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什么是厌氧消化池?其应用范围有哪些?

    普通厌氧消化池又称传统消化池或常规消化池，多用于大型污水处理场的脱水剩余污泥的厌氧处理，也可用以处理高浓度有机工业废水、悬浮固体含量较高和颗粒较大的有机废水、含难降解有机物的工业废水，厌氧发酵反应与固液分离在同一个池内进行，结构较为简单。普通厌氧消化池的工艺流程如图4—31所示。

    废水或污泥定期或连续进入消化池中，消化后的污泥和上清液分别从消化池底部和上部排出，所产生的沼气从顶部排出。普通厌氧消化池的池体高度一般为池径的1／2，池底呈圆锥形，以利排泥；池顶盖为半球形，以利收集沼气。为了使进泥或进水与厌氧污泥充分接触并使所产沼气及时逸出通常还设有搅拌装置，进行中温或高温消化时，还需要对消化液或进水进泥进行加热。

   搅拌使消化池内的污泥不能得到浓缩，消化液泥水分离效果较差。为了取得较好的泥水分离效果，可以再串联一个消化池，形成两级消化。级安装搅拌和加热设备，主要起到分解有机物的作用，第二级不设搅拌和加热设备，其作用主要是使消化液泥水分离，同时起到浓缩和贮存消化污泥的作用。当采用两级消化时，级消化池和第二级消化池的停留时间的比值可采用(1～4)：1，以使用2：1的为常见。

厌氧生物处理的主要特征

1、优点

与废水的好氧生物处理工艺相比，废水的厌氧生物处理工艺具有以下主要优点：

①能耗大大降低，而且还可以回收生物能（沼气）；因为厌氧生物处理工艺无需为微生物提供氧气，所以不需要鼓风曝气，减少了能耗，而且厌氧生物处理工艺在大量降低废水中的有机物的同时，还会产生大量的沼气，其中主要的有效成分是甲烷，是一种可以燃烧的气体，具有很高的利用价值，可以直接用于锅炉燃烧或发电；

②污泥产量很低；这是由于在厌氧生物处理过程中废水中的大部分有机污染物都被用来产生沼气——甲烷和二氧化碳了，用于细胞合成的有机物相对来说要少得多；同时，厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25~0.6kgVSS/kgCOD。

③厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解；因此，对于某些含有难降解有机物的废水，利用厌氧工艺进行处理可以获得更好的处理效果，或者可以利用厌氧工艺作为预处理工艺，可以提高废水的可生化性，提高后续好氧处理工艺的处理效果。

什么是升流式厌氧污泥反应器UASB

     升流式厌氧污泥反应器的英文是Upflow Anaerobic Sludge Blan-ket，简写为UASB，其基本特征是在反应器的上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区。污水从底部流入，向上升流至顶部流出，混合液在沉淀区进行固、液分离，污泥可自行回流到污泥床区，使污泥床区保持很高的污泥浓度。从构造和功能上划分，UASB反应器主要由进水配水系统、反应区(污泥床区和污泥悬浮层区)、沉淀区、三相分离器、集气排气系统、排泥系统及出水系统和浮渣清除系统组成。

      反应区中污泥床高度约为反应区总高度的1／3，但其污泥量约占全部污泥量的2／3以上。污泥床的污泥量大，有机物浓度高，因此，80％的有机物去除率是在污泥床内实现的。虽然污泥悬浮层去除的有机物量不大，但其高度对产气量、混合程度和系统稳定性至关重要。

     UASB池型有圆形、方形、矩形等多种形式，小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形，大型装置为便于设置三相分离器，则一般为矩形，总高度一般为3～8m，其中污泥床1～2m，污泥悬浮层2～4m。当废水流量较小而有机物浓度较高时，需要的沉淀区面积小，沉淀区的面积及池形可与反应区相同。当废水流量大而有机物浓度较低时，需要的沉淀区面积大，为使反应区的过流面积不至于过大，可加大沉淀区面积，即使UASB反应器上部直径大于下部直径。

