点负担 2.0-4.0m 2 。 。 ? 但是在温度低于 但是在温度低于 20℃ ℃ 或低负荷的情况 或低负荷的情况 ，产气 ，产气 率较低并且污泥和进水的混合不充分时， 率较低并且污泥和进水的混合不充分时， 需 需 要较高密度的布水点。 要较高密度的布水点。 对于城市污水 对于城市污水 De Man 和 和 van de last建议 建议 1-2m 2 /孔 孔 。 。 No. 76 采用 采用 UASB处理主要为溶解性废水时 处理主要为溶解性废水时 进水管口负荷 进水管口负荷 >22～ ～ 5 <1~21～ ～ 2中等浓度 中等浓度 絮状污泥 絮状污泥 >22~3 1~21~2 <10.5~1凝絮状 凝絮状 污泥 污泥 >4>2 2~41~2 2.00.5~1颗粒污泥 颗粒污泥 负荷（ 负荷（ kgCOD/m 3 /d)每个进水口的负荷 每个进水口的负荷 (m 2 )污泥类型 污泥类型 No. 77 进水分配系统 进水分配系统 ? (1)树枝管状 树枝管状 ? (2)穿孔管式 穿孔管式 ? (3)多管多点式 多管多点式 用高于反应器的水箱式 用高于反应器的水箱式 (或渠道式 或渠道式 )进水 进水 分配系统。 分配系统。 No. 78 树技管式： ?为了配水均匀一般采用 对 称布置 ，各支管 出水口向 着池底 ，出水口距池底约 20cm，位于所服务面积 的中心点。管口对准的池 底设 反射锥 ，使射流向四 周均匀散布于池底， 出水 口支管直径约 20mm。 ?这种配水系统只要施工安 装正确，配水可基本达到 均匀分布。 No. 79 穿孔管式 ? 为了配水均匀，配水管之 间的中心距可采用 1-2m， 进水孔距也可采用 1-2m， 孔口朝向池底，或与铅垂 线成 45度方向开孔。 ? 孔径大小及配水管尺寸应 由 水力计算 确定。以确保 布水均匀。为了防止配水 系统的堵塞，在设计中应 考虑清通的可能。 No. 80 多管多点式 ?一根配水管服务一个配水点，即配水管数与配水 点数相同 。 ?图中所示为德国设计专利，配水管设置在污泥床 不用位置和不同高度上 ，废水通过一个专门设计 的脉冲配水器，废水定时地分配给不同位置和高 度的配水管，对整个反应器进水是连续的，这种 配水系统效果是很好的。 No. 81 配水管道 配水管道 ? 1、设三通进行清通 、设三通进行清通 ? 2 、防止带入空气（厌氧菌的抑制、爆 炸）；大一些的管径可以避免气阻。 炸）；大一些的管径可以避免气阻。 ? 3、在反应器底部采用 、在反应器底部采用 较小直径管道 较小直径管道 是有利 是有利 的，因为它产生高的流速从而产生了较强的 的，因为它产生高的流速从而产生了较强的 扰动和进水与污泥之间更密切的接触。 扰动和进水与污泥之间更密切的接触。 No. 82 2、反应区 、反应区 ? 反应区包括 反应区包括 污泥床和污泥悬浮层区 污泥床和污泥悬浮层区 ，是 ，是 UASB反 反 应器的 应器的 核心 核心 ，是培养和富集厌氧微生物的区 ，是培养和富集厌氧微生物的区 域，废水与厌氧污泥在这里充分接触，产生强 域，废水与厌氧污泥在这里充分接触，产生强 烈的生化反应，有机物主要在这里被厌氧菌分 烈的生化反应，有机物主要在这里被厌氧菌分 解。 解。 ? 厌氧颗粒污泥的形成及其性质 厌氧颗粒污泥的形成及其性质 （在 （在 3.2中专门介 中专门介 绍） 绍） No. 83 3、气、液、固分离器 、气、液、固分离器 No. 84 3、气、液、固分离器 、气、液、固分离器 ? 气、固、液分离器又称 气、固、液分离器又称 三相分离器 三相分离器 ，由 ，由 沉淀 沉淀 区、集气室 区、集气室 (或称集气罩 或称集气罩 )和气封 和气封 组成，其功 组成，其功 能是把气体 能是把气体 (沼气 沼气 )、固体 、固体 (微生物 微生物 )和液体分 和液体分 离。 离。 ? 