水處理高級(jí)氧化技術(shù)chapter6

第六章生物氧化新技術(shù)

第-節(jié)生物氧化原理

所謂生物氧化.是指化學(xué)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)所進(jìn)行的氧化作用，也

稱細(xì)胞呼吸。自然界中存在著種類繁多的微生物，根據(jù)其代謝類

型，大致上町分自養(yǎng)和異養(yǎng)兩種，其中，自養(yǎng)微乍物又分為化能自

養(yǎng)和光能白養(yǎng)?；馨尊B(yǎng)微牛物以氧化尢機(jī)物獲取能量來(lái)固定C02

制造有機(jī)物而生活；光能白養(yǎng)微生物肯有光合色素，通過獲取光能

來(lái)固定C02制造有機(jī)物而生活。此二類均屬無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型生物。而

異養(yǎng)微生物以有機(jī)物作為主要營(yíng)養(yǎng)料，屬于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)型牛物。異養(yǎng)

微生物亦分為兩類：一類為寄生微生物，它們生活在活的生物機(jī)體

內(nèi)，數(shù)量不多，且多為致病莆。另一婁為腐生微生物，它們以死的

有機(jī)物取得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而生長(zhǎng)和繁殖，是細(xì)菌的大部分，在自然界物

質(zhì)轉(zhuǎn)化中起決定作用。與有機(jī)污染物降解有關(guān)的主要是腐生微生

物，即異養(yǎng)微生物。

微生物對(duì)污水中有機(jī)污染物質(zhì)的凈化過程，實(shí)質(zhì)上是一種類似

于微生物培養(yǎng)的過程，有機(jī)污染物質(zhì)作為培養(yǎng)基被捎耗，微生物則

依賴分解有機(jī)污染物質(zhì)而得以生存與繁殖，首先，微生物在細(xì)胞休

外將大分子有機(jī)物如碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等進(jìn)行水解，使它

們轉(zhuǎn)化為小分于的簡(jiǎn)單化合物，然后把它們吸人細(xì)胞體內(nèi)進(jìn)行氧化

分解，從中獲取能量，并將分解代謝產(chǎn)生的廢物如COa等排出體

外。攝取的能量被用于高能磷酸化合物的生成，即由ADP（二磷

酸腺甘）磷酸化為ATP（三磷酸腺甘），并作為其鍵能儲(chǔ)存起來(lái)。

微生物從事各種生理活動(dòng)所需的能量，則由水解ATP分子中的高

能磷酸鍵獲得，

ATP是磷酸化酶的輔酶，為磷酸和能量的供體，其分子由一

分子腺喋吟、一分子棱糖和三分子的磷酸組成

000

IIII

腺噂吟一梭糖-<)—P--O-P—O-P--OH

I

OHOHOH

I-~AMP-一

卜ADP*

H-----------------ATP----------------->?

其中，“?”符號(hào)代表高能磷酸鍵。一般水解僅分解末端的高

能鍵，另一個(gè)高能磷酸鍵利用較少，即由ATP轉(zhuǎn)化為ADP.這就

是通常所稱的ATP循環(huán).如圖6.1所示。

X二入。

圖6"ATP循環(huán)(異養(yǎng)微生物)

OO00

I1IIATPfi

ATPO~PC-POH-ADPO-PQH+H-P—OH+能量

I+Hz|

OHOHOHOH

高能磷酸鍵每處鍵能為12000~418J/t001.當(dāng)其裂斷時(shí)，可

釋放出740(f418J/tool的能量，該能量可產(chǎn)生10g新細(xì)胞，且

與取得ATP的初始底物無(wú)關(guān)。微生物在有氧和無(wú)氧條件下均能進(jìn)行

氧化作用。根據(jù)生物氧化是否有分子氧參加，可將其分為兩種方

式：一種是有氧氧化，也稱有氧呼吸，許多好氣和兼性厭氣微生物

能利用空氣中的分子氧進(jìn)行呼吸，稱為好氣微生物；另一種是無(wú)氧

氧化，亦稱無(wú)氧呼吸，指以非分子氧（其他氧化性物質(zhì)）氧化其代

謝物，它又分為需種情況：一種是兼性厭氣微生物.它們能利用體

內(nèi)的有機(jī)物來(lái)氧化代謝物，最終生成氧化不完全的產(chǎn)物，這種無(wú)氧

氧化常稱為“發(fā)酵作用”，氧化不徹底，釋放的能量少；另一種是

厭氣微生物，以無(wú)機(jī)物氧化代謝物，氧化較為徹底，但釋放的能量

不如有氧氧化方式多。

生物氧化反應(yīng)一般彳i二種形式，即加氧、脫氫和失電子，從

氧

化作用的基本概念出發(fā)，生物氧化與微生物體外的化學(xué)氧化實(shí)質(zhì)是

相I可的，即牛物氧化機(jī)制本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。物質(zhì)失電子被氧

化，一物質(zhì)得電子被還原。但生物氧化過程與化學(xué)氧化過程畢竟不

完全相同，十物氧化過程是在活細(xì)胞體中進(jìn)行的，而且必須要有酶

這樣一種特殊的生物催化劑參與，另外還需適宜的物理、化學(xué)環(huán)

境條件，釋放的能量主要以ATP的形式儲(chǔ)存起來(lái)，供需要時(shí)

使用。

從生物氧化與物質(zhì)代謝的關(guān)系出發(fā)，在污水處理過程中，大多

數(shù)生物氧化反應(yīng)足脫氟氧化，包括脫氧、遞鼠和受氫三個(gè)環(huán)節(jié)，被

處理有機(jī)物脫氫后被氧化，同時(shí)也釋放出一定的能量，但環(huán)境條件

不同，受氧體有別，在好氧條件下，以分子態(tài)氧作為受氫體，在厭

氧條件下，只能以化合態(tài)的氧、碳、硫、氮等作為堂氫體。

當(dāng)廢水中的有機(jī)物被微生物去除時(shí)，存在兩個(gè)基本過程：①微

生物耗氧以獲得能量及新細(xì)胞的合成；②微生物本身在自己的細(xì)胞

組織中產(chǎn)生自氧化作用。反應(yīng)可用下述方程表示：

有機(jī)物+<2'O2+N+P

K

“新細(xì)胞+C02+H20+非生物可降解細(xì)胞殘留物(6.1)

細(xì)胞+6'02?〃C02{H20十N+P十非生物可降解細(xì)胞殘留物

(6—2)

式中K—速率系數(shù)，與廢水中有機(jī)物或有機(jī)混合物的生物降解

廈有關(guān)；

n'一一有機(jī)物中被氧化成終端產(chǎn)物以獲得能量的部分所占的

分?jǐn)?shù)；

a一有機(jī)物中被合成為細(xì)胞的部分所占分?jǐn)?shù)；

b一每天被氧化的可降解生物體的分?jǐn)?shù)；

6'一一氧化過程所需的氧量。

方程(61)中被除去的有機(jī)物的一小部分是不可降解的副產(chǎn)

