第十九章厌氧生物处理 主讲教师:娄金生教授 南华大学建筑工程与资源环境学院 给水排水教研室
第十九章 厌氧生物处理 南华大学建筑工程与资源环境学院 给水排水教研室 主讲教师：娄金生教授
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
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
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
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
厌氧消化三阶段理论 根据厌氧消化三阶段理论,复杂有机物的厌氧消化过程主 要包括液化、产酸和产甲烷三个阶段,由多种相互依存的 细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧 碳,并合成自身细胞物质。每 段各有其独特的微生物 类群,液化阶段起作用的细菌主要包括纤维素分解菌、脂 肪分解菌、蛋白质水解菌;产酸阶段起作用的细菌主要是 菌 酸细菌群,利用液化阶段的产物产生乙酸 气和二氧化碳等;产甲烷阶段是甲烷菌利用乙酸、丙酸 甲醇等化合物为基质,将其转化成甲烷,其中乙酸和 H2/CO2是其主要基质 Bryant.认为厌氧消化经历四个阶段:先是水解阶段,固态 有机物被细菌的醪水解 阶段是酸 ,代谢中间液态产物都要乙酸化, 称乙酸化阶段;第四阶段是甲烷化阶段 口厌氧消化两阶段
厌氧消化三阶段理论 ◼ 根据厌氧消化三阶段理论，复杂有机物的厌氧消化过程主 要包括液化、产酸和产甲烷三个阶段，由多种相互依存的 细菌群来完成复杂的基质混合物最终转化为甲烷和二氧化 碳，并合成自身细胞物质。每一阶段各有其独特的微生物 类群，液化阶段起作用的细菌主要包括纤维素分解菌、脂 肪分解菌、蛋白质水解菌；产酸阶段起作用的细菌主要是 菌产氢产乙酸细菌群，利用液化阶段的产物产生乙酸、氢 气和二氧化碳等；产甲烷阶段是甲烷菌利用乙酸、丙酸、 甲醇等化合物为基质，将其转化成甲烷，其中乙酸和 H2/CO2是其主要基质。 ◼ Bryant认为厌氧消化经历四个阶段：先是水解阶段，固态 有机物被细菌的胞外酶水解；第二阶段是酸化；第三阶段 是在进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化， 称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段。 ◼ 厌氧消化两阶段
厌氧消化两阶段示意图 第一阶段 第二阶段 普通厌氧菌 绝对厌氧菌 甲烷 细胞合成 二氧化碳 碳水化合物 指肪、蛋白 消化 消化 有机酸、 细胞合成 乙醇、乙 醛 酶 新细胞
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 酶 新细胞 细胞合成 厌氧消化两阶段示意图
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( methanogens)。 表19-1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68~72 不太敏感,最佳pH为 5.5~7.0 氧化还原电位Eh<-350mv(中温),<-560mv高温) -150~200mv 对温度的敏感性最佳温度:30~38℃,50~55℃ 最佳温度:20~35℃
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19-1 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6.8~7.2 不太敏感，最佳pH为 5.5~7.0 氧化还原电位Eh <-350mv(中温)，<-560mv(高温) <-150~200mv 对温度的敏感性 最佳温度：30~38℃，50~55℃ 最佳温度：20~35℃
厌氧消化机理和厌氧处理技术 复杂有机化合物 20% (碳水化合物、蛋白质、类脂类) 水解 10% 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) 13% H2 co2 乙酸 28% 72%
厌氧消化机理和厌氧处理技术 图19-1 产甲烷的串联代谢（McCarty和Smith,1986） 乙酸 CH4 CO2 28% 72% 长链脂肪酸 （丙酸、丁酸等） 简单有机化合物 （糖、氨基酸、肽） 复杂有机化合物 （碳水化合物、蛋白质、类脂类） 13% 10% 5% 20% 35% 17% 水解 产酸 H2 CO2
厌氧消化的影响因素与控制要求 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段,因此厌氧反应的各项影响因 素也以对甲烷菌的影响因素为准 温度因素 ■生物固体停留时间(污泥龄)与负荷 搅拌和混合 营养与C/∧N比 有毒物质 酸碱度、p值和消化液的缓冲作用
厌氧消化的影响因素与控制要求 甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段，因此厌氧反应的各项影响因 素也以对甲烷菌的影响因素为准。 ◼ 温度因素 ◼ 生物固体停留时间（污泥龄）与负荷 ◼ 搅拌和混合 ◼ 营养与C/N比 ◼ 氨氮 ◼ 有毒物质 ◼ 酸碱度、pH值和消化液的缓冲作用
温度因素 温度与有机物负荷、产气量关系见图19-3 ■消化温度与消化时间的关系见图19—4 ■厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏 感,温度的突然变化,对沼气产量有明显 影响,温度突变超过一定范围时,则会停 ■根据采用消化温度的高低,可以分为常温 消化(10~30℃)、中温消化(35℃左右) 和高温消化(54C左右)
温度因素 ◼ 温度与有机物负荷、产气量关系见图19－3 ◼ 消化温度与消化时间的关系见图19－4 ◼ 厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏 感，温度的突然变化，对沼气产量有明显 影响，温度突变超过一定范围时，则会停 止产气。 ◼ 根据采用消化温度的高低，可以分为常温 消化（10~30℃ ）、中温消化（35℃左右） 和高温消化（54℃左右）
温度与有机物负荷、产气量关系 8 4 6 45 温度
温度与有机物负荷、产气量关系 温度（C） 0 25 30 35 40 45 50 55 1 2 1 3 4 2 5 6 3 7 8 4 0 产气量（m/m·d） 有机物负荷（kg/m·d） 图19-2 温度与有机物负荷、产气量关系图