12第十二章厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术
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概述
原理
ห้องสมุดไป่ตู้
主要构筑物及工艺
厌氧生物处理——概述
在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌 氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程， 称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、 城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。
（1）氧化还原电位（ORP或Eh） 厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。
厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。
一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电 位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外， 其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废 水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性 废水中的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升 高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化 过程的进行。
厌氧生物处理——原理
（2）温度 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之 一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有 机物的分解速率有关。
工程上： 中温消化温度为30~38℃（以33~35℃为多）； 高温消化温度为50~55℃。
厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于 ±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。
三、厌氧接触系统 普通消化池用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物 与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌； 同时为了提高处理效率，必须改间断进水排水为连续进水 排水。但这样一来，会造成厌氧污泥的大量流失。 为了克服这一缺点，可在消化池后串联一个沉淀池，将沉 淀下的污泥又送回消化池，因此组成了厌氧接触系统（图 9-4）。 污泥回流量约为进水流量的2~3倍。消化池内的MLVSS 为6~10g/L。
简述厌氧生物处理机理
简述厌氧生物处理机理
厌氧生物处理技术是利用厌氧生物将污染物去除，是一种环保友好的技术。
厌氧生物是不需要氧气作为能源及代谢物质，而是依靠由其他物质（如甲烷、硫化氢和硫酸根）构成的碳源来开展生物代谢反应的微生物群落。
厌氧生物处理技术能较高效地去掉污水中的污染物，因此深受广泛应用。
厌氧生物处理技术主要包括厌氧基本反应和厌氧生物处理步骤。
厌氧基本反应是指厌氧微生物能将高浓度的有机物质，如饱和醇、蛋白质等，通过氧化降解有机物转变为低强度的有机物或无机物，从而降低废水的污染强度；厌氧生物处理步骤包括厌氧发酵、缓冲、浓缩、脱水、有机物脱除及处理后水的处理。
首先，厌氧发酵罐中加入废水，在高温条件下发酵，缓慢进行微生物代谢，能有效去除废水中的污染物，从而减少废水中有害物质的浓度；其次，在反应液进行缓冲后，通过密度梯度分离技术能提高反应液的温度及湿度，使有机物的水溶性、悬浮性较低，从而有效降解有机物；最后，在过滤处理后的污水排放前，需经过最后净化环节，使废水中有害物质排放达到规定标准，以确保废水能有效进行深度处理。
总结起来，厌氧生物处理技术是近年来新兴的环保友好技术，是用厌氧生物及其代谢产物将污染物去除，有效地降解污水中的污染物，并使用缓冲、浓缩等技术来满足排放标准，有助于实现污水的有效处理，从而保护环境免受污染。
厌氧生物处理
（2）升流式厌氧污泥床(UASB) • 该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污 泥法的双重特点，作为能够将污水中的 污染物转化成再生清洁能源——沼气的 一项技术。对于不同含固量污水的适应 性也强，且其结构、运行操作维护管理 相对简单，造价也相对较低，技术已经 成熟，正日益受到污水处理业界的重视 ，得到广泛的欢迎和应用。
ABR反应器示意图
⑥厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR）
• AMBR工艺类似ABR工艺,在每个隔室里增加了机 械搅拌,通过周期性改变进出水的方向来保持大 量的污泥,使每个上流式污泥床保持一致。有实 验证明，AMBR处理工艺在15℃和20℃时处理脱 脂牛奶,水力停留时间4~12h,有机负荷为 1·0~3·0kgCOD/m3·d,在更高COD负荷,在15℃时 COD的去除率为59%;在20℃时,COD负荷为1·0~2·0 kg COD/m3·d COD的去除率为80~95%。
注：(a)EGSB; (b)IC; ©UFB 第三代反应器结构示意图
④ASBR反应器
