【正文】 金屬、氰化物及某些有機(jī)物； ① 硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化過程中被還原成硫化物；可溶的硫化物達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)對(duì)厭氧消化過程主要是產(chǎn)甲烷過程產(chǎn)生抑制作用；投加某些金屬如 Fe可以去除 S2，或從系統(tǒng)中吹脫 H2S 可以減輕硫化物的抑制作用。 ② 氨氮：氨氮是厭氧消化的緩沖劑；但濃度過高，則會(huì)對(duì)厭氧消化過程產(chǎn)生毒害作用；抑 制濃度為50~200mg/l，但馴化后，適應(yīng)能力會(huì)得到加強(qiáng)。 ③ 重金屬： —— 使厭氧細(xì)菌的酶系統(tǒng)受到破壞。 ④ 氰化物： ⑤ 有毒有機(jī)物： 四、厭氧生物處理的主要特征 厭氧生物處理過程的主要優(yōu)點(diǎn)： ① 能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）； ② 污泥產(chǎn)量很低； —— 厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率 Y為 ~，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率 Y 為 ，而好氧微生物的產(chǎn)率約為 ~。 ③ 厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解； 7 ④ 反應(yīng)過程較為復(fù)雜 —— 厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個(gè)連續(xù)的微生物過程； 厭氧生物處理過程的主要缺點(diǎn)： ① 對(duì)溫度、 pH 等環(huán)境因素較敏感； ② 處理出水水質(zhì)較差，需進(jìn)一步利用好氧法進(jìn)行處理； ③ 氣味較大； ④ 對(duì)氨氮的去除效果不 好；等等 第二 節(jié) 厭氧生物處理工藝的發(fā)展概況及特征 一、厭氧生物處理工藝的發(fā)展簡史 實(shí)際上，厭氧生物過程廣泛地存在于自然界中，但人類第一次有意識(shí)地利用厭氧生物過程來處理廢棄物，則是在 1881 年由法國的 Louis Mouras 所發(fā)明的“自動(dòng)凈化器”開始的，隨后人類開始較大規(guī)模地應(yīng)用厭氧消化過程來處理城市污水（如化糞池、雙層沉淀池等）和剩余污泥（如各種厭氧消化池等）。這些厭氧反應(yīng)器現(xiàn)在通稱為“第一代厭氧生物反應(yīng)器”，它們的共同特點(diǎn)是：① 水力停留時(shí)間（ HRT）很長，有時(shí)在污泥處理時(shí)，污泥消化池的 HRT 會(huì)長達(dá) 90 天，即使是目前在很多現(xiàn)代化城市污水處理廠內(nèi)所采用的污泥消化池的 HRT 也還長達(dá) 20~30 天；② 雖然 HRT 相當(dāng)長，但處理效率仍十分低，處理效果還很不好；③ 具有濃臭的氣味，因?yàn)樵趨捬跸^程中原污泥中含有的有機(jī)氮或硫酸鹽等會(huì)在厭氧條件下分別轉(zhuǎn)化為氨氮或硫化氫，而它們都具有十分特別的臭味。以上這些特點(diǎn)使得人們對(duì)于進(jìn)一步開發(fā)和利用厭氧生物過程的興趣大大降低，而且此時(shí)利用活性污泥法或生物膜法處理城市污水已經(jīng)十分成功。 但是，當(dāng)進(jìn)入上世紀(jì) 50、 60 年代，特別是 70 年代的中后期，隨著世界范圍的能源危機(jī)的加劇，人們對(duì)利用厭氧消化過程處理有機(jī)廢水的研究得以強(qiáng)化，相繼出現(xiàn)了一批被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的處理工藝，從此厭氧消化工藝開始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理，真正成為一種可以與好氧生物處理工藝相提并論的廢水生物處理工藝。這些被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的厭氧生物處理工藝又被統(tǒng)一稱為“第二代厭氧生物反應(yīng)器”，它們的主要特點(diǎn)有：① HRT 大大縮短，有機(jī)負(fù)荷大大提高，處理效率大大提高；② 主要包括：厭氧接觸法、厭氧濾池（ AF）、上流式厭氧污泥床（ UASB）反應(yīng)器、厭氧流化床（ AFB）、 AAFEB、厭氧生物轉(zhuǎn)盤（ ARBC）和擋板 式厭氧反應(yīng)器等；③ HRT 與 SRT 分離， SRT 相對(duì)很長， HRT 則可以較短，反應(yīng)器內(nèi)生物量很高。