在厌氧序批式人工有机污水生物产氢反应器（ASBR）中发现氮"丢失"现象，并对此产氢系统发生脱氮作用的机理和主要影响因素进行了研究。结果表明，在以葡萄糖为发酵底物的厌氧产氢系统中，微生物分别以铵和硫酸盐为电子供体和电子受体发生了硫酸盐型厌氧氨氧化；进水有机物负荷和pH主要通过影响不同种微生物的活性而影响脱氮性能，氨氮和硫酸盐的浓度直接与氮素去除率有关。在大产氢能力为16 m3/（m3·d）、氢气体积百分比为65%的生物制氢系统中，大脱氮效率约为64%。产氢效率与氮脱除率呈现负相关关系。研究表明，在控制条件下，可以实现高有机物废水厌氧脱除氨态氮，为生活污水直接厌氧脱氮开辟一条新途径。

由于排放标准对氮浓度要求很严格，出水氮浓度能否达标是我国城市污水处理厂达标排放的关键。现阶段我国城市污水的主体是生活污水。污水中的氮主要以氨态和有机态氮形式存在。随着污水的厌氧自然“腐化”，微生物又通过氨化作用将其中的有机态氮转化为氨态氮。若采用生物法脱除污水中的氨态氮，需经过硝化-反硝化作用，或是亚硝化-厌氧氨氧化，目前普遍采用的是硝化-反硝化生物脱氮。

厌氧生物滤池填料的种类和特点有哪些

    填料是厌氧生物滤池的主体，其作用是提供微生物附着生长的表面和悬浮生长的空间。对填料的基本要求和好氧生物滤池或好氧接触氧化池基本相同，即比表面积较大且表面粗糙、形状和孔隙度合适、机械强度高和生物惰性好、质量较轻使厌氧生物滤池的结构荷载小等。和其他拥有填料的污水处理装置一样，厌氧生物滤池的填料也要具有比表面积大和孔隙率高的特点，其所用的填料型式与好氧生物滤池或好氧接触氧化池相同。

    常用的填料按形状分有块状、管状、纤维状等三大类。绝大部分采用有固定支架的安装形式，填料在水中位置固定；也有采用无固定支架、填料在水中自由悬浮的形式，填料在水中位置不固定。如前所述，厌氧生物滤池的高度超过1m以上，C0Dcr的去除率几乎不再增加。因此，过多增加填料高度往往只不过是增大了反应器的体积，在废水流量和浓度固定的条件下，反应器容积的增加并不能明显提高C0Dcr的去除率。但填料高度低于2m时，污泥就有被冲出反应器的可能，进而导致出水悬浮物的增多使出水水质下降。

    使用块状实心填料的厌氧生物滤池固体浓度低，使其有机负荷受到限制，一般仅为3～6kgCODcr／(m3·d)，而且此类厌氧生物滤池在运行中局部滤层极易被堵塞，随之会发生短流现象，进而使处理效果受到不利影响，因此块状填料层的高度一般不超过1．2m。使用蜂窝或波纹板填料的厌氧生物滤池容积负荷可达5～15kgCODcr／(m3·d)，而且重量轻、性质稳定，运行中不易发生堵塞现象，因此蜂窝或波纹板填料层的高度一般为l～6m。

    使用纤维填料的厌氧生物滤池一般不宜堵塞，填料本身价格也较低，目前在国内应用较多。纤维填料的形式有软性尼龙、半软性聚乙烯或聚丙烯填料、弹性聚苯乙烯填料及它们的组合填料等。纤维填料的主要特性是比表面积和孔隙率都较大，当废水流过时，细而长的纤维随水而动，使其上的生物膜与污水接触情况良好，进而提高水中有机质的传质效率。水流的剪切作用还能使填料上生物膜增长的不致过厚，可以保持生物膜较高的活性和良好的传质条件。使用纤维填料的缺点是容易产生生物膜结团现象，结团会使与水接触的生物膜有效面积减小，传质条件变差。

厌氧反应器+生物接触氧化

在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。

在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程pH值的范围在6.5～7.5之间，因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。