• ASBR法的主要特征是以序批式间歇的方 式运行,通常由一个或几个ASBR反应器组 成.运行时,废水分批进入反应器,与其中的 厌氧颗粒污泥发生生化反应,直到净化后 的上清液排出,完成一个运行期。ASBR法 一个完整的运行操作周期按次序应分为四 个阶段:进水期、反应期、沉降期和排水 期,如下图所示：
五、现代厌氧反应器技术的发展方向
5.1 两相或多级厌氧处理技术
第三代厌氧反应器特点比较
• 厌氧反应器的处理效率主要决定于反应器所能保有的 微生物浓度及其生化反应速率,而传质条件对生化反应 速率起着重要的作用。针对这些因素，新一代的反应 器具有一些共同的特性: • 1)微生物均以颗粒污泥固定化的方式存在于反应器中, 单位容积达微生物持有量更高; • 2)能承受更高的水力负荷,具有较高的有机污染物净化 效能; • 3)具有较大的高径比,占地面积小,动力消耗小; • 4)颗粒污泥与有机物之间具有更好的传质,使反应器的 处理能力大大提高. • 他们也具有各自的特点，也有各自的不足，具体见下 表：
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物降解有机废水的生物处理技术。
厌氧生物处理的基本原理是在缺氧或无氧条件下，利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解，产生甲烷等气体和沼气，从而达到净化水质的目的。
首先，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物。
厌氧微生物是一类能在缺氧或无氧条件下生存和繁殖的微生物，它们能够利用有机废水中的有机物作为碳源进行代谢活动。
这些厌氧微生物主要包括厌氧菌、产甲烷菌等。
其次，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解。
在厌氧条件下，有机废水中的有机物经过厌氧微生物的作用，会被降解成简单的有机物、甲烷等气体和沼气。
这些产物对水质没有污染性，从而达到净化水质的目的。
最后，厌氧生物处理的基本原理是产生甲烷等气体和沼气。
在厌氧生物处理过程中，厌氧微生物降解有机废水中的有机物时，会产生大量的甲烷等气体和沼气。
这些气体可以被收集利用，既能减少污染物的排放，又能够转化成可再生能源，具有双重的环保和经
济效益。
总之，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解，产生甲烷等气体和沼气，从而达到净化水质的目的。
这种生物处理技术在污水处理和有机废水处理中具有重要的应用价值，对于改善环境质量、减少污染物排放、提高资源利用率具有重要意义。
厌氧生物处理技术基本原理
厌氧生物处理技术基本原理厌氧生物处理技术是一种利用厌氧菌降解有机废物的生物处理技术。
它通过在缺氧条件下，利用厌氧菌将有机物质降解成更简单的无害物质，从而实现废物的处理和资源化利用。
厌氧生物处理技术已经在污水处理、有机废物处理和生物能源生产中得到广泛应用。
该技术的基本原理是通过一系列生物化学反应来降解有机物质，最终将其转化为甲烷、二氧化碳、水和微生物体。
在厌氧条件下，厌氧菌会利用有机物质作为碳源，进行氧化还原反应，产生甲烷和二氧化碳，并释放能量维持自身的生长和代谢。
这个过程主要包括有机物质的水解、酸化、产氢、乙酸化和甲烷发酵等多个步骤。
首先，有机物质进入厌氧生物反应器后，会被一些特定的厌氧菌降解成简单的有机物质和无机物质。
在这个过程中，有机物质将被水解成糖类、脂肪酸、蛋白质等简单的有机物质。
随后，这些有机物质将被厌氧菌进行酸化反应，产生一些低分子量的有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸等。
接着，这些有机酸将被更特定的厌氧菌通过产氢和乙酸化反应转化成氢气、二氧化碳和乙醇等物质。
而进一步，这些产生的一系列简单有机物质将继续被其他特定的厌氧菌利用，通过甲烷发酵反应转化为甲烷和二氧化碳。
最终，这些有机物质将被完全转化成甲烷、二氧化碳、水和微生物体。
厌氧生物处理技术有一系列明显的优势。
首先，厌氧生物处理系统处理过程中不需要供氧，因此可以节省大量的能源，比传统的好氧生物处理技术更加节能环保。
另外，厌氧生物处理技术还可以处理高浓度有机废水和高固体废物，对废水处理和有机废物处理过程中的异味和噪声产生较小的影响。
此外，通过厌氧生物处理技术产生的甲烷可以作为一种可再生能源利用，并能够减少温室气体的排放。
然而，厌氧生物处理技术也存在一些挑战。
首先，厌氧生物处理技术的反应速率通常较慢，处理效率较低，需要较长的处理时间。
另外，厌氧生物处理技术的操作和维护成本较高，需要一定的专业知识和技术支持。
此外，在实际应用中，厌氧生物处理技术对于废物的适用范围和废物特性有一定的要求，不同种类的废物要求不同的处理条件和操作方式。
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物来降解有机废物的处理技术。
与好氧生物处理相比，厌氧生物处理在缺氧条件下进行，主要通过厌氧微生物的代谢作用来降解有机废物，产生沼气和有机肥料。
厌氧生物处理的基本原理如下：1. 有机物降解：在厌氧条件下，厌氧微生物通过产生酶类来降解有机废物。
这些酶类能够将复杂的有机物分解成较简单的有机酸和气体。
2. 酸化阶段：在有机物的降解过程中，产生的有机酸会进一步被厌氧微生物转化为挥发性脂肪酸（VFA）。
这个阶段被称为酸化阶段，其中主要产生乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸。
3. 产气阶段：在酸化阶段产生的挥发性脂肪酸会被厌氧微生物进一步代谢产生沼气。
这个阶段被称为产气阶段，其中主要产生甲烷和二氧化碳。
4. 沉淀阶段：随着有机物的降解和挥发性脂肪酸的生成，废水中产生的悬浮物和污泥会逐渐沉淀下来。
这个阶段被称为沉淀阶段，其中沉淀物主要是含有厌氧微生物的混合污泥。