品，在出水中以T0C或C0D的形式存在，但并不表現(xiàn)為B0D。

第二節(jié)先進(jìn)高效的廢水厭氧處理反應(yīng)器

一、概述

厭氧生物處理是廢水生物處理技術(shù)的一種，亦稱厭氧消化.是

在厭氧條件下，利用厭氧微生物的生命活動(dòng)，使有機(jī)物分解并生成

甲烷和二氧化碳的過程，細(xì)胞合成及產(chǎn)生的能量很少，由于其主要

產(chǎn)物是甲烷，故亦稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。

厭氧生物處理技術(shù)距今已有百年以上的悠久歷史，在生恬與城

市污水的污泥處理，以及部分高濃度有機(jī)污水和有機(jī)廢料處理方面

均得到了有效的利用。

最早的厭氧生物處理構(gòu)筑物是化糞池，主要用于居住房屋和公

用建筑的生活擂水的處理，在本世紀(jì)初很流行，曾在美、德、法等

國(guó)家得到較大的推廣，井｝詩(shī)用至今。在我國(guó)的很多大小城市中，

目

前也仍有不少化糞池在運(yùn)行。

1950年，Morgan和Torpty經(jīng)研究證明.機(jī)械攪拌不僅可以

去除消化池表面的浮渣，還可增加細(xì)菌（厭氧污泥）和污水之間的

接觸反應(yīng)，從而提高厭氧處理的效率。同年，Stander注意到，菌

種保留在消化池中的重要性，并在厭氧“澄清消化池”中證實(shí)了這

一點(diǎn)。1951年，F(xiàn)uller首次報(bào)道了厭氧接觸消化池工藝的半生產(chǎn)

性試驗(yàn)研究。1955年，Schroepher和他的同事參考了活性污泥法

流程開發(fā)r厭氧接觸法。它采用了二次沉淀池和污泥回流系統(tǒng)，使

厭氧消化池中生物量濃度得以提高。厭氧接觸法最先被應(yīng)用于食品

工廠的廢水（料）處理，取得了很好的效果。至今，人們公認(rèn)厭氧

接觸法的誕生，標(biāo)志著厭氧消化工藝的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)更新的

階段。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，由于能源危機(jī)問題的出現(xiàn).世界各國(guó)將

開發(fā)新能諒與發(fā)展高效節(jié)能的廢水處理工藝相結(jié)合，由此涌現(xiàn)出一

批以提高厭氧微生物濃度和停留時(shí)問（sRT）,縮短液體停留時(shí)間

(HRT)為目標(biāo)的新型反應(yīng)器，即所謂的第二代廢水厭氧處理反應(yīng)

器。其中典型的代表有：上流式厭氧池(AF.Young&Mecar.

tv,1972),下行式固定膜反應(yīng)器(DSFF),上流式厭氧污泥床反

應(yīng)器(UASB.Lettinga,1979),厭氧附著膜膨脹床(AAFEB,

JeweU,1980),扶氧流化床(AFB)等。

三十年的研究與實(shí)踐表明，第二代厭氧反應(yīng)器解決了厭氧微生

物牛長(zhǎng)緩慢和生物量易被液體洗出等不利于反應(yīng)器高效運(yùn)行的關(guān)

鍵

問題，具有其突出的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：

(1)具有相當(dāng)高的有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷，因而反應(yīng)器的容器比

傳統(tǒng)裝置減少90%以上；

(2)在低溫、沖擊負(fù)荷、存在抑制物等不利條件下仍具有很高

的穩(wěn)定性；

(3)反應(yīng)器建造簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，M而投資小，占地面積步，

適合于各種規(guī)模，并可作為運(yùn)行單元被結(jié)合在整體的處理技術(shù)中：

(4)處理低濃度廢水的效率較高，具有與好氧處理競(jìng)爭(zhēng)的能力;

(5)通常幾乎不需操作和管理費(fèi)用，是能源凈生產(chǎn)過程。

廢水厭氧生物處理工藝的應(yīng)用范圍日益廣闊，主要有：用于城

市存水處理廠存泥的穩(wěn)定化處理，用于高濃度有機(jī)工業(yè)廢水的處

理，與好氧過程串聯(lián)配合使用，用于城市污水的處理，包括去除有

機(jī)物、脫氮、除磷.用于含難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水的處理。

人們發(fā)現(xiàn)為獲得較高的處理效率，厭氧處理系統(tǒng)還需要滿足另

一個(gè)條件，即取得進(jìn)水和存泥之間的良好接觸。而要滿足此條件.

首先應(yīng)該確保進(jìn)水的均勻分布，以使污泥床內(nèi)最大限度地避免短

流。對(duì)于厭氧反應(yīng)器而青，混合來(lái)源于進(jìn)水混合和產(chǎn)氣擾動(dòng)兩個(gè)方

面。獲得高的攪拌強(qiáng)度可采用高的反應(yīng)器的設(shè)計(jì)以獲得高的上升流

速或采用出水回流來(lái)取得。而對(duì)于進(jìn)水無(wú)法采用高的水力和有機(jī)負(fù)

荷的情況，如工藝在低溫條件下只得采用低負(fù)荷時(shí)，由于在污泥床

內(nèi)的混合強(qiáng)度太低以致無(wú)法抵消短流效應(yīng)，從而使傳統(tǒng)及第二代厭

氧反應(yīng)器的應(yīng)用受到了限制。針對(duì)這一問題，研究者們進(jìn)行了大量

研究，叉開發(fā)了第三代厭氧反應(yīng)器，主要包括厭氧顆粒污泥膨脹床

(EGSB)、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(Ic)等。

本節(jié)將主要對(duì)第二代和第三代高效廢水厭氧處理反應(yīng)器中的

典

型代表作較為彈細(xì)的介紹、

二、厭氧生物濾池(AF)

厭氧生物濾他(AnaerobicBiofilter,簡(jiǎn)稱AF)是公認(rèn)的早期

高效厭氧生物反應(yīng)器，是由美同Standford大學(xué)的Young和

Me(；arty于1967年在生物濾池的基礎(chǔ)上所研制的。

妖氧乍物濾池是種內(nèi)部裝填有微生物載體(即濾料)的厭氧

生物反應(yīng)器。厭氧微牛物部分附著乍K在濾料上，形成厭氧生物

膜，部分在濾料空隙司懇浮生長(zhǎng)。廢水流經(jīng)掛有生物膜的濾料時(shí).

其中的有機(jī)物擴(kuò)散到生物膜表面，并被生物膜巾的微生物降解轉(zhuǎn)化

為沼氣，凈化后的水通過排水設(shè)備排至池外，所產(chǎn)生的沼氣被收集

利片jo

1濾料

在厭氧生物濾池中，其巾心構(gòu)造是濾料，濾料的主要功能是為

厭氧微生物提供附著生長(zhǎng)的空間。濾料的形態(tài)、性質(zhì)及其裝填方式

對(duì)濾池的凈化效果和運(yùn)行有著重要影響。理想的濾料應(yīng)具備以下

條件。

(1)比表面積大，一般說來(lái)，比表面積越大，可以承受的有機(jī)

負(fù)荷越高，有利于增加隹物總量。

(2)具有高孔隙率，｝L隙率越高，在同容積的反應(yīng)器中，當(dāng)處

理水量一樣時(shí)，污水的實(shí)際停留時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)器的容積利用系數(shù)

越高，而且高孔隙率對(duì)防止濾池堵塞，防止產(chǎn)生短流均有好處。

(3)利于生物膜附著生長(zhǎng)，如表面粗糙的濾料比表面光滑的濾

料為佳。

(4)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不易破損或流失。

(5)化學(xué)和生物學(xué)穩(wěn)定性好，不易受廢水中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕和

