•        危害：

          膨胀污泥不易沉淀，容易流失，既降低处理后的出水水质，又造成回流污泥量的不足

•        原因：

           1、污泥中丝状菌大量繁殖导致的丝状菌性膨胀

           2、并无大量丝状菌存在的非丝状菌性膨胀

•        （1）丝状菌性膨胀



•        当污泥中有大量丝状菌时，大量具有一定强度的丝状体相互支撑、交错，大大恶化了污泥的沉降、压缩性能，形成污泥膨胀。

•        造成污泥丝状膨胀的主要因素大致为：

              ①污水水质。造成污泥膨胀的最主要因素

            含溶解性碳水化合物高的污水往往发生由浮游球衣细菌引起的丝状膨胀，含硫化物高的污水往往发生由硫细菌引起的丝状膨胀。

        水温和pH值

              ②运行条件。曝气池的负荷和溶解氧浓度

              ③工艺方法。完全混合的工艺方法比传统的推流方式较易发生污泥膨胀，而间歇运行的曝气池最不容易发生污泥膨胀；

•        （2）非丝状菌性膨胀

        非丝状菌性膨胀污泥含有大量的表面附着水，细菌外面包有粘度极高的粘性物质，这种粘性物质是由葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、脱氧核糖等形成的多糖类。 

起因： 非丝状菌性膨胀主要发生在污水水温较低而污泥负荷太高时。

         a.微生物的负荷高，细菌吸取了大量营养物，但由于温度低，代谢速度较慢，就积贮起大量高粘性的多糖类物质。这些多糖类物质的积贮，使活性污泥的表面附着水大大增加，使污泥的SVI值很高，形成膨胀污泥

•        措施：

•        在运行中，如发生污泥膨胀，可针对膨胀的类型和丝状菌的特性，采取以下一些抑制的措施

     ①控制曝气量，使曝气池中保持适量的溶解氧（不低于1～2mg/L，不超过4mg/L）；

    ②调整pH值；

    ③如氮、磷的比例失调，可适量投加氮化合物和磷化合物；

   ④投加一些化学药剂

    ⑤城市污水厂的污水在经过沉砂池后，跳越初沉池，直接进入曝气池。

•        在设计时，对于容易发生污泥膨胀的污水，可以采取以下一些方法：

•        ①减小城市污水厂的初沉池或取消初沉池，增加进入曝气池的污水中悬浮物，可使曝气池中的污泥浓度明显增加，污泥沉降性能改善；

•        ②两级生物处理法，即采用沉砂池--一级曝气池--中间沉淀池--二级曝气池--二次沉淀池的工艺，或是初次沉淀池--生物膜法处理--曝气池--二次沉淀池等工艺。

•        ③对于现有的容易发生污泥严重膨胀的污水厂，可以在曝气池的前面部分补充设置足够的填料。这样，既降低了曝气池的污泥负荷，又改变了进入后面部分曝气池的水质，可以有效地克服活性污泥膨胀；

•        ④用气浮法代替二次沉淀池。

•        其他现象：

•        一、污泥解体

现象：处理水质混浊，絮凝体微细化，水质变坏。

原因：运行不当，微生物失活，曝气过量、导致营养失衡，污水中混有有毒物质。

解决：减少BOD负荷、增加溶解氧、检查水质

二、污泥腐化

现象：二沉池污泥腐败变黑、恶臭、上浮

原因：沉积在死角污泥长期滞留，厌氧发硝

三、污泥上浮

原因：曝气池泥龄长，反硝化产生N2使污泥上浮。

措施：增加回流量或及时排泥。

废水的厌氧处理The Anaerobic Processes

是有机废水强有力的处理方法之一。厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。

与好氧生物处理法比较厌氧生化法的优势和特点：

（1）应用范围广

•            因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、   低浓度有机废水。

有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等

（2）能耗低

好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。〈无须氧，还产甲烷气体〉

废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。

一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。

（3）负荷高

通常好氧法的有机容积负荷为2-4 kgBOD/(m3•d)，而厌氧法为2-lO kgCOD/(m3•d)，高的可达50 kgCOD/(m3•d)。

（4）剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好

好氧法每去除l kgCOD将产生0.4-O.6 kg生物量，而厌氧出去除l kgCOD只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％。