5. 沼渣处理：在沉淀阶段产生的沼渣可以作为有机肥料来利用。
沼渣可以被用于农田的施肥，以提供植物所需的养分。
通过厌氧生物处理，有机废物得以有效降解，同时还能够产生沼气和有机肥料。
沼气是一种可再生能源，可以用于发电、取暖和煮饭等。
有机肥料则可以替代化学肥料，减少对环境的污染。
厌氧生物处理的应用范围广泛，包括农村的农业废弃物处理、城市污水处理、食品加工废弃物处理等。
然而，厌氧生物处理也有一些限制和挑战，如对温度和pH值的要求较高，处理过程中产生的气味等。
总的来说，厌氧生物处理是一种有效的有机废物处理技术，通过利用厌氧微生物的代谢作用来降解有机废物，并产生沼气和有机肥料。
在未来的发展中，厌氧生物处理有望成为一种重要的可持续发展解决方案，为环境保护和资源循环利用做出贡献。
污水的厌氧生物处理
污水的厌氧生物处理污水处理是现代城市运营的重要组成部分，其目的是保障社会公共卫生和保护环境。
污水处理的方法有很多种，其中之一就是厌氧生物处理。
本文将介绍厌氧生物处理的原理、工艺和应用。
一、厌氧生物处理的原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物在缺氧条件下将有机物转化为沼气和污泥的处理方式。
厌氧微生物是一种需氧物质分解的微生物，它们不需要氧气参与，在缺氧环境下能够利用有机物进行呼吸新陈代谢，产生沼气和污泥。
其原理是通过厌氧消化反应，利用厌氧微生物对污水中的有机物进行生物降解，并在消化过程中产生沼气和污泥。
二、厌氧生物处理的工艺1. 厌氧消化池：包括前处理池、消化池和后处理池三个部分，其中前处理池主要进行污水的初步处理，使污水pH值和有机物浓度等达到适宜的条件，消化池是微生物生长繁殖和代谢转化的主要区域，而后处理池则是沼气替换的主要区域。
2. UASB工艺：UASB是上升式厌氧消化池的缩写，主要是通过污水内的有机物质来维持微生物的生存及生长繁殖，在尽量减少经济投入和能耗而达到高效处理的目的。
3. IC工艺：IC 是内循环式厌氧消化池的缩写，是一种厌氧处理工艺，其原理是利用内循环技术，使污水循环流动，达到污水中有机物质和污泥高效接触的目的。
4. EGSB工艺：EGSB是加强型上升式厌氧消化池的缩写，主要是通过增强反应器内的混合能力，在尽可能短的停留时间内完成水质的提高，大幅度提升厌氧反应的效率。
三、厌氧生物处理的应用1. 适用于高浓度有机物的处理，针对一些污水处理过程中浓度较高的有机物或含重金属的废水，厌氧生物处理技术可以更加高效的完成处理过程。
2. 适用于新型的水源污染处理技术：随着人民生活水平的不断提高以及经济的不断发展，各种新型的水源污染日益增多，这些污染物由于种类多、浓度大、生化难度大，使得传统的水质处理方法显得单一、制约性大，而厌氧生物处理技术则在这种情况下有着很强的应用价值，可以处理一些难处理的污染物。
厌氧生物处理机理研究厌氧反应四个阶段
厌氧生物处理机理研究厌氧反应四个阶段一、概述厌氧生物处理技术在水处理行业中一直都受到环保工作者们的青睐，由于其具有良好的去除效果，更高的反应速率和对毒性物质更好的适应，更重要的是由于其相对好氧生物处理废水来说不需要为氧的传递提供大量的能耗，使得厌氧生物处理在水处理行业中应用十分广泛。
但由于总体反应式基于莫诺方程的厌氧处理受到低浓度废水Ks的限制，所以厌氧在处理低浓度废水方面没有太大的空间，可最近的一些报道和试验表明，厌氧如果提供合适的外部条件，在处理低浓度废水方面仍然有非常高的处理效果。
我们可以根据厌氧反应的原理加以动力学方程推导出厌氧生物处理低浓度废水尤其在处理生活污水方面的合适条件。
二、厌氧反应四个阶段一般来说，废水中复杂有机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解：（1）水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。
废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。
分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。
（2）酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。
（3）产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。
（4）产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。
这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。
再上述四个阶段中，有人认为第二个阶段和第三个阶段可以分为一个阶段，在这两个阶段的反应是在同一类细菌体类完成的。
前三个阶段的反应速度很快，如果用莫诺方程来模拟前三个阶段的反应速率的话，Ks（半速率常数）可以在50mg/l以下，μ可以达到5KgCOD/KgMLSS.d。
厌氧生物法
厌氧生物法厌氧生物法是一种利用厌氧微生物进行有机物降解的处理技术。
在这种技术中，厌氧微生物在缺氧的情况下，利用有机物进行代谢作用，将其转化为二氧化碳、水、甲烷等无害物质。
这种处理技术适用于处理含有高浓度有机物的废水、污泥等。
厌氧生物法的原理是利用厌氧微生物的代谢作用，将有机物转化为无害物质。
这种微生物需要在缺氧的环境下进行生长，因此在处理废水时需要控制氧气的供应。
在厌氧条件下，有机物会被分解成简单的有机物，然后被微生物利用进行代谢作用，最终转化为无害的无机物。
这种处理技术可以有效降解含有高浓度有机物的废水、污泥等，同时也可以减少氧气的消耗，降低处理成本。
厌氧生物法的应用范围很广，可以用于处理各种含有高浓度有机物的废水、污泥等。
比如，食品厂、制药厂等工业废水的处理，以及城市污水处理厂中的污泥处理等。