以上這些特點(diǎn)徹底改變了原來人們對(duì)厭氧生物過程的認(rèn)識(shí)，因此其實(shí)際應(yīng)用也越來越廣泛。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90年代以后，隨著以顆粒污泥為主要特點(diǎn)的 UASB 反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用，在其基礎(chǔ)上又發(fā)展起來了同樣以顆粒污泥為根本的顆粒污泥膨脹床（ EGSB）反應(yīng)器和厭氧內(nèi)循環(huán)（ IC）反應(yīng)器。其中 EGSB反應(yīng)器利用外加的出水循環(huán)可以使反應(yīng)器內(nèi)部形成很高的上升流速，提高反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)與微生物之間的接觸和反應(yīng)，可以在較低溫度下處理較低濃度的有機(jī)廢 水，如城市廢水等；而 IC 反應(yīng)器則主要應(yīng)用于處理高濃度有機(jī)廢水，依靠厭氧生物過程本身所產(chǎn)生的大量沼氣形成內(nèi)部混合液的充分循環(huán)與混合，可以達(dá)到更高的有機(jī)負(fù)荷。這些反應(yīng)器又被統(tǒng)一稱為“第三代厭氧生物反應(yīng)器”。 8 二、厭氧生物處理的主要特征 主要優(yōu)點(diǎn) 與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水的厭氧生物處理工藝具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： ① 能耗大大降低，而且還可以回收生物能（沼氣）；因?yàn)閰捬跎锾幚砉に嚐o需為微生物提供氧氣，所以不需要鼓風(fēng)曝氣，減少了能耗，而且厭氧生物處理工藝在大量降低廢水中的有機(jī)物的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生大 量的沼氣，其中主要的有效成分是甲烷，是一種可以燃燒的氣體，具有很高的利用價(jià)值，可以直接用于鍋爐燃燒或發(fā)電； ② 污泥產(chǎn)量很低；這是由于在厭氧生物處理過程中廢水中的大部分有機(jī)污染物都被用來產(chǎn)生沼氣 —— 甲烷和二氧化碳了，用于細(xì)胞合成的有機(jī)物相對(duì)來說要少得多；同時(shí)，厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率 Y 為 ~，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率 Y 為 ，而好氧微生物的產(chǎn)率約為 ~。 ③ 厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能 降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解；因此，對(duì)于某些含有難降解有機(jī)物的廢水，利用厭氧工藝進(jìn)行處理可以獲得更好的處理效果，或者可以利用厭氧工藝作為預(yù)處理工藝，可以提高廢水的可生化性，提高后續(xù)好氧處理工藝的處理效果。 主要缺點(diǎn) 與廢水的好氧生物處理工藝相比，廢水厭氧生物處理工藝也存在著以下的明顯缺點(diǎn)： ① 厭氧生物處理過程中所涉及到的生化反應(yīng)過程較為復(fù)雜，因?yàn)閰捬跸^程是由多種不同性質(zhì)、不同功能的厭氧微生物協(xié)同工作的一個(gè)連續(xù)的生化過程，不同種屬間細(xì)菌的相互配合或平衡較難控制，因此在運(yùn)行厭氧反應(yīng)器的過程中需要 很高的技術(shù)要求； ② 厭氧微生物特別是其中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)溫度、 pH 等環(huán)境因素非常敏感，也使得厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行和應(yīng)用受到很多限制和困難； ③ 雖然厭氧生物處理工藝在處理高濃度的工業(yè)廢水時(shí)常常可以達(dá)到很高的處理效率，但其出水水質(zhì)仍通常較差，一般需要利用好氧工藝進(jìn)行進(jìn)一步的處理； ④ 厭氧生物處理的氣味較大； ⑤ 對(duì)氨氮的去除效果不好，一般認(rèn)為在厭氧條件下氨氮不會(huì)降低，而且還可能由于原廢水中含有的有機(jī)氮在厭氧條件下的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致氨氮濃度的上升。 