第三章 废水厌氧生物处理技术

第三章废水厌氧生物处理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。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/CO2Ⅲ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。5.厌氧微生物可对好氧微生物所不能降解的一些有机物进行降解（或部分降解）。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。（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+H2OCH3COOH+2H2丙酸：CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+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CH3COOHCH4+CO2(2)利用H2和CO2合成CH44H2+CO2CH4+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.Marhulis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。（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（二）pH值产甲烷菌的最适pH值范围为6.8～7.2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。新型反应器处理废水的厌氧消化反应在常温（20～25℃）下进行。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。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)（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。（五）处理对象不同厌氧生物处理多用于处理沉降的有机污泥和高浓度的有机废水；而好氧生物处理则多用于处理有机污染浓度较低或适中的废水。近年来，开发了好氧技术和厌氧技术联合运用的方法，大大推进了生物处理技术的研究和应用。八、厌氧生物处理工艺的发展化粪池、双层沉淀池厌氧接触法第二代废水厌氧处理反应器（厌氧滤池、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧附着膜膨胀床、下行式固定膜反应器和厌氧流化床等。第二节厌氧消化池一、消化池类型与构造厌氧消化池主要用于处理城市废水厂的污泥，也用于处理固体含量很高的有机废水。（一）消化池的分类根据消化池顶结构不同分为：固定盖消化池浮动盖消化池根据消化池运行方式的不同分为：传统消化池高速消化池1.传统消化池又称低速消化池，池内不设加热和搅拌装置。消化速率很低，消化时间长，只有在规模小的废水处理厂才采用。2.高速消化池设有加热和搅拌装置，厌氧微生物与有机物得到充分的接触，消化速率高，消化期一般为15天，被废水处理厂广泛采用。（二）消化池的构造由池顶、池底和池体三部分组成。搅拌设备：机械搅拌：泵搅拌螺旋桨式搅拌喷射泵搅拌沼气搅拌：气提式搅拌竖管式搅拌气体扩散式搅拌加热设备：1.池内蒸汽直接加热设备简单，局部污泥易过热，影响微生物的正常活动，增加污泥的含水率，从而增加消化池容积。2.池外加热污泥预热后投配到消化池中，易于控制，有利于杀死寄生虫卵，不会对厌氧微生物产生不利影响。但加热设备较复杂。