此外，厌氧生物法还可以用于处理有机质含量较高的土壤和垃圾等。
厌氧生物法的处理效果与操作条件密切相关。
在处理含有高浓度有机物的废水时，需要控制好处理系统中的厌氧微生物数量、氧气供应量、温度、pH值等参数。
如果这些参数不合适，就会影响处理效果，甚至可能导致处理系统崩溃。
因此，在进行厌氧生物法处理时，需要对操作条件进行严格控制。
厌氧生物法的优点在于处理成本低、处理效果好、对环境友好等。
与传统的物理化学处理技术相比，厌氧生物法可以在不需要大量化学药剂的情况下，有效处理含有高浓度有机物的废水和污泥。
此外，厌氧生物法还可以减少氧气的消耗，降低处理成本。
厌氧生物法的缺点在于操作条件较为严格，需要进行严格的控制。
此外，在处理废水时，可能会产生甲烷等温室气体，对环境造成一定的影响。
因此，在进行厌氧生物法处理时，需要注意环境保护和安全问题。
总之，厌氧生物法是一种利用厌氧微生物进行有机物降解的处理技术。
它适用于处理含有高浓度有机物的废水、污泥等，处理成本低、处理效果好、对环境友好等优点明显。
在进行厌氧生物法处理时，需要严格控制操作条件，注意环境保护和安全问题。
《厌氧生物处理》PPT课件 (2)讲解学习
铁呼吸
氧化还原电位
O2 H 2O NO3－ NO2－ N2 SO2-4 S2－ (HS－ 、H2S) S0 S2－
CO2、HCO3－ CH3COOCO2 、 HCO3－、 CH4
Fe3+ Fe2+
4、 厌氧生物处理原理 4.2 厌氧处理过程及微生物：
美国微生物学会采用Eh来厌氧和好氧过程: （1980年）：
CH3-COO-、 HCOO-、 CH3OH、 CH3-NH2-、 (CH3)2NH、(CH3)3-N、CO、 CO2、
(4)产甲烷菌的特殊酶系统：
CH3COOH
CO2
CH3OH
甲基辅酶 M 甲基还原酶（F420)
CH4
（5）氧化还原电位Eh： < -330 mv
（6）营养物质 氮源：利用氨态氮 生长因子：10种水溶性微生物 微量元素：Ni、Co、Fe
微生物氧化：
C5H7O2N + 5O2 → 5CO2- + 2H2O + NH3
113
160
O2/微生物 ＝ 160 / 113 = 1.42 （kg BODu /kg 微生物）
VCH4 ＝0.35（Q·Sr — 1.42ΔX）×10-3 (m3/d SPT)
甲烷氧化：
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
好氧： － 50～＋300mv 兼性厌氧：－420～＋300mv 专性厌氧：－420～－150mv
4.2 厌氧处理过程及微生物： 厌氧生物处理过程：
上世纪三十年代人们的认识：两阶段
4.2 厌氧处理过程及微生物： 厌氧生物处理过程：
上世纪七十年代人们的认识：三阶段
4.2 厌氧处理过程及微生物： 厌氧微生物：
《水处理技术及原理》第12章 -生物法水处理技术
12.4 活性污泥处理系统新工艺
12.4.1 氧化沟 2.氧化沟构造和流态
环形沟渠结构，水流流态循环混合式，介于推流式和完全混合式之间
3.氧化沟技术参数 （1）污泥负荷 0.07～0.4kgBOD5/kgMLSSd·d （2）容积负荷 0.28～2.4 kgBOD5/m3·d， （3）泥龄 5～30d， （4）产泥率 0.6～1.2kgss/kgBOD5 （5）MLSS 3000～6000mg/L （6） HRT 4～24h
重金属、硫化氢、有毒有机物
12.3 活性污泥法的运行方式 12.3.1 传统的活性污泥法(推流式)
1. 运行 水流一端进，另一端出，沿途曝气，推流前进。
2. 特点 ① 吸附→减速增长→内源呼吸 ② 处理效果好 ③ 不易污泥膨胀 ④ 供氧与需氧不平衡 ⑤ 耐冲击负荷能力差(尤其对有毒或高浓度工业废水)
污水→格栅→泵间→沉砂池→初沉池→活性污泥曝气池→二沉池→消毒
12.1活性污泥法的基本原理
12.1.2 活性污泥的形态，性质，与评价指标
1. 形态 多为黄褐色絮体，含水率超过99％
2. 组成 四部分组成 （1） Ma——活性污泥微生物；
细菌、真菌、原生动物、后生动物
（2） Me——活性污泥代谢产物；
1.活性污泥 污水通气一段时间后形成一种由大量微生物群体构成的易于沉淀的絮凝体。
2.命名 根据生物反应器中微生物存在状态(悬浮，附着)可将污水生物处理技术分为活性污泥
法(悬浮的有活性的生物絮体)和生物膜法(附着的生物膜) 及后来的复合式(悬浮，附着)生 物处理技术。 3.活性污泥法来源
河流自净→启示→人工强化 4.基本流程
1881-1914
1915-1960
早期发展阶段
厌氧生物处理
厌氧生物处理3.1基本概念3.1.1厌氧生物处理的基本原理一、厌氧生物处理的基本生物过程及其特征——又称厌氧消化、厌氧发酵；——实际上，是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。
1、厌氧生物处理工艺的发展简史：①上述的厌氧过程广泛地存在于自然界中；②人类第一次利用厌氧消化处理废弃物，是始于1881年——Louis Mouras的“自动净化器”；③随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如各种厌氧消化池等）；——长的HRT、低的处理效率、浓臭的气味等；④50、60年代，特别是70年代中后期，随着能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理；——HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率也大大提高；——厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、AAFEB、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；——HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。