微生物的分解破壞，也無(wú)有害物質(zhì)溶出，使用壽命較長(zhǎng)。

(6)質(zhì)輕，使厭氧生物濾池的結(jié)構(gòu)荷載較小。

(7)價(jià)廉，取材方便，以利于降低厭氧生物濾池的基建投資。

在生產(chǎn)及試驗(yàn)研究中最常用的濾料有實(shí)心塊狀濾料、空心塊狀

濾料、管流型濾料、纖維濾料等，具體形狀如圖6.2所示。

圈6-2版氧生物濾池的幾種濾料

(1)實(shí)心塊狀濾料：此類濾料價(jià)格低廉且容易得到.但質(zhì)重、

比表面積小，jL隙率低。采用此類濾料的濾池，生物量濃度低，

限

制r有機(jī)負(fù)荷，僅為3—6kgC0D/(nl3?d),在運(yùn)行中易發(fā)生局部

濾層堵塞以肚隨之產(chǎn)生的短流現(xiàn)象，影響運(yùn)行效果；較常用的為直

徑3【】?45ram的礫石、碎石等。

(2)空心塊狀濾料：呈圓柱形或球形，內(nèi)部有形狀、大小各異

的孔隙。其比面積和孔隙率均較實(shí)心塊狀濾料有很大增加，可以增

大生物量濃度及相應(yīng)的處理能力，減少濾料層的堵塞現(xiàn)象。此類濾

料多用塑料制成，較常用的有波爾環(huán)等。

(3)管流型濾料：可形成管道農(nóng)流，比表面積達(dá)100?200

m2/m3,孔隙率為80%?90%,分別是實(shí)心塊狀濾料的2?5倍和

15倍左右，采用此類濾料可獲得較高的生物量濃度，使厭氧生物

濾他的有機(jī)負(fù)荷達(dá)5?15kgCOD/(iq23?d),且運(yùn)行時(shí)不易堵塞。

該

種濾料質(zhì)輕，穩(wěn)定，但價(jià)格較高。

(4)交衛(wèi)流型濾料.由不同傾斜方向的波紋管或蜂窩管所組

成，傾斜角一般為60。。當(dāng)水流經(jīng)濾層時(shí)，呈交叉形(或稱折流

形)流向，其比表面積和孔隙率與管流形濾料相近，但COD去除

率高，工作特性較好，應(yīng)用日益廣泛。

(5)纖維濾料：比表面積和孔隙率均較大，廢水流經(jīng)濾池時(shí)，

纖維隨水漂浮，可增強(qiáng)其上的生物膜與廢水接觸效果.提高有機(jī)物

的傳質(zhì)效率。同時(shí)由于水流的剪切作用，還可使生物膜厚度不致過

大，以保證較高的生物活性和良好的傳質(zhì)條件，但采用軟性纖維填

料時(shí)，生物膜易產(chǎn)牛結(jié)幽現(xiàn)象，常用的纖維濾料有軟1主尼尼纖維

濾

料、半軟性聚乙烯、聚丙烯濾料、彈性聚苯乙烯濾料等。

2構(gòu)造特征

版氧中物濾池根據(jù)水流方向的不同，町分為上流式和降流式兩

大類，降流式厭氧生物濾池亦稱下流J￡固定膜反應(yīng)器(DSFF)

近年束叉卅現(xiàn)r一種升流J=l=混合刑厭氧反應(yīng)器，如圖63所示。

厭氧生物濾池除濾料外.還設(shè)有布水系統(tǒng)和沼氣收集系統(tǒng).布

水系統(tǒng)的作片】足使進(jìn)水分布均勻，為防止被堵塞，其孔口大小及

流

速應(yīng)選用及控制適當(dāng).：褶氣收集系統(tǒng)的作用是收集產(chǎn)生的沼氣作

為

能源加以利用，沼氣收集系統(tǒng)上沒有水封、氣體流量計(jì)及安全火

炬。厭氧生物濾池多為封閉型，nj以保證良好的厭氧環(huán)境并盡町

能

多地收集褶氣，其中濾料層低于廢水水位，處于淹沒狀態(tài)。

上流式厭氧生物濾池的布水系統(tǒng)設(shè)于池底，廢水由底部進(jìn)入濾

池后均勻地向上流動(dòng)，在濾料表面附著的與濾料截留的大量微生物

的作用下，廢水中的有機(jī)物叮被降解轉(zhuǎn)化成甲烷與二氧化碳等，凈

化后的出水從池頂引出池外，褶氣由頂部的沼氣收集管收集，池內(nèi)

的生物膜也不斷新陳代謝，脫落的生物膜隨出水帶出，故濾池后還

需設(shè)置沉淀分離裝置。目前在運(yùn)行的大多數(shù)厭氧濾池都是升流式厭

氧濾池，平面形狀呈圓形，直徑6?26ram,高度3?13mm。

下流式厭氧濾池中，布水系統(tǒng)設(shè)于池頂，廢水由頂部均勻向下

直流到底部，生物反應(yīng)產(chǎn)唯的氣體的流動(dòng)呵起一定的攪拌作用，因

而勿需復(fù)雜的配水系統(tǒng)，微生物附著在定向排列的濾料r,起降解

有機(jī)物的作用，這種反應(yīng)器不易堵塞，但同體沉積在濾池底部亦會(huì)

給操作帶來(lái)一定的困難。

而新近出現(xiàn)的1流式餛舍喇坡氧反應(yīng)器綜合了上流式厭氧污

泥

床與上流式服氧生物濾池的特點(diǎn)，減小了濾料層的厚度，在濾池布

水系統(tǒng)與濾料層之間留卅r定的空間，使呈懸浮狀態(tài)的顆粒污泥

在其中生長(zhǎng)、累積，增加了反應(yīng)器中的總生物量，減少了濾池被堵

塞的可能性，與升流式震氧污混床相比，可不設(shè)」相分離器，節(jié)省

了基建費(fèi)用。其濾池層高度與濾池總高之比，宜采用2/3,

3運(yùn)行特征

厭氧生物濾池適用于不同類型，不同濃度有機(jī)廢水的處理，其

有機(jī)負(fù)荷決定于廢水性質(zhì)及濃度，一般為02-16kg｛；0D/

濾池中生物膜厚度約為1?4mm,生物量濃度沿濾料層高度而變

化，如上流式厭氧生物濾池底部的生物量濃度可達(dá)其頂部的兒f

倍。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，在相同水質(zhì)條件及水力停留時(shí)間下，上流

式厭氧生物濾池的COD去除率比降流式的要高.升流式混合型

氧反應(yīng)器則具更多運(yùn)行上的優(yōu)點(diǎn)。

處理溫度是影響厭氧生物濾池處理效果的因素之一。厭氧生物

濾池大多在中溫條件（35C左右）下運(yùn)行：溫度降低會(huì)影響處理效

率，經(jīng)驗(yàn)表明，溫度驟降會(huì)使教率下降幅度增大，而若長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定

