第1516讲厌氧生物处理

丁酸： CH3CH2CH2COOH 2H2O 2CH3COOH 2H2
主要的产氢产乙酸细菌多为：互营单胞菌属、互营杆菌属、 梭菌属、暗杆菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
3、产甲烷菌
产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物— —乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消 化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营 养型和H2营养型产甲烷菌，或称为嗜乙酸产甲烷 细菌和嗜氢产甲烷细菌；
(3)反应过程较为复杂——厌氧消化是由多种不同性质、 不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物过程；
厌氧生物处理技术是我国水污染控制的重 要手段
我国高浓度有机工业废水排放量巨大，这些废水浓度高、多含有 大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物；我国当前
的水体污染物还主要是有机污染物以及营养元素N、P的污染；目
(3)负荷高 通常好氧法的有机容积负荷为2~4kgBOD/m3.d， 而厌氧法为2～10kg COD/m3.d，高的可达50kgCOD／ 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 1kg COD将产生0.4~0.6 kg生物量，而厌氧法去除1kg COD只产生0.02~0.1kg 生物量，其剩余污泥量只有好氧法 的5％~20％。
(5)氮、磷营养需要量较少 好氧法一般要求BOD：N：P为 100：5：1，而厌氧法的BOD：N：P为100：2.5：0.5， 对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。
缺点：
(1)厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理时 间比好氧设备长。
(2)处理后的出水水质差，往往需进一步处理才能达标 排放。
四、 营养
厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生 物，其要求COD：N：P = 200：5：1；多数厌氧 菌不具有合成某些必要的维生素或氨基酸的功能，所 以有时需要投加： ①K、Na、Ca等金属盐类； ②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等； ③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
五、 有毒物质
（1）、厌氧消化的基本原理 （2）、厌氧消化的条件与影响因素 温度 污泥投配率 营养与碳氮比 搅拌 PH 有毒物质含量
（3）厌氧消化的工艺
1、消化池的分类：
传统消化池和高速消化池。
1) 传统消化池：
传统消化池又称为低速消化池，在池内没有设置加 热和搅拌装置，所以有分层现象，一般分为浮渣层、 上清液层、活性层、熟污泥层等，其中只有在活性 层中才有有效的厌氧反应过程在进行，因此在传统 消化池中只有部分容积有效；传统消化池的最大特
⑧ 4CH 3OH H 2 CH 4 H 2O
产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：①产甲烷杆菌； ②产甲烷球菌；③产甲烷八叠球菌；④产甲烷丝菌；等 等。
产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在150-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用； 产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达46 天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步 骤。
2、产氢产乙酸菌
产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧 化分解为乙酸和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在 厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于共生互营关系。
主要的产氢产乙酸反应有：
乙醇：
CH 3CH 2OH H 2O CH 3COOH 2H 2
丙酸：
CH3CH 2COOH 2H 2O CH3COOH 3H 2 CO2
点就是消化反应速率很低，HRT很长，一般为30~90
天。
2) 高速消化池
与传统消化池不同的是，在高速消化池中设 有加热和/或搅拌装置，因此缩短了有机物 稳定所需的时间，也提高了沼气产量，在中
温（30~35C）条件下，其HRT可以为15天左
右，运行效果稳定；但搅拌使高速消化池内 的污泥得不到浓缩，上清液与熟污泥不易分 离。
1、发酵细菌（产酸细菌）：
发酵产酸细菌的主要功能有两种：① 水解——在胞外 酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性有机物；② 酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类 等；