⑤最近（90年代以后），随着UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了EGSB和IC反应器；——EGSB反应器可以在较低温度下处理低浓度的有机废水；——IC反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，可以达到更高的有机负荷。
2、厌氧消化过程的基本生物过程①两阶段理论：——30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；——水解和酸化，产物主要是脂肪酸、醇类、CO2和H2等；——主要参与微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；——其特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。
●第二阶段：产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；——产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；——主要参与微生物统称为产甲烷菌；——其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。
厌氧生物处理法
厌氧生物处理法废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术改革，过去，它在构筑物型式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点，较长时期限制了它在废水处理中的应用。
70年代以来，世界能源短缺日益突出，从节约和利用能源上考虑，废水厌氧处理技术受到重视，开发了各种新型处理工艺和设备，大大提高了厌氧反应器内活性污泥的持留量，使处理时间大大缩短，处理效率有了很多提高。
目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也可用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。
厌氧生物处理与好氧生物处理相比具有下列优点：（1）应用范围广。
好氧法因供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水的处理。
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。
（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，而且产生的沼气能量可以抵偿消耗能量。
（3）负荷高。
通常好氧法的有机容积负荷（BOD）为2～4Kg（m3·d），而厌氧法为2～10Kg（m3·d）。
（4）剩余污泥量少，且污泥浓缩、脱水性良好。
好氧法每去除1KgCOD将产生0.4～0.6Kg生物量，而厌氧法去除1KgCOD只产生0.02～0.1Kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％～20％.此外，消化污泥在卫生学上和化学上都是较稳定的，因此剩余污泥的处理和处置简单，运行费用低，甚至可作为肥料利用。
（5）氮、磷营养需要量较少。
好氧一般要求BOD：N：P 为100：5：1，而厌氧法要求的BOD：N：P为100：2.5：0.5，因此厌氧法对氮磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐较少。
（6）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。
（7）厌氧活性污泥可以长期储存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运行，在停止运行一段时间后，能较迅速启动。
污水处理技术中厌氧生物处理技术的基本原理
污水处理技术中厌氧生物处理技术的基本原理1.厌氧生物处理过程解说厌氧生物处理又称厌氧消化，是在厌氧条件下由多种微生物共同作用，使有机物分解生成CH4和CO2的过程。
这种过程广泛地存在于自然界中，直到1881年法国报道了Louis Mouras发明的自动净水器，人类才开始利用厌氧消化处理污水，至今已有一百余年了。
20世纪60年代前人们认为厌氧消化的过程为两个阶段。
第一阶段称发酵阶段或产酸阶段，在此阶段中，不溶性的复杂有机物先在微生物作用下得到水解，继而被转化为简单的有机物，如脂肪酸、醇类、CO2和H2等，这一阶段起作用的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌。
第二阶段称为产甲烷阶段，在此阶段中由产甲烷菌将第一阶段的产物转化为CH4和CO2。
人们在对厌氧消化过程及厌氧微生物的深入研究中发现，上述两个阶段学说并没有全面反映厌氧生物处理过程的全貌与本质。
研究表明，产甲烷菌能够利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类，在厌氧微生物方面的新发现基础上，1979年布利安特等提出了厌氧消化的三阶段理论（图2-1）。
图2-1 三阶段理论三阶段理论认为，厌氧消化过程是按以下步骤进行的。
第一阶段可称为水解发酵阶段，与两阶段理论相同，亦是在微生物的作用下复杂有机物进行水解和发酵的过程，多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等，蛋白质则先水解为氨基酸再经脱氨基酸作用产生脂肪酸和氨。
第二阶段称为产氢、产乙酸阶段，是由一类专门的细菌称之产氢、产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇转化为CH3COOH、H2和CO2。