在較低溫的條件下運(yùn)行，則會(huì)由于濾池中很長(zhǎng)的固體停留時(shí)間而使

溫度影響減弱，故為了符約加溫所需能量，亦可在常溫下運(yùn)行。

濾池高度對(duì)處理效果也有一定影響。研究表明，絕大部分的

COD是在04m以下被去除的，因此濾池內(nèi)填料高度不必超過

12m,可采用多級(jí)串聯(lián)工藝。如二級(jí)周期運(yùn)行方式就是采用兩個(gè)厭

氧生物濾池串聯(lián)，并周期性地交替作為第一級(jí)和第二級(jí)，這種運(yùn)行

方式可使第一級(jí)濾池出水的COD顯著降低，并在第二級(jí)濾池中進(jìn)一

步得到凈化，提高了污水處理效果，同時(shí)由于進(jìn)人第二級(jí)的有機(jī)物

量減少，造成了生物量生長(zhǎng)速率降低，從而減少了剩余污泥量。

采川t流式厭氧生物濾池，應(yīng)注意當(dāng)廢水中懸浮固體濃度大于

to%的COD濃度時(shí)，為防止濾層堵塞現(xiàn)象發(fā)1,成進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)

處理以降低進(jìn)水懸浮物濃度而舞驗(yàn)表明，采用降流式厭氧生物濾

池處理懸浮周體濃度為3000~8000rag/11的廢水時(shí)不會(huì)發(fā)'F堵塞，

故往往不需進(jìn)行預(yù)處理。

4應(yīng)用

膚氧生物濾池主要應(yīng)用于處理溶解俳有機(jī)廢水腐氧牛物濾池

處理乍話污水研究的部分成果如表6L所示.處嬋T、陋廢水研究的

部分成果如表62所示。

表6.1AF處理生活廢水研究的部分成果

體積/溫度/HRT/'有機(jī)負(fù)荷/進(jìn)水濃度/去除率/

n?Vh[kgCOIV(mJ-d)：%

(01)=230,9-410.156,9-71.8

0.008911.0-27.84或60.53'0.71BOD-134.9^172.061.5-78.5

SS=49.0-86.957,1-81,5

COD28873

0.01620-3024E32BOD=18179

SS=U873

BOD=150-22281-87

1322-248.677

SS-200-25091?97

BOD53

10213

SS69

BOD=100-15055

1912'24

SS75

COD50

190>209700.35-1.2BOD63

SS80

21242.3159.3-77.9

0.037617-23COD=200?30。

觸8<4.5458.2-63.2

0.039318-3760.37.0(：()[)=100~30060

自80年代初，厭氧生物濾池在美國(guó)、加拿大等國(guó)已被廣泛應(yīng)

用于各種不同類型廢水的處理，其中最大的厭氧生物濾池容積達(dá)

12500m,大部分的運(yùn)行溫度為中溫(30?80℃),有機(jī)負(fù)荷為

L]115kgC0D/(mo?d)不等.較常用的為4~8kg/(m'。d),

COD去除率在60%〃-95%范圍內(nèi)變動(dòng),

表6-2AF處理工業(yè)廢水研究的部分成果

容積負(fù)荷…

處理溫度進(jìn)水COI),,「cn去除運(yùn)行HRT

廢水類型<kg5OD率，％備注

/V/(g/IJ方式，h

354.08.09412

制藥廢水358.08.095小試241978年

3516,08.09848

22-2316.08.08148

蔬菜陵水22-2316.Q16,086小試2419K0年

22-2316.U32.09()12

人1.合成廢水3。8.702.5-1079-93小試1981年

檸檬酸廢水366.8-9.13.1673小試481993年

酢母菌廢水368,7716,483.065小試601993年

5510-500.79'6.7667-7853-372

海魚加工廢水小試1995年

3710~500.76-7.5067-'77；48-415

印染廢水350,21-2.230.5-2.070-86.6小試18.31995年

5評(píng)價(jià)

厭氧生物濾池具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)處理能力比一般消化池高；

(2)生物量濃度高，可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷；

(3)不需要專門的攪拌設(shè)備，裝置簡(jiǎn)單，工藝本身能耗小；

(4)微生物菌體停留時(shí)間長(zhǎng)，可縮短水的停留時(shí)間，耐沖擊負(fù)

荷能力也較強(qiáng)；

⑸不需回流污泥，運(yùn)行管理方便;

(6)在處理水量和負(fù)荷有較大變化的情況F.運(yùn)行能保持較大

的穩(wěn)定性。

厭氧生物濾池的主要缺點(diǎn)是：濾池容易堵塞，尤其是底部，故

主要適用干含懸浮物較低的溶解性有機(jī)廢水；對(duì)布水裝置要求較

高，否則易發(fā)生短流，影響處理效果；另外濾池的清洗至今還沒有

找到簡(jiǎn)單有效的方法。

三、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)

r流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UpflowAnerobicSludgeBlanket.

簡(jiǎn)稱UASB)是由荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的G.Lettinga教授

等人在70年Jt研制殲發(fā)的反應(yīng)囂經(jīng)歷了360L.6n。'.30m3

200nl3的逐次放大，迄今最大的設(shè)備容積已達(dá)5500m3。繼荷蘭之

后，德國(guó)、瑞典等國(guó)也相繼開展丁許多研究工作。國(guó)內(nèi)對(duì)UASB

污泥懸浮層區(qū)

進(jìn)水

圖6.t,ASB匣應(yīng)器T作悚理示意圖

的研究是由北京環(huán)境保護(hù)

科學(xué)研究所干70年代末首

先開始的，在溶劑、酒精、

肉類加T、纖維板等生產(chǎn)廢

水的處理方面，均取得了良

好的處理效果，

1工作原理

UASB反應(yīng)器如圖6.4

所示。其主體部分是一個(gè)無(wú)

填料的卒容器，分為反應(yīng)區(qū)

和沉降區(qū)兩部分。反應(yīng)區(qū)根

據(jù)污板的分布情況義可分為污泥懇浮層區(qū)和污泥床區(qū)。污泥床主要

由沉淀和凝聚性能良好的厭氧污泥組成，濃度可達(dá)50?tOOgSS/

或更高。污泥懸浮層主要靠反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用

形成，擰泥濃度較低，一般在5-40gSS/L范圍內(nèi)。UASB裝置的

最大特點(diǎn)在于其上部設(shè)置了一個(gè)專用的氣（沼氣）液（廢水），固

（污泥）三相分離器。

當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行時(shí)，廢水以一定流速?gòu)牡撞坎妓到y(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)

器，通過污泥床向上流動(dòng)，料液與污泥中的微生物得以充分接觸并

進(jìn)行生物降解，生成招氣，沼氣以微小氣泡的形式不斷放出。微小

氣泡在上升過程中將污泥托起，即使在較低負(fù)荷下也能看到污泥床

有明顯膨脹。隨著產(chǎn)氣量增加，這種攪拌混合作用加強(qiáng)，減少了_

污

泥中夾帶的氣體釋放的阻力，氣體便從污泥床內(nèi)突發(fā)性逸出，Of

起

污泥床表面略呈沸騰流化狀態(tài)。沉淀陛能不太好的污泥粒或絮體在

氣體的攪動(dòng)下，于反應(yīng)器上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥混合液

上升至■相分離器內(nèi)，沼氣在上升過程中碰到反射板受偏折.穿過

水層進(jìn)入氣室，由導(dǎo)管排出反應(yīng)器=脫氣后的混合液進(jìn)人上部靜置

圖6-5兩種不同池頂?shù)腢ASB反應(yīng)器

(a)開敞式UASB反應(yīng)器；(b)封閉式UASB反應(yīng)器

開敞式UASB反應(yīng)器特點(diǎn)是出水水面是敞開的，或加一層不

密封的蓋板。這種型式的反應(yīng)器構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于施工安裝、操作管