厌氧生物滤池如何启动运行

    厌氧生物滤池启动时要控制和注意的运行参数有：反应器的类型、废水的主要成分、营养和缓冲能力、接种污泥的数量和质量、回流比、初始水力停留时问等。

    选择合适的接种物，对于反应器的快速启动和减少生物膜培养时间非常重要。一般应针对废水的种类选择不同的接种物。如果可能，反应器可以使用混合接种物，以获得活性较好的微生物种群。一般接种的数量应在设计运行量的10％以上，如果接种物不含有毒抑制物质，可大量接种(30％～50％)以利于启动。启动时间需要两个月以上。

    在启动期问，生物絮体浓度应保持在20g/L以上，以保证微生物的附着生长和防止接种物流失。接种物可采用城市污水处理厂的消化污泥，污泥在投加前与一定量的待处理废水混合，加入反应器中停留3～5d后，再开始连续进水。接种后，要首先使系统进行内部循环几小时甚至几天，再进入待处理废水。启动初期，容积负荷应低于1．OkgC0Dcr／(m3·d)，按有机负荷计应低于O．1kgC0Dcr／(kgMLVSS·d)。

    厌氧生物滤池启动完成的标志是通过增殖和驯化，使生物膜为主的生物量达到预定的污泥浓度和活性，实现反应器在设计负荷下的正常运行。对于高浓度与有毒废水，在启动初期必须进行适当的稀释，并在启动过程中使稀释倍数逐渐减少。即负荷应当逐渐增加，一般当废水中可生物降解的CODCr去除率达到约80％时，再适当提高负荷，如此重复进行，直到反应器的设计能力。

    启动期问还要保证营养物质和微量元素，特别是对微量矿物元素和C、N、P等不平衡的工业废水，所以开始投加一些多余的N、P等营养，促进甲烷菌的迅速生长。

厌氧生物滤池的运行管理应该注意哪些问题

    (1)厌氧生物滤池的主要缺点是有被堵塞的可能(尤其是AF厌氧生物滤池的底部)，必须根据废水水质特点选择使用合适的填料、配水方式和运行方式。当进水悬浮物含量较大时，应使用粒径较大或孔隙度大的填料。

    (2)当被处理污水悬浮物浓度较大(一般指1000mg／L以上)时，如果采用的是降流式厌氧生物滤池，可以不用预处理就直接进入装置，甚至在处理悬浮物含量高达3000～8000mg／L的废水时，也不会发生堵塞现象。如果采用的是升流式厌氧生物滤池，就应当对废水进行沉淀、过滤、或浮选等适当的预处理，以降低进水的悬浮物含量，防止填料层堵塞。一般AF的进水悬浮物不超过200mg/L，但如果悬浮物可以生物降解而且均匀分散在废水中，则悬浮物对AF几乎不产生不利影响。

    (3)在一定的容积负荷下，进水浓度大时，上升流速就较小，较低的上流速度不利于物质的扩散，更易堵塞。因此，当被处理污水浓度较高(CODc。值大于5000mg／L)时，除了可以采取出水回流的运行方式予以改善池内水力条件外，还可以将厌氧生物滤池的的进水方式由升流式改为平流式。即滤池前段下部进水，后段上部溢流出水，顶部设气室，底部设污泥排放口，同时使用孔隙率较大的软性填料。

    (4)同UASB法一样，厌氧生物滤池也要有有效的布水和沼气收集排放系统。布水要均匀防止水流短路，也要考虑布水孔口的大小和出口流速以防孔口被堵塞。

    (5)为保证严格的厌氧环境，厌氧生物滤池多采用封闭式，并且要使污水水位高于填料层，即总是使填料层处于淹没状态。

厌氧处理技术由于无需曝气，污泥产量少，又可回收沼气而成为国内外普遍关注的节能污水处理技术；但是单一的厌氧反应器对氮、磷的去除率并不高，很难达到愈来愈严格的排放要求。为了进一步去除有机物并脱氮除磷，厌氧反应器应用在生活污水处理系统中，须与其他处理单元联用。为此，对各种类型厌氧反应器处理生活污水的效果进行了总结，并介绍了厌氧反应器与其他工艺联用处理生活污水的新研究进展。