第三阶段称为产甲烷阶段，由产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生甲烷（CH4）。
研究表明，厌氧生物处理过程中约有20％CH4来自乙酸的分解，其余少量则产自H2和CO2的合成。
至今三阶段理论已被公认，是对厌氧生物处理过程较全面和较正确的描述。
厌氧废水处理是将环境保护、能源回收与生态良性循环结合起来的综合系统的核心技术，是具有较好环境效益和经济效益的污水处理技术。
厌氧生物处理技术、教学内容
厌氧生物处理技术、废水的厌氧生物处理技术厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物的代谢特性分解有机污染物，在不需要提供外界能源的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体的水处理技术。
1厌氧生物处理的基本原理1.1两阶段理论在20世纪30-60年代，人们普遍认为厌氧消化过程可以简单地分为两个阶段，即两阶段理论。
第一阶段称为发酵阶段或产酸阶段或酸性发酵阶段，废水中的有机物在发酵细菌的作用下，发生水解和酸化反应，而被降解为以脂肪酸、醇类、CO2和H2等为主的产物。
第二阶段则被称为产甲烷阶段或碱性发酵阶段，所发生的反应时是产甲烷菌利用前一阶段的产物脂肪酸、醇类、CO2和H2等为基质，并最终将其转为CH4和CO2。
1.2三阶段理论三阶段理论认为，整个厌氧消化过程可以分为三个阶段，即水解、发酵阶段，产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
有机物首先通过发酵细菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等，接着通过产氢产乙酸菌的降解作用而被转化为CH4和CO2。
产氢产乙酸菌和产甲烷菌之间存在着互营共生的关系。
该理论将厌氧发酵微生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群。
1.3四阶段理论几乎与三阶段理论的提出同时，Zeikus提出了四菌群学说即四类群理论。
与三阶段理论相比，该理论增加了同型（耗氢）产乙酸菌群(HomoacetogenicBacteria),该菌群的代谢特点是能将H2/CO2合成为乙酸。
但是研究结果表明，这一部分乙酸的量较少，一般可以忽略不计。
目前为止，三阶段理论和四类群理论是对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。
2 厌氧生物处理的优缺点厌氧生物处理技术与好氧生物处理技术比较，有如下优缺点。
（1）厌氧法的主要优点：①应用范围较广：适用于处理污泥及有机废水；可处理好氧法难降解的有机物，也可处理含有毒有害物质较高的有机废水。
②运行成本与能耗较低：厌氧处理的污泥产率低；厌氧法所需营养成分较少，一般可不必投加营养分；厌氧法不需要供氧设备，因而能耗较少。
厌氧生物处理的原理和应用
厌氧生物处理的原理和应用1. 厌氧生物处理的原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物进行有机废水、污泥和有机固废的降解的处理技术。
其原理基于厌氧微生物的特性和代谢方式。
1.1 厌氧微生物特性厌氧微生物与需氧微生物相比具有以下特性：•对氧气不敏感：厌氧微生物生活在缺氧或微氧的环境中，对氧气不耐受。
这使得厌氧生物处理在无氧条件下进行，减少了能源消耗和反应器维护成本。
•较低生长速率：与需氧微生物相比，厌氧微生物的生长速率较慢。
这在一定程度上降低了处理过程中的污泥生成量。
•产生少量污泥：厌氧微生物的产生少量污泥是由于其在代谢过程中产生的有机物主要以气体形式产生，如甲烷气体。
•容忍性强：厌氧微生物对于某些抗生素、重金属离子和其他抑制因子较为容忍，使得厌氧生物处理对废水中的毒性物质具有很好的处理效果。
1.2 厌氧生物代谢方式厌氧微生物的代谢方式主要有以下几种：•酸化发酵：厌氧微生物通过酸化发酵作用将有机物转化为低分子有机酸和其他溶解物质，如乙酸、丙酸等。
这是厌氧生物处理中的第一步，为后续产甲烷菌提供底物。
•产甲烷：在酸化发酵的基础上，产甲烷菌将低分子有机物进一步转化为甲烷气体和二氧化碳。
甲烷气体作为一种可燃气体，可以用于能源回收或发电。
•同化作用：厌氧微生物通过同化作用将废水中的无机氮、磷等元素转化为细胞质和细胞内物质。
2. 厌氧生物处理的应用厌氧生物处理由于其特有的处理方式和优势，被广泛应用于以下领域：2.1 工业废水处理厌氧生物处理在工业废水处理中具有广泛的应用前景。
相比传统的好氧生物处理方法，厌氧生物处理更适用于含有高浓度有机物和毒性物质的废水。
厌氧处理可以降低废水处理过程中的能耗和化学品使用，并且可以产生可用的甲烷气体作为能源。
2.2 有机固废处理厌氧生物处理也可以用于有机固废的处理，如农业废弃物、城市垃圾等。
通过利用厌氧微生物降解有机物，可以将有机固废转化为有机肥料或甲烷气体，实现有机固废的资源化利用。
厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术
厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术好啦，今天咱们聊聊“厌氧生物学原理”这个话题，说实话一听这个名字很多人就想赶紧溜得远远的，感觉是个让脑袋转不过弯的东西。
可是，别急！咱们能不能简单点说？来来，跟我一起慢慢捋一捋，看看这背后的小秘密。
说到“厌氧”，那可真是一个特别的词。
要知道，它其实是跟我们平时生活中大多数东西都不大搭界的。
正常情况下，咱们这些有点常识的生物大多是“好氧”的，什么是“好氧”？就是咱们需要氧气才能活得滋润，怎么呼吸、怎么吃饭，最后也得靠氧气来帮忙搞定能量。
