微生物的培养与驯化_New

微生物的培养与驯化

微生物的培养与驯化

厌氧消化系统试运行的一个主要任务是培养厌氧活性污泥，即消化污泥。厌氧活性污泥培养的主要目标是厌氧消化所需要的甲烷菌和产酸菌，当两菌种达到动态平衡时，有机质才会被不断地转化为甲烷气，即厌氧沼气。

机理

污泥厌氧消化是一个多阶段的复杂过程，完成整个消化过程，需要经过三个阶段（目前公认的），即水解、酸化阶段，乙酸化阶段，甲烷化阶段。各阶段之间既相互联系又相互影响，各个阶段都有各自特色微生物群体。

水解酸化阶段

一般水解过程发生在污泥厌氧消化初始阶段，污泥中的非水溶性高分子有机物，如碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等在微生物水解酶的作用下水解成溶解性的物质。水解后的物质在兼性菌和厌氧菌的作用下，转化成短链脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等，还有乙醇、二氧化碳。

乙酸化阶段

在该阶段主要是乙酸菌将水解酸化产物，有机物、乙醇等转变为乙酸。该过程中乙酸菌和甲烷菌是共生的。

甲烷化阶段

甲烷化阶段发生在污泥厌氧消化后期，在这一过程中，甲烷菌将乙酸（CH3COOH）和H2、CO2分别转化为甲烷，如下：

2CH3COOH→2CH4↑+ 2CO2↑

4H2+CO2→CH4+ 2H2O

在整个厌氧消化过程中，由乙酸产生的甲烷约占总量的2/3，由CO2和H2转化的甲烷约占总量的1/3。

一.厌氧微生物的培养和驯化

1.污泥的厌氧消化中，甲烷菌的培养与驯化方法主要有两种；

（1）接种培养法（2）逐级培养法

2.接种污泥一般取自正在运行的厌氧处理装置，尤其是城市污水处理厂的消化污泥，当液态消化污泥运输不方便时，可用污水厂经机械脱水后的干污泥。在厌氧消化污泥来源缺乏的地方，可从废坑塘中腐化的有机地泥，或人粪，牛粪，猪粪，酒糟或初沉池底泥代替。大型污水处理厂，若同时启动所需接种量太大，可分组分别启动。

接种污泥培养法是向厌氧消化装置中投入容积为总容积10%-30%厌氧菌种污泥，接种污泥一般为含固率为3%-5%的湿污泥，再加入新鲜污泥至设计液面，然后通入蒸汽加热，升温速度保持1°C/h，直至达到消化温度（可将污泥厌氧消化分为中温（一般30~36℃）厌氧消化和高温（一般50~55℃）厌氧消化。研究表明，在污泥厌氧消化过程中，温度发生±3℃变化时，就会抑制污泥消化速度；温度

发生±5℃变化时，就会突然停止产气，使有机酸发生大量积累而破坏厌氧消化。）。如污泥呈酸性，可人工加碱（如石灰石），调整pH 值6.5-7.5。维持消化温度，稳定一段时间（3-5d）后，污泥即可成熟。再投配新鲜污泥并转入正式运行。此法适用于小型消化池，因为对于大型消化池，使升温速度为1°C/h，需热量较大，锅炉供应不上。

（2）逐步培养法指向消化污泥池内逐步投入生泥，使生污泥自行逐渐转化为厌氧活性污泥的过程。该方法使活性污泥经历一个由好养向厌氧的转变过程，加入厌氧微生物的生长速率比好养微生物低很多，因此培养过程很慢，一般需历时6-10个月左右，才能完成甲烷菌的培养。

或者通过加热的方式加速污泥成熟；将每日产生的新鲜污泥投入消化池，待池内的污泥量为一定数量时，通入蒸汽，升温速度控制在1°c/h。当池内温度升到预定温度时，可减少蒸汽量，保持温度不变，并逐日投加一定数量的新鲜污泥，直至达到设计液面停止加泥，整个成熟过程一直持续恒温，成熟时间约30-40d。污泥成熟后，即可投配新鲜污泥并转入正式运行。

二.培菌注意事项

1.厌氧消化系统的处理对象是活性污泥，不存在毒性问题，但是厌氧消化繁殖速度太慢，为加快培养启动过程，除投入接种污泥以外，还应做好厌氧消化污泥的成熟。

2.厌氧消化污泥培养，初期生污泥投加量与接种污泥的数量及培

养时间有关，早期可按设计污泥量的30%-50%投加，到培养经历了60d 左右，可逐渐增加投泥量。若从监测结果发现消化不正常时，应减少投泥量。

3.厌氧消化系统处理城市污水处理厂的活性污泥，由于活性污泥中碳，氮，磷等营养是均衡的，能够适应厌氧微生物生长繁殖需要，因此，即使在厌氧消化污泥培养的初期也不需要和处理工业废水那样加入营养物质。

4.城市污水厂厌氧消化系统，产生沼气的时间较早，沼气量也较大。为防止发生爆炸事故，投泥前，应使用不活泼的气体（氮气）将输气管路系统的空气置换出去，以后在投泥；产生沼气后，在逐渐把氮气置换出去。

三.驯化

驯化的目的是选择适应实际水质情况的微生物，淘汰无用的微生物，对于厌氧生物处理工艺，是通过驯化使厌氧菌成为优势菌群。具体做法首先保持工艺的正常运转，然后严格控制工艺控制参数，DO 在厌氧池控制在0.1mg/l以下，外回流比50%-100%，内回流比200%-300%，并且，每天排除日产泥量30%-50%的剩余污泥。在此过程中，每天测试进出水水质指标，直到出水各指标达到设计要求。

影响因素

温度

在污泥厌氧消化过程中，温度对有机物负荷和产气量有明显影响。根据微生物对温度的适应性，可将污泥厌氧消化分为中温（一般30~36℃）厌氧消化和高温（一般50~55℃）厌氧消化。研究表明，在污泥厌氧消化过程中，温度发生±3℃变化时，就会抑制污泥消化速度；温度发生±5℃变化时，就会突然停止产气，使有机酸发生大量积累而破坏厌氧消化。

酸碱度

研究表明，污泥厌氧消化系统中，各种细菌在适应的酸碱度范围内，只允许在中性附近波动。微生物对pH的变化非常敏感。水解与发酵菌及产氢、产乙酸菌适应的pH范围为5.0~6.5，甲烷菌适应的pH范围为6.6~7.5。如果水解酸化和乙酸化过程的反应速度超过甲烷化过程速度，pH就会降低，从而影响产甲烷菌的生活环境，进而影响污泥厌氧消化效果，然而，由于消化液的缓冲作用，在一定范围内避免这种情况的发生。

消化液是污泥厌氧消化过程血红有机物分解而产生的，其中含有除了CO2和NH3外，还有以NH4NCO3形态的NH4+，HCO3-和H2CO3形成缓冲体系，平衡小范围的酸碱波动。如下：

H+ + HCO3- ═H2CO3

有毒物质浓度

在污泥厌氧消化中，每一种所谓有毒物质是具有促进还是抑制甲烷菌生长的作用，关键在于它们的毒阈浓度。低于毒阈浓度，对甲烷