第15章 厌氧生物处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十五章 厌氧生物处理,课程内容,1,、,厌氧生物处理基本原理,2,、,厌氧消化的影响因素与控制要求,3,、两级厌氧与两相厌氧处理,4,、,厌氧生物处理工艺与反应器,5,、,厌氧生物处理的运行管理,6,、,思考题,7,、,习题,人们有目的地利用厌氧生物处理法已有近百年的历史,传统的厌氧法不足：,（）水力停留时间长,（）有机负荷低等,（）在过去很长一段时间里，仅限于处理污水厂的污泥、粪便等，没有得到广泛采用。,（）在污水处理方面,几乎都是采用好氧处理,概 述,厌氧生物处理的特点,优点,:,1,、需要的能量少，产生,甲烷,是一种潜在的能源；,2,、产生的剩余生物,污泥较少,；,3,、,容积负荷较高,，可处理,高浓度、难降解,的有机废水；,4,、需要的,营养物较少,；,1,、处理过程的反应,复杂,，反应速度较,慢,，起动时间较,长,；,2,、对温度、,pH,等环境因素更为,敏感,；,3,、,出水水质较差,，需要进一步处理；,缺点,:,一般来说，对于废水中有机物浓度较低、温度较低、出水水质要求较高，并要求去除营养物的场合倾向于采用好氧生物处理技术。而对于,有机物浓度较高、温度较高的工业废水，厌氧处理可能更为经济。,随着对厌氧生物处理工艺的进一步了解，厌氧处理作为好氧处理的,预处理,手段已经成为目前较为广泛采用的一种方法。,概 述,厌氧生物处理的微生物,发酵细菌群（产酸细菌）,多为兼性厌氧或专性厌氧细菌，主要参与复杂有机物的水解，其主要功能是：,首先通过,胞外酶,的作用将,不溶性,有机物,水解成可溶性有机物,；,将,可溶性,有机物转化为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等,有机酸及乙醇、,CO,2,、,H,2,等。,研究表明，该类细菌对,有机物的水解比较缓慢，但产酸反应速率较快,。,概 述,厌氧生物处理的微生物,产氢产乙酸菌群,绝对厌氧或兼性厌氧细菌，可将前面步骤产生的,挥发性有机酸转化为乙酸、,H,2,/CO,2,。,概 述,厌氧生物处理的微生物,产甲烷细菌,产甲烷细菌是严格,专性厌氧细菌,，其生存环境要求绝对无氧；,产甲烷细菌属古细菌，一类可利用,乙酸转化,为甲烷和,CO2,，另一类利用,H2,还原,CO2,合成,甲烷；,对环境影响非常,敏感,，氧和氧化剂有毒害作用；,生长特别,缓慢,；,概 述,厌氧生物处理基本原理,厌氧消化三阶段理论,废水处理工艺中的厌氧微生物,厌氧消化机理和厌氧处理技术,2.1,厌氧消化机理,早期的厌氧生物处理研究都针对污泥消化,污泥消化,即在无氧条件下，由兼性厌氧细菌及专性厌氧细菌降解有机物使污泥得到稳定，其最终产物是二氧化碳和甲烷气（或称污泥气、消化气）等。所以也称为,污泥生物稳定过程,。,污泥的厌氧处理对象：固态有机物，所以称,消化。,对批量污泥静置考察，可以见到污泥的消化过程明显分为两个阶段。,液化阶段,固态,有机物先是,液化,；,最主要特征：液态污泥的,pH,迅速下降，不到,10d,即可降低到最低值。原因：污泥中的固态有机物主要是天然高分子化合物，如淀粉、纤维素、油脂、蛋白质等，在无氧环境中降解时，转化为有机酸、醇、醛、水分子等液态产物和,CO,2,、,H,2,、,NH,3,、,H,2,S,等气体分子，由于转化产物中的有机酸是主体，因此才会发生,pH,迅速下降的现象。所以，此阶段常被称为,“,酸化阶段,”,。,参与消化的细菌,产酸或酸化细菌,气化阶段,降解产物,气化,特征：产生,“,消化气,”,，主要成分是,CH,4,，因此气化阶段常被称为,“,甲烷化阶段,”,，产生的,CO,2,也相当多，还有微量,H,2,S,。,参与消化的细菌,甲烷菌,液化和气化阶段,整个过程历时半年以上,。,第一阶段,普通厌氧菌,碳水化合物、脂肪、蛋白质,消化,有机酸、乙醇、乙醛,第二阶段,绝对厌氧菌,甲烷,二氧化碳,消化,细胞合成,新细胞,酶,细胞合成,厌氧消化两阶段示意图,1979,年，,Bryant,根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，认为两阶段理论不够完善，提出了三阶段理论。该理论认为产甲烷菌不能利用除乙酸、,H,2,/CO,2,和甲醇等以外的有机酸和醇类，长链脂肪酸和醇类必须经过产氢产乙酸菌转化为乙酸、,H,2,和,CO,2,等后，才能被产甲烷菌利用。,第一阶段：,水解发酵阶段。在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌胞外酶的作用下，首先被分解成简单的有机物，继而这些简单的有机物在产酸菌的作用下经过厌氧发酵和氧化转化成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇类等。,参与这个阶段的水解发酵菌：,主要是专性厌氧菌和兼性厌氧菌。,第二阶段：,产氢产乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲烷、甲醇以外的第一阶段产生的中间产物转化成乙酸和氢，并有,CO,2,产生。,第三阶段：,产甲烷阶段。在该阶段中，产甲烷菌把第一阶段和第二阶段产生的乙酸、,H,2,和,CO,2,等转化为甲烷。,复杂有机物,有机酸,和醇类,H2/CO2,乙酸,甲烷,第一阶段,水解和发酵,第二阶段,产氢产乙酸,第三阶段,产甲烷,图,15-1,三阶段厌氧消化过程示意图,废水处理工艺中的厌氧微生物,在厌氧消化系统中微生物主要分为两大类：非产甲烷菌（,non-,menthanogens,）,和产甲烷细菌（,menthanogens,）。,表,15-1,产酸菌和产甲烷菌的特性参数,参数,产甲烷菌,产酸菌,对,pH,的敏感性,敏感，最佳,pH,为,6.87.2,不太敏感，最佳,pH,为,5.57.0,氧化还原电位,Eh,-350mv(,中温,),，,-560mv(,高温,),55,；,CO,2,38,；,H,2,2,；,H,2,S0.01,；,N,2,5,10,总碱度（,mg/L,）,2000,习题,1,、污泥比阻的概念？如何求定污泥的比阻？为什么要求污泥的比阻？,2,、污泥厌氧消化的机理？为什么产甲烷阶段是污泥厌氧消化的控制阶段？,3,、何谓二级消化与二相消化？,4,、论述污泥厌氧消化的影响因素，并说明在操作上应如何进行控制，以维持较好的消化进程。,5,、污泥分哪几类？测定污泥性能的指标是什么？,