理與維修，適用于中低濃度有機(jī)廢水的處理。

封閉式UASB反直器的特點(diǎn)是頂部加蓋密封，在出水水面與

池頂之間形成一個(gè)大的氣室，町“同時(shí)收集反應(yīng)區(qū)和沉淀廈產(chǎn)生的

褶氣。這種反應(yīng)器適用于處理高濃度有機(jī)廢水或含硫酸鹽較高的有

機(jī)廢水.其池蓋亦可為浮蓋式。

劇6.6為UASB反應(yīng)器構(gòu)造剖面舟。

目66UASBK廣NJNFd

1日&女.2*#*MB.3'L$,4'?悼#《，

5W女§%。，6mNoH,7mm#,目.qm#

不論是封1圳式，抑或開敞式UASB反應(yīng)器，其基本組成大致

相同，主要包括以下幾個(gè)部分。

(1)進(jìn)水配水系統(tǒng)進(jìn)水配水系統(tǒng)的功能主要是將廢水均勻分

配到整個(gè)反應(yīng)器，并進(jìn)行水力攪拌，是反應(yīng)器高教運(yùn)行的關(guān)鍵

之一。

從水泵來(lái)的廢水通過配水設(shè)備流人布水管。配水設(shè)備足由一根

可旋轉(zhuǎn)的配水管與配水槽構(gòu)成，配水槽為圓環(huán)形，被分隔成若_『=

單

元，每個(gè)單元與一通進(jìn)反應(yīng)器的布水管相連.從水泵來(lái)的水管與可

旋轉(zhuǎn)的配水管相連接。工作時(shí)配球管旋轉(zhuǎn)，在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，

污水流進(jìn)配水槽的一個(gè)單兀，由此流進(jìn)一根布水管進(jìn)入反應(yīng)器。

布水點(diǎn)設(shè)干反應(yīng)器的底平面上，為使基質(zhì)與污泥接觸充分，庇

進(jìn)行合理設(shè)置。布水點(diǎn)均勻分布在池底r,且高度不同。根據(jù)有關(guān)

資料與研究實(shí)踐，認(rèn)為布水的不均勻系數(shù)為()95時(shí)，可達(dá)到布水

均勻的目的。荷蘭研究者提出，在裝置放大時(shí)應(yīng)按比例增加布水點(diǎn)

的數(shù)量，使得每5m2底面積有一個(gè)布水點(diǎn)。這種布水方式對(duì)于整

個(gè)反麻器來(lái)說星連續(xù)進(jìn)水，而對(duì)于每個(gè)布水點(diǎn)咖一，則是間斷進(jìn)

水，布水管的瞬時(shí)流量與整個(gè)反應(yīng)器流量相等.

在生產(chǎn)運(yùn)行裝置中所采用的進(jìn)水方式大致可分為間隙式、脈沖

式、連續(xù)均勻流、連續(xù)與問隙回流相結(jié)合等幾種i

(2)反應(yīng)區(qū)反應(yīng)區(qū)是反應(yīng)器的主要部分，如前所述，其中包

括污泥床區(qū)和污拋懸浮層區(qū)，廢水中有機(jī)物主要在此處被厭氧菌所

分解。

(3)三相分離器三相分離器的作用是把沼氣、污泥和液體分

開；UASB反應(yīng)器所具有的這種分離囂是考慮到厭氧r藝細(xì)菌生長(zhǎng)

速率很慢這一特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，由沉淀區(qū)、凹流縫和氣封組成。污泥

經(jīng)沉淀區(qū)沉淀后由回流縫直接回流到反應(yīng)區(qū)，保證流失的于虧拋量

小

于在反應(yīng)器內(nèi)的生成量，儲(chǔ)氣繹分離后進(jìn)人氣電。三相分離器的分

離效果將直接影響反應(yīng)器的處理效果。

(4)出水系統(tǒng)出水的均勻排出是保證反應(yīng)器均勻穩(wěn)定運(yùn)行的

關(guān)鍵因素之一，尤其足對(duì)固液分離的影響較大。通常每個(gè)單元三相

分離器設(shè)?出水槽。當(dāng)UASB反應(yīng)器為封閉式時(shí)，總出水管必須

通過一個(gè)水封.以防漏氣和確保震氧條什。當(dāng)處理廢水中舍蛋白質(zhì)

和脂肪或臺(tái)有大量懸浮固體時(shí)，出水一般也夾帶有大量懸浮固體或

漂流污泥，為減少出水懸浮同體量，在m水槽前應(yīng)設(shè)置擋板，m提

高出水水質(zhì)。

(5)氣室氣摩亦稱集氣罩，作用是收集處理過程中產(chǎn)生的褶

氣，氣室t方開口連有導(dǎo)管，引導(dǎo)沼氣排入水封。

(6)浮渣清除系統(tǒng)在廢水處理過程中，尤其是處理含蛋白質(zhì)

和脂肪較高的1T業(yè)廢水時(shí)，在氣室和反應(yīng)器液面會(huì)形成一層較厚

的

浮渣層.影響反應(yīng)器的正常運(yùn)行.如阻礙緇氣的順利釋放，堵塞導(dǎo)

管，使部分褶氣從沉漣區(qū)逸出，干擾沉淀區(qū)的沉淀效果等，故需設(shè)

置浮渣清除系統(tǒng)=在沉淀IX液面產(chǎn)生的浮渣層.可用刮渣機(jī)清除；

在氣室產(chǎn)生的浮渣，較難清除，必須設(shè)置沖洗管和循環(huán)水泵(或氣

泵)，定期進(jìn)行循環(huán)水或沼氣反沖。

(7)排泥系統(tǒng)UASB反應(yīng)器污泥床區(qū)均勻排泥也是影響反應(yīng)

器正常工作的重要困素。若集中在一點(diǎn)排泥，則污泥床的污泥分布

不均.排混u附近的污泥濃度會(huì)大大降低，從而影響該處廢水的處

理效果，故應(yīng)將排泥點(diǎn)均勻設(shè)置在池底，-一般每10m-~|殳一個(gè)排

泥

i1,當(dāng)采用穿孔管配水系統(tǒng)時(shí)，可同時(shí)把穿孔管兼作排泥管。為

防

堵塞，專設(shè)排泥管管徑一般在200ram以上。為方便運(yùn)行，町在反

應(yīng)器半高處或三相分離器下05m處再設(shè)一排泥口，沿反應(yīng)器高度

均勻設(shè)5?6個(gè)污泥取樣管。

3厭氧污泥顆粒

UASB『藝能夠以從未有過的高負(fù)荷處理廢水早為人們所熟

知，其最螢要的原因在下反應(yīng)器內(nèi)以產(chǎn)甲烷菌為主體的厭氧微生物

形成丁1?5ram的顆粒污洗.換言之，能夠形成顆粒化污泥是

UASB反應(yīng)器的突出特點(diǎn)；

事實(shí)證明，若反直器內(nèi)的污怩以松散的絮狀體存在，容易出現(xiàn)

污泥上浮流失，使反應(yīng)器不能在較高的負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行。而顆粒污