三、厭氧生物處理技術(shù)是我國水污染控制的重要手段 我國高濃度有機(jī)工業(yè)廢水排 放量巨大，這些廢水濃度高、多含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物；我國當(dāng)前的水體污染物還主要是有機(jī)污染物以及營養(yǎng)元素 N、 P 的污染；目前的形勢(shì)是：能源昂貴、土地價(jià)格劇增、剩余污泥的處理費(fèi)用也越來越高；厭氧工藝的突出優(yōu)點(diǎn)是： ① 能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變成沼氣并加以利用； ② 運(yùn)行能耗低； ③ 有機(jī)負(fù)荷高，占地面積少； ④ 污泥產(chǎn)量少，剩余污泥處理費(fèi)用低；等等；厭氧工藝的綜合效益表現(xiàn)在環(huán)境、能 源、生態(tài)三個(gè)方面。 四、厭氧消化過程中沼氣產(chǎn)量的估算 糖類、脂類和蛋白質(zhì)等有機(jī)物經(jīng)過厭氧消化能轉(zhuǎn)化為甲烷和 CO2 等氣體，這樣的混合氣體統(tǒng)稱為沼氣（ Biogas）；產(chǎn)生沼氣的數(shù)量和成分取決于被消化的有機(jī)物的化學(xué)組成，一般可以用下式進(jìn)行估算： 422 48248224 CHbanCObanOHbanOHC ban ?????? ????????? ????????? ??? 理論上認(rèn)為， 1gCOD 在厭氧條件下完全降解可以生成 gCH4，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的甲烷氣體體積為；沼氣中 CO2和 CH4的百分含量不僅與有機(jī)物的化學(xué)組成有關(guān)，還與其各自的溶解度有關(guān)；由于一部 9 分沼氣（主要是其中的 CO2）會(huì)溶解在出水中而被帶走，同時(shí)，一小部分有機(jī)物還會(huì)被用于微生物細(xì)胞的合成，所以實(shí)際的產(chǎn)氣量要比理論產(chǎn)氣量小。 、 第三節(jié) 早期厭氧生物反應(yīng)器 這是厭氧消化應(yīng)用于廢水處理的初級(jí)階段，是從 1881 年法國 Mouras 設(shè)計(jì)的自動(dòng)凈化器開始到本世紀(jì)的 20 年代；主要代表有：① 1881 年法國 Mouras 的自動(dòng)凈化器：② 1891 年英國 Moncriff 的裝有填料的升流式反應(yīng)器：③ 1895 年，英國設(shè)計(jì)的化糞池（ Septic Tank）；④ 1905 年，德國的 Imhoff 池（又稱隱化池、雙層沉淀池）；等等。 這些早期的厭氧生物反應(yīng)器的共同特點(diǎn)是： ① 處理廢水的同時(shí)，也處理從廢水中沉淀下來的污泥； ② 前幾種構(gòu)筑物由于廢水與污泥不分隔而影響出水水質(zhì)； ③ 雙層沉淀池則有了很大改進(jìn)，有上層沉淀池和下層消化池； ④ 停留時(shí)間很長，出水水質(zhì)也較差； ⑤ 后兩種反應(yīng)器曾在英、美、德、法等國得到廣泛推廣，在我國目前仍有應(yīng)用。 第四 節(jié) 厭氧消化池 隨著活性污泥法、 生物濾池等好氧生物處理工藝的開發(fā)和推廣應(yīng)用，厭氧生物處理被認(rèn)為是效率低、HRT 長、受溫度等環(huán)境條件的影響大，因此處于一種被遺棄的狀態(tài)；但好氧生物處理工藝的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生的剩余污泥也越來越多，其穩(wěn)定化處理的主要手段是厭氧消化，這是第二階段的主要特征； 1927 年，首次在消化池中加上了加熱裝置，使產(chǎn)氣速率顯著提高；隨后，又增加了機(jī)械攪拌器，反應(yīng)速率進(jìn)一步提高；50 年代初又開發(fā)了利用沼氣循環(huán)的攪拌裝置；帶加熱和攪拌裝置的消化池被稱為高速消化池，至今仍是城市污水處理廠中污泥處理的主要技術(shù)。 一、消化池的類型與構(gòu)造 厭 氧消化池主要應(yīng)用于處理城市污水廠的污泥，也可應(yīng)用于處理固體含量很高的有機(jī)廢水；它的主要作用是： ① 將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣； ② 將污泥中的一部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成為穩(wěn)定性良好的腐殖質(zhì)； ③ 提高污泥的脫水性能； ④ 使得污泥的體積減少 1/2 以上； ⑤ 使污泥中的致病微生物得到一定程度的滅活，有利于污泥的進(jìn)一步處理和利用。 