气体被分离后进入集气室 气体被分离后进入集气室 (罩 罩 )，然后，固液 ，然后，固液 混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的固体 混合液在沉淀区进行固液分离，下沉的固体 藉重力由回流缝返回反应区。 藉重力由回流缝返回反应区。 ? 三相分离器分离效果好坏将直接影响反应器 三相分离器分离效果好坏将直接影响反应器 的处理效果。 的处理效果。 No. 85 功能 功能 ? (1)气、固、液混合液中的气体不得进入沉淀区， 气、固、液混合液中的气体不得进入沉淀区， 即 即 流体 流体 (污泥与水混合物 污泥与水混合物 )在进入沉淀区之前，气体 在进入沉淀区之前，气体 必须有效地进行分离去除 必须有效地进行分离去除 ，避免由于气体泄漏到 ，避免由于气体泄漏到 沉淀区而干扰固、液分离效果。 沉淀区而干扰固、液分离效果。 ? (2)保持沉淀区液流稳定，水流流态接近塞流状， 保持沉淀区液流稳定，水流流态接近塞流状， 使具有良好的 使具有良好的 固液分离效果 固液分离效果 。 。 ? (3)被沉淀分离的部分 被沉淀分离的部分 固体 固体 (污泥 污泥 )能迅速 能迅速 返回 返回 到反应 到反应 器内，以维持反应器内有很高的污泥浓度和较长 器内，以维持反应器内有很高的污泥浓度和较长 的污泥龄。 的污泥龄。 No. 86 1-流入水 2-流出水 3-消化气 4-污泥床 5-污泥悬浮层 6-three-phase separator No. 87 1-流入水 2-流出水 3-消化气 4-污泥床 5-污泥悬浮层 6-three-phase separator No. 88 1-流入水 2-流出水 3-消化气 4-污泥床 5-污泥悬浮层 6-three-phase separator 1 2 4 3 5 6 c No. 89 1-流入水 2-流出水 3-消化气 4-污泥床 5-污泥悬浮层 6-three-phase separator 1 4 5 2 3 6 d No. 90 1-流入水 2-流出水 3-消化气 4-污泥床 5-污泥悬浮层 6-three-phase separator 1 5 4 2 6 3 3 e No. 91 1-流入水 2-流出水 3- 消化气 4-污泥床 5-污泥悬浮层 6-three-phase separator 1 4 5 6 3 2 3 f No. 92 三相分离器的基本构造 三相分离器的基本构造 ? 不论三相分离器的形式多么不同，但其一定 不论三相分离器的形式多么不同，但其一定 有 有 3个主要功能和组成部分： 个主要功能和组成部分： 气液分离、固 气液分离、固 液分离和污泥回流 液分离和污泥回流 3个功能 个功能 ? 以及 以及 气封，沉淀区和回流缝 气封，沉淀区和回流缝 3个组成部分 个组成部分 。 。 单个三相分离器的基本构造如图所示： 单个三相分离器的基本构造如图所示： No. 93 ?a的构造较为简单，但泥水分离的情况不够理想， 因为回流缝内同时存在上升和下降两种流体 ，互相 有干扰。 c也有类似情况。 b的构造虽较为复杂，但 污泥回流和水流上升互相不干扰，污泥回流 通畅， 泥水分离效果较好，气体分离效果也较好。 No. 94 2．三相分离器的布置形式 ．三相分离器的布置形式 对一个容积较大的 对一个容积较大的 UASB反应器，其三相分 反应器，其三相分 离器由多个三相分离器单元组成，布置形式 离器由多个三相分离器单元组成，布置形式 如下 如下 No. 95 4、出水系统 、出水系统 ? 出水设施经常的问题是一部分的 出水设施经常的问题是一部分的 出水槽 出水槽 ，即 ，即 使存在浮渣挡板时也 使存在浮渣挡板时也 被漂浮的固体堵塞 被漂浮的固体堵塞 ，从 ，从 而引起出水不均匀； 而引起出水不均匀； ? 或发生堰不是完全水平的问题，较小的水头 或发生堰不是完全水平的问题，较小的水头 会引起相对大的误差。 