泥能長(zhǎng)期保持形態(tài)t的穩(wěn)定性，生產(chǎn)裝置在形成顆粒污泥后，能夠

長(zhǎng)期擁有良好沉降陣能的污泥，并能為新裝置提供顆粒污泥作為接

種物，從而加陜新裝置的啟動(dòng)過程，使反麻器能高效穩(wěn)定運(yùn)i,。

(1)厭氧顆粒污泥的基本特性

①物理性質(zhì)厭氧顆粒污泥的形狀不規(guī)則，一般呈球形或橢

球形。成熟的厭氧顆粒污泥(簡(jiǎn)稱顆粒污泥)具有清晰的表面邊

界，其直徑在014--5mm左右，最大直徑可達(dá)7ram。

顆粒污拋的顏色通常為黑色或灰色，但也有人曾觀察到白色的

顆粒污泥。顆粒污泥的顏色與處理?xiàng)l件有著密切的關(guān)系.尤其是與

Fe、N?、Co等金屬的硫化物有關(guān)。Kosaric等發(fā)現(xiàn)當(dāng)顆粒污泥中

的

硫鐵比值較低時(shí)，顆粒呈黑色。

顆粒污銅的密度約在1030?1080kg/m3之間。密度與顆粒直

徑之間的關(guān)系迄今尚未完全確定，一般認(rèn)為污泥的密度隨直徑的增

大而減小。

顆粒污泥表面有許多孔隙和洲穴，這些孔隙和洞穴是基質(zhì)傳遞

的通道，氣體也可經(jīng)此輸送出去。直徑較大的顆粒污泥往往有一個(gè)

空腔，這是由于基質(zhì)不足mJ引起細(xì)胞自溶造成的，大而空的顆粒

污

泥容易被水流沖出或被水流剪切成碎片，成為新生顆粒污泥的內(nèi)

核。顆粒污泥的孔隙率在40%80%之間，小顆粒污泥孔隙率高

而大顆粒污泥孔隙率低，因此小顆粒污泥具有更強(qiáng)的生命力和相對(duì)

高的產(chǎn)甲烷恬性。

顆粒污泥有良好的沉降性能.沉降速度范圍為18?lOOmAl

根據(jù)沉降速率町將顆粒污泥分為=-類：④沉降陛能不好，18?

20m/「；②沉降性能滿意，20—50m/h；③沉降性能很好，5()?

100m/ho后兩種屬于良好的污泥也有幾得到過7q~180m/h沉

降速度的顆粒污泥。

②化學(xué)特陛顆粒污泥的干重(I'SS)是揮發(fā)。陀懸浮物

(VSS)與灰分(ASH)之和。VSS主更由細(xì)胞和胞外有機(jī)物組

成，通常情況下VSS占污泥總量的比例是70%—90%。11!虹粒污拋

巾一般含(、405%,H約為7%,N約10%左右。

a無(wú)機(jī)組分由于生長(zhǎng)基質(zhì)和培養(yǎng)溫度條件的不同，顆粒污

泥中的無(wú)機(jī)灰分含量有較大差異，通常在8%-66%范制之間。在

中溫條件下.復(fù)雜基質(zhì)培養(yǎng)的顆粒污泥的臟分比中溫培養(yǎng)高15

倍。研究表明，灰分的增加將提高顆粒污泥的密度，提高其沉降性

能，但過高的灰分會(huì)降低污泥的孔隙率，影響基質(zhì)在顆粒污泥中的

擴(kuò)散。

顆粒污泥中Fe、('a、si、P、s均為大量元素，Ca、Mg、Fe

和其他些金屬離子可能以碳酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽或硫化物的形

式存在于顆粒污泥中?；|(zhì)中少量Ca2,對(duì)顆粒化過程具有積極的

促進(jìn)作用：①Ca2,可中和細(xì)菌表面的負(fù)電荷，從而使細(xì)菌凝聚；

②顆粒污泥中Caoo可與C02生成CaC03晶體，增加污泥的比重，

改善顆粒亍虧板的沉降性能；③caO'能穩(wěn)定細(xì)胞外分泌出的多糖體，

形成藻蛋白酸鹽凝膠，粘結(jié)各種生物體，同時(shí)還作為細(xì)胞表而之間

的連接體。一般認(rèn)為，Ca2'濃度以80?150mg/L為宜，過高的

Caz'濃度會(huì)降低污泥的活性。

b胞外多聚物用掃描和透射電鏡觀察顆粒污泥，經(jīng)?？梢?/p>

發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌表面分出有一層薄薄的粘液層，即胞外多聚物(Ex

tr8CellularPolymers,簡(jiǎn)稱ECP)。厭氧污泥與好氧污泥分泌的

E('P成分有根大差異.好氧污泥的ECP以碳水化合物為主，J“最

約為厭氧污泥的4?7倍。厭氧顆粒污泥中ECP的含量一般在

06%?20%VSS范圍內(nèi)，其主要成分是蛋白質(zhì)和胞外聚多糖

(ExtraCellularPolvsaccEarides,簡(jiǎn)稱EPS),還有類脂質(zhì)、核

酸等

物質(zhì)，ECI,中蛋白質(zhì)與聚多糖的數(shù)量比多在2：1到61之間.聚

多糖的主要啦糖成分有：鼠梨糖、巖藻糖、什露糖胺.有時(shí)也能發(fā)

現(xiàn)核糖成分。

顆粒污泥中的許多厭氧細(xì)菌都可產(chǎn)生ECP,如甲酸甲烷桿菌

和嶼氏甲烷八疊茴等；ECt,的產(chǎn)節(jié)量和顆粒污泥的生長(zhǎng)條件有關(guān),

高溫下，顆粒污泥的ECP濃度小于中溫條件.但ECP的基奉組成

相同，在低磷和低氮條件下ECP的產(chǎn)生量有較大提島.EPS的產(chǎn)

牛量分別提高685%和741%0

(2)厭氧顆粒污泥的微生物相顆粒污泥本質(zhì)上是多種微生物

的聚集體，主要由厭氧消化微生物組成。顆粒悸泥中參與分解復(fù)雜

有機(jī)物、隹成甲烷的厭氧細(xì)菌可分為三婁：①水解發(fā)酵菌，對(duì)有機(jī)

物進(jìn)行最初的分解，生成有機(jī)酸和酒精；②產(chǎn)乙酸菌，對(duì)有機(jī)酸和

酒精進(jìn)一步分解利用；③產(chǎn)甲烷菌，將H：、CO。、乙酸以及其他

一磐簡(jiǎn)單化合物轉(zhuǎn)化成為甲烷。水解發(fā)酵菌、產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷細(xì)

菌在顆粒污泥內(nèi)生長(zhǎng)、繁殖，各種細(xì)菌互營(yíng)互生，菌絲突錯(cuò)相互結(jié)

合形成復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu)，增加了微生物組成鑒定的復(fù)雜陛。

研究發(fā)現(xiàn)，72%的甲烷足通過己酸轉(zhuǎn)化的，顆粒污泥中已發(fā)現(xiàn)

的產(chǎn)甲烷菌中，甲烷髦毛菌和甲烷八替球菌是惟一兩種能代謝乙酸

的產(chǎn)甲烷菌。甲烷髦毛菌只能在乙酸基質(zhì)中生長(zhǎng).在絕大多數(shù)顆粒

污泥中，都能發(fā)現(xiàn)甲烷髦毛菌。觀察到的形態(tài)有兩種：一種是多個(gè)

桿狀細(xì)胞組成的絲束狀.另一種是四、五個(gè)細(xì)胞組成的桿狀菌。甲

烷髦毛菌在顆粒污濺形成過程中具有重要的作朋，能為其他細(xì)菌提

供相連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。甲烷八疊球菌有較強(qiáng)的成團(tuán)能力，在中溫愕