厌氧工艺处理生活污水的效果分析

在厌氧生物处理工艺发展过程中，反应器是发展快的领域，新型厌氧反应器的开发应用，使厌氧消化技术在废水处理方面取得了很大进展。从50年代发展的厌氧消化池为代表的代厌氧反应器到60年代末美国Mccarty发展的厌氧滤池(anaerobicfilter，AF)、70年代初荷兰等开发的UASB(upflowanaerobicsludgeblanket)反应器为代表的第二代厌氧反应器；在第二代反应器的基础上改进而成的第三代反应器如：厌氧流化床(anaerobicfluidizedbed，AFB)、膨胀颗粒污泥床（expandedgranularsludgebed，EGSB)、厌氧折流板反应器(anaerobicbaffledreactor，ABR)、厌氧内循环反应器(internalcirculationanaerobicreactor，IC)等等。

单一形式的厌氧反应器对COD和SS有较好的去除效果，其中间歇式厌氧反应器ASBR（Anaerobicsequencingbatchreactor）和ASBBR（anaerobicsequencingbatchbiofilmreactor）对COD和SS的处理效果比其他的连续式厌氧反应器较差。连续式反应器中的HABR、UASB和EGSB处理生活污水后的COD出水指标达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中二级标准（COD<100mg/L）。但是反应器对氨氮和磷的去除效果差，有时出水的氨氮和磷比进水的还高。

升流式厌氧污泥反应器的基本原理是什么

    UASB反应器内没有载体，是一种悬浮型生长型的厌氧消化方法。在反应器底部污泥浓度较高的污泥层被称为污泥床，而在污泥床上部污泥浓度稍低的污泥层被称为污泥悬浮层，污泥床和污泥悬浮层统称为反应区。

    在厌氧状态下，微生物分解有机物产生的沼气在上升过程中产生强烈的搅动，有利于颗粒污泥的形成和维持。废水均匀地进入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床，在与污泥颗粒的接触过程中发生厌氧反应，经过反应的混合液上升流动进入气、固、液三相分离器。沼气泡和附着沼气泡的污泥颗粒向反应器顶部上升，上升到气体反射板的底面，沼气泡与污泥絮体脱离。沼气泡则被收集到反应器顶部的集气室，脱气后的污泥颗粒沉降到污泥床，继续参与进水有机物的分解反应。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量。

    UASB反应器不仅适于处理高、中浓度的有机污水，也适用于处理城市污水一类的低浓度有机污水。

厌氧消化池

A、消化池的类型与构造

厌氧消化池主要应用于处理城市污水厂的污泥，也可应用于处理固体含量很高的有机废水；它的主要作用是：①将污泥中的一部分有机物转化为沼气；②将污泥中的一部分有机物转化成为稳定性良好的腐殖质；③提高污泥的脱水性能；④使得污泥的体积减少1/2以上；⑤使污泥中的致病微生物得到一定程度的灭活，有利于污泥的进一步处理和利用。

1、消化池的分类：

消化池可以按其形状分为：圆柱形、椭圆形（卵形）和龟甲形等几种形式；也可以按其池顶结构形式的不同将其分为：固定盖式和浮动盖式的消化池；或者还可以按其运行方式的不同分为：传统消化池和高速消化池。

1)传统消化池：

传统消化池又称为低速消化池，在池内没有设置加热和搅拌装置，所以有分层现象，一般分为浮渣层、上清液层、活性层、熟污泥层等，其中只有在活性层中才有有效的厌氧反应过程在进行，因此在传统消化池中只有部分容积有效；传统消化池的大特点就是消化反应速率很低，HRT很长，一般为30~90天。

2)高速消化池

与传统消化池不同的是，在高速消化池中设有加热和/或搅拌装置，因此缩短了有机物稳定所需的时间，也提高了沼气产量，在中温（30~35C）条件下，其HRT可以为15天左右，运行效果稳定；但搅拌使高速消化池内的污泥得不到浓缩，上清液与熟污泥不易分离。