专性厌氧菌

醛酸(葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸)等。 半纤维素 半纤H维2O素酶多缩糖类 多H缩2糖O酶单糖 糖醛酸
乙酸、丁酸、 甲酸、乙醇、 H2、CO2等
环境生物化学
8.1 造纸废水微生物治理中的 生物化学
③木素的降解：木素是一类由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接成的复 杂无定型高聚物。有关厌氧降解木质素的微生物的研究不多，然而已 分离到两种类型的能分解芳香族化合物的细菌一类是能运动的革兰氏 阴性杆菌，与利用氢的细菌协作可完成降解，其产物是甲酸、乙酸、 二氧化碳和氢。另一类不要求利用氢的细菌的协作，单独降解环状化 合物的革兰氏阴性无芽苞的杆状厌氧菌。 植物纤维原料中含有的三大组分是纤维素、半纤维素和木素。木 素降解物是制浆废液中最重要的成分，含有高浓度木素的废水难以在 厌氧处理中达到很高的去除率。半纤维素制浆过程中半纤维素以单糖 或低聚糖形式进入废水中。原料中的少量纤维素在制桨中也会以葡萄 糖及其寡聚物形式进入废水中，纤维素、半纤维素的降解产物也会形 成有机酸。它们在厌氧处理过程中是易于降解的。
8.1 造纸废水微生物治理中的 生物化学
造纸工业废水包括：
蒸煮废液
制浆蒸煮过程中产生的超高浓度废液，包括碱法 制浆的黑液和酸法制浆的红液。我国目前大部分
造纸厂所排放的黑液是制浆过程中污染物浓度最
高、色度最深的废水，呈棕黑色，几乎集中了制
浆造纸过程90％的污染物 。
制浆中段废水
是经黑液提取后的蒸煮浆料在洗涤、筛选、漂白 以及打浆中所排出的废水。这部分废水水量较大 ，含有较多的木质素、纤维素等降解产物、有机 酸等有机物，以可溶性COD为主。
经酵解，一个分子葡萄糖可氧化分解产生2个分子丙酮酸。丙酮酸 在厌氧条件下可以被厌氧微生物转化形成许多种代谢产物，由于无氧条 件，这些中间产物不能进一步气化成CO2和水而在环境中积累。这种生 物学过程，就是人们常说的发酵，如：
乙醇发酵
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乳酸发酵
除此之外，丙酮酸还能发酵成乙酸、丙酸等。 发酵阶段反应式： C6H12O6 + 2H2O + 2NAD+ → 2CH3COO- + 2H2 + 2CO2(aq) + 2NADH + 4H+ C6H12O6 + 2NADH + 2H+ → 2CH3CH2COO- + 2H2O + 2NAD+ + 2H+ C6H12O6 + 2NADH + 2H+ → 2CH3CH2OH + 2H2 + 2CO2(aq) + 2NAD+
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③产乙酸阶段
上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质 a.产氢产乙酸过程
CH3CH2COO- + 2H2O → CH3COO- + 3H2 + CO2(aq) CH3CH2CH2COO- + 2H2O → 2CH3COO- + 2H2 + H+
的处理技术。
厌氧处理
复杂有机物
简单、稳定的化合物 + 能量
大部分能量以 甲烷形式出现
石灰草浆蒸煮废液、石灰法稻草浆浓废液、碱法制浆废水等
都具有pH高、COD、色度高而BOD5/CODCr较低等特点，所以直 接好氧生化困难很多，厌氧法则较有前途。目前一大批高效的厌
氧生物处理工艺和设备相继出现，包括有厌氧生物滤池、上流式 厌氧滤池、升流式厌氧污泥床 (UASB)、厌氧流化床(AFB)、厌氧 附着膜膨胀床(AAFEB)以及厌氧浮动生物膜反应器(AFBBR)和厌 氧折流板反应器(ABR)等。
大约一半嗜氢甲烷菌也能利用甲酸，这个过程可以直接进行：
4HCOO- + 4H+ → CH4 + 3CO2 + 2H2O 甲醇的降解在自然界的生态系统中并非十分重要，但在厌氧处理含 甲醇废水时它的作用相当重要。4CH3OH → 3CH4 + CO2 + 2H2O
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其他有机物厌氧降解途径
①果胶的厌氧降解：果胶是一种由1，4β键连接的并在羧基部分不同程度 地甲氧基化的半乳糖醛多聚体
原果胶+H2O→可溶性果胶+多缩戊糖 可溶性果胶+H2O→果胶酸+甲醇 果胶酸+H2O → 半乳糖醛酸
②木质纤维素的厌氧降解 ：木质纤维素也称半纤维素。半纤维素的构成
为多缩戊糖(木糖和阿拉伯糖)、多缩己糖(半乳糖、甘露糖)以及多缩糖
这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、 二氧化碳和新的细胞物质。
在厌氧消化过程中，70%以上的甲烷来自乙酸的降解：CH3COO+ H+ → CH4 + CO2；另一类产甲烷的微生物是能由氢气和二氧化碳形 成甲烷的细菌(可称作嗜氢甲烷菌)。在反应器正常条件下，它们形成 占总量30％的甲烷：4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
CH3CH2OH + H2O → CH3COO- + 2H2 + H+ b.同型产乙酸过程
有一类产乙酸菌能使用氢作为电子供体将二氧化碳还原为乙酸，此即 同型产乙酸过程。
2CO2(aq) + 4H2 → CH3COO- + 2H2O + H+
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④产甲烷阶段
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厌氧微生物种类
对制浆造纸废水降解的厌氧微生物主要是细菌，分为产酸细菌和甲烷
细菌二大类。
产酸细菌
专性厌氧菌 ：梭状芽孢菌属、拟杆菌属、双岐杆菌属等， 对有机物降解起主要作用
兼性厌氧菌：主要为严格厌氧细菌创造有利于生长的厌 氧条件，包括假单孢菌属、芽孢杆菌属、链状菌属、黄杆 菌属产碱菌属、埃希氏菌属和产气杆菌属等
更简单的化合物
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分泌到细 胞外
这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸(简写作VFA)、乳酸、二氧 化碳、氢气、氨、硫化氢等。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。
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以葡萄糖酵解为例：
C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi →2CH3COCOOH + 2NADH + 2H+ + 2ATP+ 2H2O
甲烷细菌 ：是产甲烷阶段的主要细菌，种类不同，有多种形态，在 生理上具有非常相似的高度专一性
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厌氧微生物处理机理 (四个阶段 )
①水解阶段
有机物 细菌胞外酶
小分子化合物
能够溶解于水并 透过细胞膜为细
菌所利用
②发酵(或酸化)阶段
发酵细菌
小分子化合物
钞纸废水
又称白水，是在纸的抄造过程中产生，主要含 有细小纤维和抄纸时添加的填料、胶料和化学 品等，这部分废水的水量较大，污染物负荷低 ，以不溶性COD为主，易于处理。
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造纸废水微生物处理中的生物化学法原理
(1)厌氧微生物处理中的生物化学法原理
利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物