大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；可以按功能 来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、 蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。
一、 温度条件
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。
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（35～38 ℃ ） （3）高温厌氧消化（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。
1875年，俄国学者Popoff也发现沼气发酵是由微生物所引 起的。
1901年，荷兰的N.L.Soehngen (DELFT)对产甲烷菌的形态 特性及其转化作用提出了一个比较清楚的概念，观察到低 级脂肪酸可转化为甲烷和二氧化碳，氢和二氧化碳发酵可 形成甲烷。
1902年，Maze获得了一种产甲烷的微球菌，后命名为马 氏甲烷球菌。
厌氧消化池的特点是:
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
前的形势是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也 越来越高；厌氧工艺的突出优点是： ① 能将有机污染物转变成沼气并加以利用； ② 运行能耗低； ③ 有机负荷高，占地面积少； ④ 污泥产量少，剩余污泥处理费用低等等；
影响废水厌氧生物处理的环境因素
（1）温度 （2）pH （3）氧化还原电位 （4）营养物质与微量元素 （5）有毒物质
业废水(一般B005≥2 000mg/L) 、城镇
污水的污泥、动植物残体及粪便等。
5% 10%
13% H2 CO2
复杂有机化合物
20%
（碳水化合物、蛋白质、类脂类）
水解
简单有机化合物
35%
（糖、氨基酸、肽）
产酸
长链脂肪酸 （丙酸、丁酸等）
17% 乙酸
28%
CH4 CO2
72%
图19-1 产甲烷的串联代谢（McCarty和Smith,1986）
螺旋浆搅拌的消化池
3) 两级串联消化池
两级串联，第一级采用高速消化池，第二级 则采用不设搅拌和加热的传统消化池，主要 起沉淀浓缩和贮存熟污泥的作用，并分离和 排出上清液；二者的体积的比值可采用1 : 1~4 : 1，一般为2 : 1。
2、消化池的构造
消化池一般由池顶、池底和池体三部分组成； 消化池的池顶有两种形式，即固定盖和浮动 盖，池顶一般还兼做集气罩，可以收集消化 过程中所产生的沼气；消化池的池底一般为 倒圆锥形，有利于排放熟污泥。
兼性厌氧微生物
兼性厌氧生物是可以在有氧的环境中，利用 当中的氧气进行有氧呼吸。但当在没有氧气 的环境下，它们部分会进行发酵，而部分则 进行无氧呼吸。
2.厌氧生物处理过程发展简史
1776年，意大利物理学家Volta认为甲烷气体产生与湖泊沉 积物中植物体的腐烂有关。
1868年，Becbamp首次指出甲烷形成过程是一种微生物学 过程。
第六章 废水厌氧生物处理技术
概述 生物学原理 工艺流程
6.1 废水厌氧生物处理的微生物学与生化反应原理
厌氧微生物的种类
专性厌氧微生物
当暴露于有氧气的环境之下，有些厌氧生物会死亡。这 种生物称为“专性厌氧生物”，它们是以发酵或无氧呼 吸生存。在有氧的环境下，专性厌氧生物会出现缺乏超 氧化物歧化酶及过氧化氢酶的情况，这些酶是可以帮助 移走在专性厌氧生物细胞内的致命的超氧化物。
二、 pH值
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，pH6.6～7.4较为适宜。
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，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。
③
4HCOO 2H CH 4 CO2 2HC3
④ 4CO 2H 2O CH 4 3CO2
⑤
4CH 3OH 3CH 4 HCO3 H H 2O
⑥
4(CH3 )3
NH
4

9H 2O
9CH 4
3HCO3
3H
4
NH
4
⑦
2(CH3 )3 S 3H 2O 3CH 4 HCO3 H 2H 2S
6.2 厌氧生物处理工艺的特点与影响因素
废水厌氧生物处理的优点：
(1)应用范围广 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，而厌氧法不需要氧，而且产生的沼气可作为 能源。
物的分离培养转化提供了一种有效的方法，为以后对甲 烷菌的研究创造了条件。
厌氧生物处理——生物学原理
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。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工
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
三、 氧化还原电位
严格的厌氧环境是产甲烷菌进行正常生理活动的基 本条件；非产甲烷菌可以在氧化还原电位为 +100~ -100mv的环境正常生长和活动；产甲烷 菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培 养产甲烷菌的初期，氧化还原电位不能高于330mv；