而“厌氧”呢？它跟氧气的关系就像是大部分人跟工作时间的关系——尽量不接触。
它可以在没有氧气的情况下存活、繁殖，甚至还可以帮助我们完成一些复杂的任务，像是分解污水、处理垃圾这种事。
这就引出个问题了，怎么把这些厌氧生物给请出来让它们帮忙工作呢？厌氧生物其实就是一些生活在没有氧气环境中的微生物，它们最喜欢的“环境”就是那种黑漆漆、氧气完全不见踪影的地方。
你要是把它们放到空气充盈的地方，估计它们活不长。
而这些小生物的工作，基本上是帮我们把那些废物、污水里不太好处理的有机物分解掉，反正就是大多数看不见、摸不着的东西，在它们那儿都能变得无害。
再说回“厌氧生物处理技术”吧。
我们知道，咱们的地球不总是那么干净，尤其是水里，污水、废水、垃圾啥的，啥都有。
用传统的水处理方法要么太慢，要么不彻底。
你想象一下，如果所有的污水处理都得靠化学药剂来搞定，化学反应过后，那些药剂和污物反应过后的副产品又成了新一轮的污染，简直就是一环套一环。
所以，厌氧生物处理技术就来了，它既能高效地去除废水中的有机物，还不会对环境造成二次污染，简直是环保界的“救星”。
具体怎么操作呢？这就不得不提厌氧生物的工作方式了。
它们在没有氧气的环境下，开始吃掉那些大分子有机物。
吃了这些东西之后，它们通过一系列的代谢过程，将这些有机物转化成甲烷、二氧化碳等物质。
你看，它们就像是勤劳的小工蜂，不停地将废水中的有机物转化成能量，顺便清理了周围的“脏东西”。
12废水的厌氧处理
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2
厌氧生化法的特点：
（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。
（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。
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几种脱气方法:L
(a)真空脱气，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；
(b)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合 液进行急速冷却。
• 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。
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12．3．1普通厌氧消化池
• 普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)。
• 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
• 由反应区(reaction region) 、沉淀 区(settling region)和气室(gas collection dome)三部分组成。
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UASB反应器示意图
三相 分离器
沼气
沉淀区
气室
出水
悬浮 污泥层
颗粒污泥层
进水
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排出，所产沼气从顶部排出。L
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3. 温度条件
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。 （1）常温消化（10～30 ℃） （2）中温消化（30～40 ℃ ） （3）高温厌氧消化（50～60 ℃ ）
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温度对厌氧消化过程的影响
有机物负荷 (g/L.d） 产气量（L/L.d）
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有机负荷
第四节 厌氧生物处理工艺学
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。 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。
16
11
三、 产甲烷细菌的形态特征
分为杆状、球状、螺旋状和八叠球状四类。 产甲烷细菌均不形成芽孢，革兰氏染色不定，有
的具有鞭毛。
12
四、产甲烷细菌的营养特征
不同的产甲烷细菌生长过程中所需碳源是不一样的。在纯 培养条件下，几乎所有的产甲烷细节都能利用H2和CO2 生产甲烷。在厌氧生物处理中，绝大多数产甲烷细菌都能 利用甲醇、甲胺、乙酸，所以在厌氧生物处理反应设备中 最为常见。
4
产气量
6
3
4
2
2
1
0
0
25 30 35 H值
❖ 每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸 细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的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。
❖ 在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，
4
一、非产甲烷细菌的分类
发酵细菌群 产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群
5
二、产酸发酵代谢产物的NADH/NAD+调节
非产甲烷细菌中缺乏电子传递体系，因而发酵过程中通过 脱氢作用所产生的“多余”电子，必须通过其他途径得以 “释放”，才能保证代谢过程的正常进行。