同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。

（5）氮、磷营养需要量较少

好氧法一般要求BOD:N为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。

（6）有杀菌作用

厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。

（7）污泥易贮存

厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。

（8）对水温的适宜范围较广

好氧法——最佳水温为20-30度，>35度和<10度时净化效果降低，对高温废水需降温处里。

厌氧法——产甲烷菌最适宜生存条件分3类：

    低温菌生长温度范围：10-30度，最适宜20度左右；

    中温菌生长温度范围：30-40度，最适宜35-38度；

    高温菌生长温度范围：50-60度，最适宜52-55度；

大多数产甲烷菌属中温菌，尽量不采用加热措施，常温时处理非溶解性有机物比较困难，高温有利纤维素等的降解和灭菌。      

（9）厌氧生物处理法也存在下列缺点:

（a）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长；

（b）出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；

（c）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。

（d）厌氧过程会产生气味对空气有污染。

厌氧生物法的基本原理：

1废水厌氧生物处理——是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。

2与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体〈电子受体〉，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。

3厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，微生物相：兼性菌和厌氧菌。

4三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。

四个连续的阶段，即水解、酸化阶段、乙酸化阶段和甲烷化阶段

含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制〈慢〉步骤；

简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。

以甲烷发酵阶段的要求作为控制条件。

•              因为; ①甲烷化阶段是决定污染处理程度的关键。

•          在酸化、乙酸化期间，COD、BOD值几乎不减少，有时BOD值会增加；在甲烷化期间，COD、BO值显著下降，被去除有机物数量与形成的甲烷数量呈正比。

•        ② 产甲烷菌世代时间长，增殖速度慢;产酸和产氢产乙酸菌世代时间短，增殖速度快；三种细菌要保持动态平衡，否则有机酸积累使系统pH值下降，甲烷发酵受到抑制。

•    ③甲烷细菌对温度、 pH值、有毒物质等更为敏感。

•      产酸细菌适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。

•      产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。

厌氧法的影响因素：

控制厌氧处理效率的基本因素有两类:

•    一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；

•    另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还原电位、有毒物质等。

•    经验和研究表明：PH值和温度是影响甲烷细菌生长那个的两个重要环境因素。

•    产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。

温度条件

•    产甲烷菌的温度范围为5-60℃。

•    在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。

•    据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。

•    温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用

•    温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。

•    温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复

pH值〈见上

•    厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内

•    产酸作用产物使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加，会引起pH值升高

•    在厌氧处理中，pH值除受进水的pH影响外，主要取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、CO2、氨氮、氢之间的平衡

工艺和设备  微生物生长状态分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法；

•    厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。

•    厌氧生物滤池属于厌氧生物膜法。

1.普通消化池  又称传统或常规消化池

•    消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出

为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌

高温厌氧消化需要加温，常用加热方式有三种:

(a)废水在消化池外先经热交换器预热到规定温度再进入消化池

•         (b)热蒸汽直接在消化器内加热；

•         (c)在消化池内部安装热交换管。

特点是:

•        可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。

•        厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。

•        缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞。

•        对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。

•        温度不均匀，消化效率低

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厌氧接触法

在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)

实质是厌氧的活性污泥法，不需要曝气，需脱气。

特点:

（a）消化池内污泥成悬浮状态，浓度较高，一般为10-15g/L，回流量为进水量2-3倍，耐冲击能力强；



（b）可以直接处理悬浮固体含量较高的有机废水，悬浮颗粒成为微生物的载体，很容易在沉淀池中沉淀

（c）消化池的容积负荷较普通消化池高。

     中温消化时，一般为2-l0kgCOD/m3•d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，而接触法小于10天；

