废水的厌氧处理基本原理和技术

5. 厌氧微生物可对好氧微生物所不能降 6. 解的一些有机物进行降解（或部分降
解）。
7. 6. 处理过程的反应较复杂。
二、厌氧消化微生物
（一） 发酵细菌（产酸细菌) 1. 酸弧菌属、真细菌属和双歧杆菌属。
性厌氧菌。 2.功能 通过胞外酶将不溶性有机物水 解成可溶性有机物，再将可溶性的大分 子有机物转化成脂肪酸、醇类等。
厌氧分解过程
图3-1 有机物的厌氧分解过程
图3-2 厌氧生物处理的四阶段理论 （1967年，Bryant)
有机物质
Ⅰ 发酵细菌
长链脂肪酸、醇类
Ⅱ 产氢产乙酸细菌
乙酸
H2/CO2
Ⅲ 产甲烷细菌
CH4
图3-3 厌氧生物处理的三阶段理论（1979年）
第一阶段：水解发酵阶段
水解
糖酵解
多糖
单糖
乙醇和脂肪酸
（四）产甲烷细菌为不产甲烷细菌的生
化反应解除反馈抑制。
（五）不产甲烷细菌和产甲烷细菌共同
维持环境中适宜的pH值。 总之，在厌氧生物处理反应器中，不 产甲烷菌和产甲烷菌相互依赖，互为对 方创造与维持生命活动所需要的良好环 境和条件，但又互相制约。
六、厌氧生物处理的影响因素
（一）温度
高温消化（55 ℃左右）的反应速率为 中温消化（35 ℃左右）的1.5～1.9倍，产 气率较高，但甲烷含量较低。
是不可皂化的。 （2）细胞壁成分独特而多样 不含胞壁酸、
D型氨基酸和二氨基庚二酸 （3）核糖体的16SrRNA 其核苷酸顺序独特， 不同于真细菌和真核生物。 （4) tRNA成分 顺序独特，不存在T
(5)蛋白质合成的起始密码 始于甲硫氨酸 与真核生物相同。
（6）对抗生素等的敏感性 对青霉素、 头孢霉素、D-环丝氨酸和氯霉素不敏 感，而对白喉毒素十分敏感。
（7）生态条件独特 严格厌氧菌：产甲烷菌 极端嗜盐菌 嗜热嗜酸菌
五、厌氧生物处理微生物群体 间的关系
（一） 不产甲烷细菌（包括发酵细菌和产 氢产乙酸细菌）为产甲烷细菌提供 生长和产甲烷所需要的基质。
（二）不产甲烷细菌为产甲烷细菌创造适宜 的氧化还原条件。
（三）不产甲烷细菌为产甲烷细菌清除有毒 物质。
废水的厌氧处理基本原 理和技术
第一节 厌氧生物处理的基本原理 第二节 厌氧消化池 第三节 厌氧接触法 第四节 升流式厌氧污泥层反应器
第一节 厌氧生物处理的基本原理
一、厌氧生物处理过程及其特征
厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌 氧条件下由多种微生物的共同作用，使有机物 分解并生成CH4和CO2的过程。
不产甲烷菌: +100 ~ --100mV 产甲烷菌: --150 ~ --400mV
(四）营养
对C、N等营养物质的要求略低于好氧 微生物。但由于不能合成某些必要的维 生素或氨基酸，故需补充钾、钠、钙等 金属盐类，以及镍、铝、钴和钼等微量 金属。
（五）有机物负荷
以向每立方米消化池中，在1日内可 投加的有机物量或BOD量来表示（kg／ （m3.d)
四、产甲烷菌－古细菌与 三原界系统
在对各大类生物的16SrRNA核苷酸顺序的同 源性测定的基础上，R. H. Whittaker 和 L. Marhulቤተ መጻሕፍቲ ባይዱs提出了三原界学说（图3－4）
产甲烷菌在分类学上属于古细菌 （Archaebacteria)
与真细菌相比，古细菌有特点： （1）细胞膜的类脂结构 古细菌所含的类
丁酸：CH3CH2CH2COOH + 2H2O
2CH3COOH + 2H2
(三）产甲烷细菌
最常见的是：产甲烷杆菌、产甲烷球菌、产
甲烷八叠球菌、产甲烷螺菌和产甲烷丝
菌等。
产甲烷菌都是绝对厌氧菌,在分类学上属于古细菌。 可分为两类：
（1）利用乙酸产生甲烷
CH3COOH
CH4 + CO2
(2) 利用H2和CO2合成CH4
新型反应器处理废水的厌氧消化反 应在常温（20～25 ℃ ）下进行。
（二）pH值 产甲烷菌的最适pH值范围为6.8～7.2
厌氧发酵体系中的pH值除受进水 pH的影响外，还取决于代谢过程中自 然建立的缓冲平衡。
（三）氧化还原电位
严格的厌氧环境是产甲烷菌进行 正常活动的 基本条件，用氧化还原电 位来表示反应器的含氧浓度。
水解
脱氨基
蛋白质
氨基酸
脂肪酸和氨
第二阶段：产氢、产乙酸阶段，由产氢产乙酸
细菌将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为
乙酸、H2和CO2。 第三阶段：产甲烷阶段，由产甲烷细菌利用乙
酸、H2和CO2，产生甲烷。
厌氧生物处理的主要特征：
1. 能量需求大大降低，还可产生能量。 不需供氧，相反却能生产出沼气。 2. 污泥产量极低。 厌氧微生物的增殖 3. 速率比好氧微生物低得多。 3. 对温度、pH等环境因素更为敏感。高 4. 温厌氧菌和中温厌氧菌的适宜温度范 围分别为55 ℃和35 ℃左右。 4.处理后废水有机物浓度高于好氧处理。
4H2 + CO2
CH4 + 2H2O
三、厌氧微生物的培养
上世纪60年代末Hungate 开创了绝对厌氧微生物 的培养技术。
(一）Hungate 滚管法 （二）充氮厌氧培养袋法
原理利用NaBH4或 KBH4与水反应生成氢气， 在催化剂钯的作用下，H2与袋内的O2生成水。 （三）焦性没食子酸去氧法 在碱性溶液中。 （四）厌氧罐培养法 (五） 倒扣平板法
（二）产氢产乙酸细菌
1.属别 包括互营单胞菌属、互营杆菌属、
梭菌属和暗杆菌属。
为绝对厌氧菌或是兼性厌氧菌。
2.功能 把各种挥发性脂肪酸降解为乙酸
H2，反应如下：
乙醇：CH3CH2OH + H2O
CH3COOH + 2H2
丙酸：CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + 3H2 +CO2
（六）有毒物质
有毒物质会对厌氧微生物产生不同程 度的抑制，使厌氧消化过程受到影响甚至 遭到破坏。
抑制性物质：硫化物、氨氮、重金属、 氰化物以及某些人工合成的有机物。
厌氧微生物可降解蒽醌类燃料、偶氮燃 料、含氯的有机杀虫剂等在好氧条件下难 以降解的合成有机物。
2－氯丙醇、1－氯丙烷、2－氯丙烷、 丙烯醛和甲醛等对厌氧微生物有毒害作用。
七、厌氧生物处理与好氧生物 处理的区别
（一）起分解作用的微生物类群不同。 （二）好氧处理有机物所需时间比用厌 氧法处理短的多，没有臭气产生。 （三）厌氧生物处理对环境要求与好氧 生物处理不同。 （四）厌氧法的降解较不彻底，放热少， 反应速度低，处理的有机物负荷低。