碳水化合物经EMP途径产生的NADH+H+，一般可通过 与一定比例的丙酸、丁酸、乙醇及乳酸等发酵相偶联而得 以氧化为NAD+，从而保证NADH+H+平衡。
遇氧后会受到抑制，失去活性，要求的氧化还原电位很低， 只有在 -330mV以下才能生长。 培养基中添加还原剂，如Na2S、半胱氨酸。 密封的培养容器气相中也要求无氧，可以向容器里充H2和 CO2比例为70:30。
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2. 分离产甲烷细菌的基本要点 在完全无氧的条件下制备培养基 往培养基里加还原剂——树脂天青 在无氧条件下分装试管 滚管
6
三、最佳发酵产物的选择和控制
Pipyn等从回收能量的角度认为，最适发酵产物宜选择乳 酸、乙醇。
任南琪等认为乳酸在进行产氢产乙酸过程中易形成丙酸副 产物，常可导致丙酸积累。选择以丁酸、乙醇和乙酸为最 适发酵产物更为适宜。
7
第二节 产甲烷细菌
产甲烷细菌利用有机或无机物作为底物，在厌氧条件下转 化形成甲烷。
产甲烷细菌属于古生菌。可利用H2还原CO2合成CH4，亦 可利用一碳有机化合物和乙酸为底物。
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一、产甲烷细菌的生理特征
产甲烷细菌是严格专性厌氧菌 产甲烷细菌生长特别缓慢 产甲烷细菌对环境影响非常敏感 产甲烷细菌属于古细菌 产甲烷细菌分离培养比较困难
9
二、产甲烷细菌的分离
1. 分离产甲烷细菌应具备的条件 严格厌氧条件是分离产甲烷细菌的决定性因素。产甲烷细菌
产甲烷细菌在生活中需要某些维生素和微量元素。
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第三节 厌氧生物处理微生物生态学
一、非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系
1. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物 2. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位 3. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4. 产甲烷细菌为非产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制 5. 非产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值
第十二章 厌氧生物学原理及厌 氧生物处理技术
1
厌氧生物处理是利用厌氧微生物达到废水、污泥 处理及获得沼气过程的统称。
厌氧生物处理过程是一个连续的微生物学过程， 根据所含微生物的种属及其反应特征，可分为四 个主要阶段。参与厌氧消化的微生物类群总体上 可分为两大类：非产甲烷菌和产甲烷菌。
2
厌氧处理的基本原理
第四节 厌氧生物处理工艺学
一、厌氧生物处理工艺条件及其控制 1. 严格厌氧条件 厌氧是最关键的条件，必须修建严格密闭的构筑物，
才能保证沼气发酵正常进行。 2. 发酵原料条件 1）原料的C:N值 2）原料预先堆沤 3）原料的干物浓度
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3. 温度条件
各类微生物适宜的温度范围是不同的， 一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。 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。
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。
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相对活性（％）
100
80
60
40
20
0
4
5
6
7
8
9
pH 值
pH值对产甲烷菌活性的影响
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5. 搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触，
加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵 池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活 跃状态，以提高发酵池的负荷。
14
二、产甲烷细菌的生态
1. 产甲烷细菌的分布 产甲烷细菌在自然界的分布极为广泛，在与氧气
隔绝，且无硫酸盐的环境中都可能有产甲烷细菌 的存在。 2. 产甲烷细菌在厌氧反应器中的数量 厌氧反应器中，产甲烷细菌的数量可用MPN法测 定，通过测定试管中有无甲烷存在，作为计数的 数量指标。一般认为，产甲烷细菌的数量与甲烷 产量成正比关系。 3. 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替 15
有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1)发酵性细菌 (2)产氢产乙酸细菌 (3)同型产乙酸菌 (4)利用H2和CO2产甲烷菌（30% ） (5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）
产甲烷化学过程
4H2+C02→CH4＋2H20 CH3C00H→CH4+C02
3
第一节 非产甲烷细菌
非产甲烷细菌常称为产酸菌，它们能将有机底物 通过发酵作用产生挥发性有机酸和醇，往往使处 理构筑物中混合液的pH值保持在较低的水平。