消化池的分類 消化池可以按其形狀分為： 圓柱形、橢圓形（卵形）和龜甲形等幾種形式；也可以按其池頂結(jié)構(gòu)形式的不同將其分為：固定蓋式和浮動(dòng)蓋式的消化池；或者還可以按其運(yùn)行方式的不同分為：傳統(tǒng)消化池和高速消化池。 10 1) 傳統(tǒng)消化池： 傳統(tǒng)消化池又稱為低速消化池，在池內(nèi)沒有設(shè)置加熱和攪拌裝置，所以有分層現(xiàn)象，一般分為浮渣層、上清液層、活性層、熟污泥層等，其中只有在活性層中才有有效的厭氧反應(yīng)過程在進(jìn)行，因此在傳統(tǒng)消化池中只有部分容積有效；傳統(tǒng)消化池的最大特點(diǎn)就是消化反應(yīng)速率很低， HRT 很長，一般為 30~90 天。 2) 高速消化 池 與傳統(tǒng)消化池不同的是，在高速消化池中設(shè)有加熱和 /或攪拌裝置，因此縮短了有機(jī)物穩(wěn)定所需的時(shí)間，也提高了沼氣產(chǎn)量，在中溫（ 30~35?C）條件下，其 HRT 可以為 15 天左右，運(yùn)行效果穩(wěn)定；但攪拌使高速消化池內(nèi)的污泥得不到濃縮，上清液與熟污泥不易分離。 3) 兩級(jí) 串聯(lián) 消化池 兩級(jí)串聯(lián)，第一級(jí)采用高速消化池，第二級(jí)則采用不設(shè)攪拌和加熱的傳統(tǒng)消化池，主要起沉淀濃縮和貯存熟污泥的作用，并分離和排出上清液；二者的 HRT 的比值可采用 1 : 1~1 : 4，一般為 1 : 2。 11 消化池的構(gòu)造 消化池一般由池頂、池底和池體三部分組成；消化池的池頂有兩種形式，即固定蓋和浮動(dòng)蓋，池頂一般還兼做集氣罩，可以收集消化過程中所產(chǎn)生的沼氣；消化池的池底一般為倒圓錐形，有利于排放熟污泥。 1) 消化池內(nèi)的攪拌： 在高速消化池內(nèi)均設(shè)有攪拌裝置，可以分為機(jī)械攪拌和沼氣攪拌兩種形式。其中的機(jī)械攪拌又分為：① 泵攪拌：從池底抽出消化污泥，用泵加壓后送至浮渣層表面或其它部位，進(jìn)行循環(huán)攪拌，一般與進(jìn)料和池外加熱合并一起進(jìn)行； ② 螺旋 漿攪拌：在一個(gè)豎向?qū)Я鞴苤邪惭b螺旋槳； ③ 水射器攪拌：利用污泥泵從消化池中抽取污泥后通過水射器噴射進(jìn)入消化池，可以起到循環(huán)攪拌的作用。而沼氣攪拌又可以分為：① 氣提式攪拌； ② 豎管式攪拌； ③ 氣體擴(kuò)散式攪拌。 2) 消化池內(nèi)的加熱： 在高速消化池內(nèi)一般需要將反應(yīng)溫度控制在中溫范圍內(nèi)，即約為 35?C 左右，因此必須考慮對(duì)進(jìn)入消化池的污泥或直接在消化池內(nèi)部進(jìn)行加熱。消化 池內(nèi)的加熱方式主要有： ① 池內(nèi)蒸汽直接加熱，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，但容易造成局部污泥過熱，會(huì)影響厭氧微生物的正?；顒?dòng)，而且蒸氣直接通入池內(nèi)會(huì)增加污泥的含水率； ② 池外加熱：將進(jìn)入消化池的污泥預(yù)熱后再投配到消化池中，所需預(yù)熱的污泥量較少，易于控制；預(yù)熱溫度較高，有利于殺滅蟲卵；不會(huì)對(duì)厭氧微生物不利；但設(shè)備較復(fù)雜。 二、消化池的設(shè)計(jì)計(jì)算 消化池的設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容包括： ① 消化池體積的計(jì)算與池體設(shè)計(jì)； ② 消化池內(nèi)攪拌設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算； ③ 消化池所需要的加熱保溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算；等。 消化池的池體設(shè)計(jì) 目前，國內(nèi)一般按污泥投配率來計(jì)算所需的消化池容積，即： pVV 39。? 12 式中： V—— 消化池的有效容積， m3； V’ —— 每天需要處理的新鮮污泥的統(tǒng)計(jì)， m3/d； p —— 污泥投配率。 一般當(dāng)采用高速消化池來處理來自城市生活污水處理長的剩余污泥時(shí)，在消化溫度為 30~