废水生物处理原理与工艺 第十讲 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 但一般来说,①处理出水水质较差,需进一步利用好氧法进行处理:②气味较大:③对氨氮的去除效果不好:等等 4、厌氧生物处理技术是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 目前的形势是:能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高: 厌氧工艺的突出优点是:①能将有机污染物转变成沼气并加以利用:②运行能耗低:③有机负荷高,占地面积少 ④污泥产量少,剩余污泥处理费用低:等等 厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面 二、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) ●主要功能:水解—一在胞外酶的作用下,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: 主要细菌:梭菌属、拟杄菌属、丁酸弧菌属、双岐杄菌属等: 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: 产酸反应的速率较快 大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌 可以按功能来分: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 产氢产乙酸菌 主要功能:将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2 ·主要反应:乙醇:CH3CH2OH+H2O→ CH COOH+2H2 丙酸:CH3CH2COOH+2H2O→ CHCOOH+3H2+CO2 丁酸:CHCH2CH2COOH+2H2O→2CH3COOH+2H 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 60年代 Hungate开创了严格厌氧微生物培养技术 主要功能:将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2CO2转化为CH4和CO2,使厌氧消化过程得以顺利进行 一般可分为两大类:乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌 一般来说,乙酸营养型产甲烷菌的种类较少,只有 Methanosarcina和 Methanothrⅸ,但在厌氧反应器中,有70%左右的 甲烷是来自乙酸的氧化分解 典型的产甲烷反应: ① CH,COOH→CH,+CO ②4H2+CO2→CH4+2H2O ③4HCOO+2H+→CH4+CO2+2HC3 ④4CO+2H2O→CH4+3O2 ⑤4CHOH→CH1+HCO+H++H2O ⑥4(CH3)2-NH+9H2O→9CH4+3HCO5+3H++4NH ⑦2(CH3)3-S+3H2O→3CH+HCO3+H'+2H2S 第3页第十讲废水生物处理原理与工艺 第十讲 第 3 页 第十讲 ⚫ 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； ⚫ 但一般来说，①处理出水水质较差，需进一步利用好氧法进行处理；②气味较大；③对氨氮的去除效果不好；等等 4、厌氧生物处理技术是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； ——目前的形势是：能源昂贵、土地价格剧增、剩余污泥的处理费用也越来越高； ——厌氧工艺的突出优点是：①能将有机污染物转变成沼气并加以利用；②运行能耗低；③有机负荷高，占地面积少； ④污泥产量少，剩余污泥处理费用低；等等 ——厌氧工艺的综合效益表现在环境、能源、生态三个方面。 二、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）： ⚫ 主要功能：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； ⚫ 主要细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆菌属等； ⚫ 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； ⚫ 产酸反应的速率较快； ⚫ 大多数是厌氧菌，也有大量是兼性厌氧菌； ⚫ 可以按功能来分：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 ⚫ 主要功能：将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和 H2； ⚫ 主要反应：乙醇： CH3CH2OH + H2O → CH3COOH + 2H2 丙酸： CH3CH2COOH + 2H2O → CH3COOH + 3H2 + CO2 丁酸： 3 2 2 2 3 2 CH CH CH COOH + 2H O → 2CH COOH + 2H 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 ——60 年代 Hungate 开创了严格厌氧微生物培养技术； ⚫ 主要功能：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； ⚫ 一般可分为两大类：乙酸营养型和 H2营养型产甲烷菌； ⚫ 一般来说，乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有 Methanosarcina 和 Methanothrix，但在厌氧反应器中，有 70%左右的 甲烷是来自乙酸的氧化分解； ⚫ 典型的产甲烷反应： ① CH3COOH → CH4 + CO2 ② 4H2 + CO2 →CH4 + 2H2O ③ − + − 4HCOO + 2H → CH4 + CO2 + 2HC3 ④ 4CO + 2H2O →CH4 + 3CO2 ⑤ 4CH3OH → 3CH4 + HCO3 + H + H2O − + ⑥ + − + + 3 3 − 4 + 9 2 → 9 4 + 3 3 + 3 + 4 4 4(CH ) NH H O CH HCO H NH ⑦ 2(CH3 )3 − S + 3H2O → 3CH4 + HCO3 + H + 2H2S − +