会引起相对大的误差。 No. 96 设计原则 设计原则 ? (1)厌氧反应器出水堰与沉淀池出水装置相同，即 厌氧反应器出水堰与沉淀池出水装置相同，即 汇水槽上加设三角堰； 汇水槽上加设三角堰； ? (2)出水设施应设在厌氧反应器顶部，尽可能均匀 出水设施应设在厌氧反应器顶部，尽可能均匀 地收集处理过的废水； 地收集处理过的废水； ? (3)采用矩形反应器时出水采用几组平行出水堰的 采用矩形反应器时出水采用几组平行出水堰的 多槽出水方式； 多槽出水方式； ? (4)采用圆形反应器时可采用放射状的多槽出水； 采用圆形反应器时可采用放射状的多槽出水； ? (5)要避免出水堰过多堰上水头低和安装不平．形 要避免出水堰过多堰上水头低和安装不平．形 成三角堰被漂浮的固体堵塞，堰上水头应 成三角堰被漂浮的固体堵塞，堰上水头应 >25mm， ， 水位于齿 水位于齿 1/2处； 处； ? (6)出水负荷参考二沉池负荷。 出水负荷参考二沉池负荷。 No. 97 5、排泥系统 、排泥系统 ? 由于厌氧消化过程微生物的不断增长，或进 由于厌氧消化过程微生物的不断增长，或进 水不可降解悬浮固体的积累，必须在污泥床 水不可降解悬浮固体的积累，必须在污泥床 区定期排除剩余污泥。 区定期排除剩余污泥。 ? 所以 所以 UASB反应器的设计应包括剩余污泥的排 反应器的设计应包括剩余污泥的排 除设施。 除设施。 ? 一般认为排去剩余污泥的位置是反应器的 一般认为排去剩余污泥的位置是反应器的 1/2高度处。 高度处。 ? 但是 但是 大部设计者推荐把排泥设备安装在靠近 大部设计者推荐把排泥设备安装在靠近 反应器的低部。 反应器的低部。 也有人在三相分离器下 也有人在三相分离器下 0.5m 处设排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余 处设排泥管，以排除污泥床上面部分的剩余 絮体污泥，而不会把颗粒污泥排走。 絮体污泥，而不会把颗粒污泥排走。 No. 98 ? UASB反应器排污泥系统必须同时考虑上， 反应器排污泥系统必须同时考虑上， 中，下不同位置设排泥设备，应根据生产运 中，下不同位置设排泥设备，应根据生产运 行中的具体情况考虑实际排泥的要求，而确 行中的具体情况考虑实际排泥的要求，而确 定在什么位置排泥。 定在什么位置排泥。 No. 99 ? 设置在污泥床区池底的排泥设备，由于污泥 设置在污泥床区池底的排泥设备，由于污泥 的流动性差，必须考虑排泥均匀。 的流动性差，必须考虑排泥均匀。 ? 因为大型 因为大型 UASB反应器一般不设污泥斗，而池 反应器一般不设污泥斗，而池 底面积较大，所以必须进行均布多点排泥。 底面积较大，所以必须进行均布多点排泥。 每个点服务面积多大合适，尚缺乏具体资 每个点服务面积多大合适，尚缺乏具体资 料，根据经验，建议每 料，根据经验，建议每 10m 2 设一个排泥点。 设一个排泥点。 No. 100 ? 当采用穿孔管配水系统时，如能同时把穿孔 当采用穿孔管配水系统时，如能同时把穿孔 管兼作穿孔排泥管是较为理想的。专设排泥 管兼作穿孔排泥管是较为理想的。专设排泥 管管径不应小于 管管径不应小于 200mm，以防发生堵塞。 ，以防发生堵塞。 No. 101 ? 此外，在池壁全高上设置若干 此外，在池壁全高上设置若干 (5－ － 6)个取样 个取样 管，可以取反应器内的污泥样，以随时掌握 管，可以取反应器内的污泥样，以随时掌握 污泥在高度方向的浓度分布情况。并可计算 污泥在高度方向的浓度分布情况。并可计算 反应器的存泥总量，以确定是否需要排泥。 反应器的存泥总量，以确定是否需要排泥。 ? 剩余污泥量的确定与每天去除的有机物量有 剩余污泥量的确定与每天去除的有机物量有 关。一般情况下，每去除 关。一般情况下，每去除 lkgCOD，可产生 ，可产生 0.05-0.1kgVSS计算。 计算。