泥中較少能觀察到，而在高溫污泥和高乙酸基質(zhì)中常見到其蹤影。

甲烷八疊球菌可以利用的基質(zhì)較多，有乙酸、甲醇、甲胺，有時(shí)也

可利用H2和C02；甲烷八疊球菌以甲醇為基質(zhì)比以其他有機(jī)物為

基

307

質(zhì)生長(zhǎng)速度快-在乙酸基質(zhì)中.甲烷八疊球菌的比增長(zhǎng)速度Jmax

0.3d1）高于甲烷髦毛菌（〃皿,。."-）,但其對(duì)基質(zhì)的親和力較

低，半飽和常數(shù)K、-3~5mmol/L,甲烷肇毛菌的基質(zhì)親和力強(qiáng)，半

飽和常數(shù)K.=0.5-0.7mmol/Lc因此，當(dāng)乙酸濃度較低時(shí)，甲烷塔

毛的占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)乙酸濃度較高時(shí)，甲烷八疊球菌占優(yōu)勢(shì)°

氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌是顆粒污泥中另一種重要的產(chǎn)甲烷菌，包括

甲烷短桿第、甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷螺菌等.

（3）厭氧顆粒污泥的形成過程顆?；^程是單一分散厭氧微

生物聚集生長(zhǎng)成顆粒污泥的過程，比較復(fù)雜而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),

根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)污泥形成的形態(tài)和達(dá)到的COD容積負(fù)荷，可將

污泥顆?；^程大致分為以下三個(gè)運(yùn)行期。

①啟動(dòng)運(yùn)行期：從接種污泥開始到反應(yīng)器的COD容積負(fù)荷達(dá)

到5kgeOD/（m3?d）左右，此時(shí)沉淀性能較好的污泥已不被沖洗

流失，

②顆粒污泥出現(xiàn)期：小顆粒污泥開始出現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)的總

SS量和總VSS豉降至最低時(shí)，本運(yùn)行期即告結(jié)束。

③顆粒污泥成熟期：顆粒污泥大量形成，由下而上逐步充滿

整個(gè)反應(yīng)器。當(dāng)反應(yīng)器容積負(fù)荷達(dá)16kgeOD/（nrKd）以上時(shí)，即

可認(rèn)為顆粒污泥培養(yǎng)成熟。

表6-3歸納了三個(gè)不同運(yùn)行期的一些特點(diǎn)。

表6-3污泥飄?；^程中三個(gè)不同運(yùn)行期的特點(diǎn)

項(xiàng)0啟動(dòng)運(yùn)行期顆粒污泥出現(xiàn)期顆粒污泥成熟期

污泥形態(tài)分散或紫狀紫狀及顆粒狀顆粒狀為主

懸浮層區(qū)與污泥床區(qū)的界限有不清楚有

懸浮層區(qū)S5濃度/（￡乙）低(<10)較高（18-24）低(6-16)

污泥匕浮同施無(wú)有無(wú)

云泥沉降性能一般不大好好

是否夔從懸浮區(qū)排泥不要要一直東婺

原牛.動(dòng)物纖毛蟲少量纖毛蟲纖毛蟲罕見

其中第一階段是決定污泥結(jié)構(gòu)的重要階段°一般來(lái)說，細(xì)菌與

基體之間存在排斥力會(huì)阻礙曲者的接近，仇離F強(qiáng)度的政變，

Ca2,、Mg2'的電荷中和作用以及ECP的作刷叫以使排斥位能降

低，從咖促進(jìn)細(xì)菌向基體接近。細(xì)菌與基體接近后，通過細(xì)菌的附

屬物如甲烷髦毛瀚的菌絲，或通過多聚物的粘接，將細(xì)菌粘接到基

體上，隨著粘接到基體上的綁菌數(shù)目的增多，形成多種微生物群系

互營(yíng)發(fā)生的聚集體，即具有初步代謝作用的微污拋體，微生物聚集

體在適宜的條件下，各種微生物競(jìng)相繁殖，最終形成沉降性能良

好、產(chǎn)甲烷活性高的顆粒污泥。

目前，大多數(shù)學(xué)說著眼于顆粒化第一階段，對(duì)第一、二階段的

研究工作則不多見。針對(duì)基體的不同，研究者提出丁不同的顆粒污

泥形成機(jī)制，

Macleod等根據(jù)電鏡觀察到顆粒污泥中各菌群呈有規(guī)律的分層

分布，如圖6.7所示，由此得出結(jié)論，認(rèn)為甲烷髦毛菌相互聚集

在

一起形成具有框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)核，從而使為其提供乙酸基質(zhì)的產(chǎn)乙酸

菌以盟氫營(yíng)養(yǎng)菌附著其上.最后是發(fā)酵性細(xì)菌（產(chǎn)酸菌及其他氧營(yíng)

養(yǎng)菌）在外圍生長(zhǎng)，由此形成顆粒污泥;

（（----------產(chǎn)酸菌

nr\/—甲位星型細(xì)菌、產(chǎn)氧產(chǎn)乙酸菌

毛菌

圖67Macleod的結(jié)構(gòu)模型

吳唯民等人在脂肪酸降解顆粒污泥的形成過程中發(fā)現(xiàn)，甲醴甲

烷桿菌先粘連在馬氏甲烷八疊球菌上形成聚集體，而甲酸甲烷桿

菌、甲烷髦毛菌、丁酸降解菌構(gòu)成互營(yíng)內(nèi)酸丁酸降解聚集體，最

后兩類聚集體通過甲酸甲烷桿菌的連接形成顆粒污拋，形成過程如

圖6培所示。

二次棱學(xué)I兌認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)不足的衰弱顆粒污泥，在水流剪切力作

用下，破裂成碎片.污泥碎片ri］作為新的二次棱，重新形成顆

粒污—混。，Grotenhu-s及其合作者分別用高低濃度基質(zhì)培養(yǎng)顆粒

圖68有機(jī)揮發(fā)酸顆粒污視形成模型

1日&■%_!、§#目.2"&-*#g,甫々J&降錯(cuò)*銘｝#.

4?目降*口倬■&?％。#*目?％《｛自銘☆銘.5一目烷《％口.

6☆日&目烷自自￥RH&#口8N*｛自$集體，

7自&T&N旺容R##.8#n#&&R銘W粒#*

現(xiàn)前者形成顆粒牲徑較大，而后者的粒徑較小，據(jù)此提出了二次核

形成的橫刑，如圖69所示。其他研究者也提出了類似的二次核形

成模型、，二次棱學(xué)說較好地解釋了加-少量顆粒污泥可加速顆?；?/p>

進(jìn)程以及顆粒污桃的不同生產(chǎn)階段其內(nèi)部菌體具有不同分布的現(xiàn)

