水污染控制工程1

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1、第十五章厌氧生物处理一、概述1.基本原理1)概念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。2)发展简史厌氧过程广泛地存在于自然界中；第一次利用厌氧消化处理废弃物：1881年—LouisMouras的“自动净化器”；较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水和剩余污泥50、60年代（特别是70年代中后期），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；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；厌氧

2、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）、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；2)基本生物过程I.两阶段理论20世纪30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论”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。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；特点：生长快；适应性（温度

3、、pH等）强。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；特点：生长慢；对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。存在问题?不能真实反映厌氧反应过程的本质；微生物学的研究表明，产甲烷菌只能利用一些简单有机物如甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，而不能利用含两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类；70年代，Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌利用H2和CO2产生CH4；II.三阶段理论水解、

4、发酵阶段产氢产乙酸阶段：产氢产乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸、H2/CO2；产甲烷阶段：产甲烷菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4；一般认为，在厌氧生物处理过程中约有70%的CH4产自乙酸的分解，其余的则产自H2和CO2。III.四阶段理论（四菌群学说）同型产乙酸菌：将H2/CO2合成为乙酸。实际上这一部分乙酸的量较少，只占全部乙酸的5%。3)厌氧生物处理的主要特征能耗大大降低，而且还可以回收生物能（沼气）；污泥产量很低；厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，产酸菌的产率Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD，产甲烷菌的产率Y为0.03kgV

5、SS/kgCOD左右，而好氧微生物的产率约为0.25~0.6kgVSS/kgCOD。厌氧微生物有可能对好氧微生物不能降解的一些有机物进行降解或部分降解；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；对温度、pH等环境因素较敏感；处理出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；气味较大；对氨氮的去除效果不好等。4)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；能源昂贵、土地价格剧

6、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：能将有机污染物转变成沼气并加以利用；运行能耗低；有机负荷高，占地面积少；污泥产量少，剩余污泥处理费用低等。2.厌氧消化过程中的主要微生物发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等1)发酵细菌（产酸细菌）I.主要功能II.主要细菌梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等；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；酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等；III.水解过程较缓慢，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时回成为厌氧反应的限速步骤；IV.产酸反应的速率较快；

7、V.大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌；VI.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。2)产氢产乙酸菌I.功能将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2；II.主要反应乙醇：丙酸:丁酸：注意:上述反应只有在乙酸浓度很低，系统中氢分压很低时才能顺利进行。主要细菌：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I.功能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；II.分类一般来说，乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosar

8、cina和