（d）混合液经沉降后，出水水质好，

（e）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备

（f）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点

存在的问题

1。排除混合液中污泥附着大量气泡，在沉淀池中易上浮而被水带走。

2。沉淀池中污泥仍有产甲烷菌在活动，并产沼气，已下沉的污泥上翻，出水指标增高，回流污泥浓度下降

措施：

1。真空脱气法。〈脱气泡〉

      反应器+脱气器+沉淀池，由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；

2。热交换器急冷法。

       反应器+冷却器+沉淀池， 将从消化池排出的混合液进行急速冷却，抑制产甲烷菌活动。

上流式厌氧污泥床反应器

•    污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。

•    工作过程：

      反应器的底部有一个高浓度、高活性的污泥层                            有机物           。

      CH4和C02搅动和气泡粘附污泥，在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。

      反应器的上部设有三相分离器，完成气、液、固三相,上流式厌氧污泥床反应器的分离。

      被分离的消化气从上部导出，被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层,出水则从澄清区流出。            

特点:

（a）反应器内污泥浓度高。

    一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层污泥浓度5-7g/L；

     污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。

b）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m3•d）；

（c）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；

（d）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；

（e）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。

（f）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感

•    厌氧生物滤池   又称厌氧固定膜反应器  升流式厌氧滤池。

•    池内装放填料，池底和池顶密封。

工作过程：

   厌氧微生物大部分以生物膜形式附着于填料的表面生长，少部分以厌氧污泥的形式存在于滤料间隙。

   当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。

优点：

  生物总量比降流式高，效率高。

缺点：

  底部易堵，污泥浓度沿深度分布不均

〈废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池常使用竖直排放的填料，间距宽，与不易堵，能处理悬浮物浓度高的有机性污水。

特点是：

（a）处理能力较高；滤池内可以保持很高的微生物浓度；

       由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为2-16 kgCOD/(m3•d)，且耐冲击负荷能力强；

（b）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快

（c）不需另设泥水分离设备，出水SS较低；

      微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；

（d）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。

缺点：滤料费用较贵；滤料容易堵塞，尤其是下部，生物膜很厚。堵塞后，没有简单有效的清洗方法。因此，悬浮物高的废水不适用

对厌氧生物滤池采取如下改进：

（a）出水回流；

（b）部分充填载体；

（c）采用软性填料。

厌氧流化床

特点：（a）载体颗粒细，比表面积大，可高达2000-3000m2/m3左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为10-40kgCOD/m3•d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；

（b）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；

（c）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；

（d）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；

（e）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。

缺点：

       载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。

降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：

（a）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇**替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，呈流化床运行；

（b）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径20-30mm、相对密度1.05-1.2g/cm3的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化

分段厌氧处理法

将水解酸化过程和甲烷化过程分开在两个反应器内进行，以使两类微生物都能在各自的最适条件下生长繁殖

•    第Ⅰ段的功能是：

       水解和液化固态有机物       有机酸；

       缓冲和稀释负荷冲击与有害物质，并将截留难降解的固态物质。

•    第Ⅱ段的功能是：

      保持严格的厌氧条件和pH值，以利于甲烷菌的生长；

      降解、稳定有机物，产生含甲烷较多的消化气，并截留悬浮固体，以改善出水水质。

特点:

（a）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；

（b）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；

（c）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。

缺点：但两步法设备较多，流程和操作复杂。

厌氧设备的运行管理

厌氧设备的启动

•    厌氧处理工艺的缺点之一是微生物增殖缓慢，设备启动时间长，若能取得大量的厌氧活性污泥就可缩短投产期。

•    最好选择同类物料厌氧消化污泥。如果采用一般的未经消化的有机污泥自行培养，所需时间更长。

•    一般来说，接种污泥量为反应器有效容积的10％-90％，依消化污泥的来源方便情况酌定，原则上接种量比例增大，启动时间缩短。