象，已為大多數(shù)研究者接受。

圖69顆粒污泥形成二提核的可能途往

a、b一顆粒中基質(zhì)充足；c一顆粒中心基質(zhì)被消耗；d一顆粒生長(zhǎng)，

消耗區(qū)域增大，顆粒中心強(qiáng)度下降；，一顆粒被水流典切破裂

(4)顆粒污泥的培養(yǎng)條件

①營(yíng)養(yǎng)條件培養(yǎng)顆粒污泥的碳、氮、磷比例約為75，5lo氮

源不足時(shí)，可添加氮肥、含氮量高的糞便、氫基酸輔及剩余話性污

泥等；磷源不足時(shí).可適當(dāng)投加磷肥；適量的碳振對(duì)反應(yīng)器微生物

的最佳生長(zhǎng)的活性具有重要影響，碳源濃度的增加應(yīng)有一個(gè)限度，

若超過限度，微生物的生長(zhǎng)率就會(huì)下降，這一影響即為通常所說的

基質(zhì)抑制，碳水化臺(tái)物基質(zhì)抑制的維度-艘約為100—150g幾。

微量元素對(duì)厭氧微1士物也有較為重要的影響，投人適當(dāng)?shù)你y、

鉆、鋁元素及投加硫酸鋅等有利于提高污泥的產(chǎn)甲烷活性

進(jìn)水COD濃度在1500?4000mgTl。較好.進(jìn)水濃度更島時(shí)，

可采用同流部分處理水或脈沖間歇進(jìn)水的方法，

②運(yùn)行控制條件影響li怩顆?；M(jìn)程最主要的運(yùn)行檸制條

件是污泥('0D負(fù)荷。在中溫發(fā)酵條件F發(fā)現(xiàn)，當(dāng)污泥COD負(fù)荷

達(dá)03kg/(kgVSS-d)時(shí)，便有顆粒產(chǎn)生，當(dāng)污泥(0D負(fù)荷超過

06kg/(kgVSS?d)時(shí)，污泥顆?；瘜⑦M(jìn)行得十分迅速。、故當(dāng)啟動(dòng)

運(yùn)行期結(jié)束，府盡快將污泥COD負(fù)荷提高到06kg/(kgVSS-d)

或更高。

表面水力負(fù)荷也是影響污泥顆?；M(jìn)程的運(yùn)行控制條件之一.

采用較高的表面水力負(fù)荷，能將顆粘—污泥出現(xiàn)期形成的小顆粒污泥

和絮狀污泥分開，有利于污泥顆?；Ｔ囼?yàn)表明水力負(fù)荷在

030m3/(ill3?h)以r時(shí),對(duì)水力分級(jí)非常有利。

③環(huán)境條件培養(yǎng)顆粒污泥應(yīng)在巾溫范圍(33-41%、)為宜，

溫度過高會(huì)造成顆粒破壞.使污泥大量流失。pH值應(yīng)保持在

65?72之問.對(duì)于眥碳水化合物為主的廢水進(jìn)水堿度與COD之

比應(yīng)大于1：3O

④其他廢水中最好具肯一定的硬度(如13德國(guó)度)，若硬

度過低，可考慮補(bǔ)充少昔的鈣，以便能使烤泥迅速宴現(xiàn)顆?；?/p>

接種污泥最好有一定的產(chǎn)甲烷活性，以縮短培養(yǎng)期。

在顆粒污泥出現(xiàn)期及成熟初期.可定期從懸浮層區(qū)排放出沉降

睦能較差的絮狀污泥，可以有利于顆粒污泥的形成。

4麻用

UASB由于其高效節(jié)能等特點(diǎn).自開發(fā)以來(lái)，已被廣泛州于各

種有機(jī)廢水及生活污水的處理，目前世界上約有上千座UASB反

應(yīng)器在生產(chǎn)運(yùn)行中。

(1)處理酒精廢水江蘇某酒廠采用容積為300m3的UASB

反應(yīng)器處理酒精廢水.處理溫度控制在554、左右，裝骨運(yùn)行效果

良好，COD容積負(fù)荷為6、8kg/(m0d),COD去除率達(dá)90%

左右，

…東某酒廠處理酒精廢水所采用的UASB反應(yīng)器總?cè)菝貫?/p>

3950m3,有效容積2700m、，其分1【)個(gè)單兒，溫度控制在52℃,

pH值控制在7【)-72,有機(jī)負(fù)荷為712kgC0D/(n13d),運(yùn)行

穩(wěn)定后，處理效果較好，COD、SS、BOD的去除率分別達(dá)到

85%?96%、89%、97%,平均產(chǎn)氣率為23m'/(

(2)處理醫(yī)藥化H廢水河』七某制藥廠采用容積為500rip的

UASB反應(yīng)器處理VC廢水，處理溫度控制在35℃左右，運(yùn)行結(jié)

果表明COD容秘負(fù)荷可達(dá)6-8kg/(mLd),COD一上除率為90%

片右，取得r較好的處理教果。

浙江某大學(xué)對(duì)UASB反應(yīng)器處理醫(yī)藥化I廢水進(jìn)行廠研究，

試驗(yàn)所采用的1,JASB反應(yīng)器有效容積為17L,試驗(yàn)廢水為氨口塞月虧

廢水，處理溫度為30℃,試騎結(jié)果為：進(jìn)水COD平均濃度為

5179mg/L.平均水力停留時(shí)間218d.COD平均盤除率為

814%,平均COD容積負(fù)荷為200kg/([1]0?d),容積產(chǎn)氣率平均

為116m3/(m'-cj),沼氣中甲烷含量為71%

(3)處理滌綸廢水滌綸廢水有機(jī)物濃度高、酸性大，處理起

來(lái)較困難：黑龍汀某大學(xué)采用UASB反應(yīng)器時(shí)滌綸廢水的處理進(jìn)

行r研究，效果較好。試驗(yàn)所采用的UASB反應(yīng)器總?cè)莘e為28L,

溫度控制在(3511)℃,結(jié)果為進(jìn)水COD濃度5000?8000mg/

有機(jī)負(fù)荷為8?lOkgCOD/(1213?d),HRT為｛8~20h,COD去除

率為70%-80%,產(chǎn)氣率為03m3/kgCOD,甲烷含量60%。

(4)處理城市生活薦水UASB反應(yīng)器在處理城市污水方面也

得到r較為廣泛的應(yīng)用，如印度尼西亞、巴西等國(guó)已采用小型

UASB反應(yīng)器對(duì)生活污水進(jìn)行處理，且效果較好，表64為國(guó)外使

用UASB反應(yīng)器在常溫或低溫下處理城市生活亍虧水的研究及運(yùn)用

情況。

5評(píng)價(jià)

UASB反應(yīng)器小僅町用于處理高、中等濃度的有機(jī)廢水，還可

用于姓砰姐城市污水水之類的低濃度有機(jī)廢水，已成為第一代厭氧

表6.4IJAsB處理城市污水參數(shù)匯總表

溫度HRT進(jìn)水出水去除效

研究者規(guī)模容積參數(shù)

/Vzh/(mg/L)/（niK，1.）率

Letringa

小試6m?J2-208-24COD50015070

(1981)

201224COD50016068

Grin(1983)中試6ni’

10-128('CD50030040

LetUngaCODSOO66.5

-6n?8-2012

(1983)COD300一50

15-198COD500—40-55

Grin(1983)中試6n?

9.5-108COD50030

Grin(1983)中試6m、'19-2324(on460—60

COD2678”85

4?8

Srh^llijikhoulrss21570

中試64m'24-26

(1985)COD26778-85

3c3.5

rss215——

COD34]—65

Vicira(1984)中試1咐，354BOD137--72

TSS886131

COD66073

Nobrc<]987)中試24-261。?！8

BOD331)—78

COD424一60

204BQD195—69

rss1886963

Vieira(1986)中試106L

CQEM406—65

234BOD180—69

TSS1916964

COD500?700—40~60

12?18

BOD250-350—50-70

MarK1986)中試/Um

COD500、700—45~65

9-14

BOD250?350—