甲烷細(xì)菌與沼氣發(fā)酵

1、甲烷細(xì)菌與沼氣發(fā)酵在自然界中的湖泊、池塘、河流、沼澤地，常?？吹接性S多氣泡從底部淤泥中冒 出水面，如果把這些氣體收集起來可以點(diǎn)燃，這種氣體稱沼氣。因?yàn)檎託庾钤鐝?沼澤地發(fā)現(xiàn)而得名。沼氣是寶貴的生物能源，可以人為產(chǎn)生，對解決能源和環(huán)境保護(hù)有突出重要 意義。沼氣是多種氣體的混合氣體，包括甲烷占60%70%，CO2占30%35%， H2S、N2、H2和NH3這些氣體含量微小，約占沼氣的5%左右。在沼氣中CH4 含量50%以上就可燃燒。沼氣是來自有機(jī)物質(zhì)的分解，但有機(jī)物質(zhì)的分解不一 定都能產(chǎn)生沼氣。沼氣是在特定的厭氧條件，同時又不存在硝酸鹽、硫酸鹽和日 光的環(huán)境中形成的。形成沼氣的過程叫沼氣發(fā)酵。在沼

2、氣發(fā)酵過程中二氧化碳為 碳素氧化的終產(chǎn)物，甲烷為碳素還原的終產(chǎn)物。在沼氣發(fā)酵過程中參與甲烷形成 的細(xì)菌統(tǒng)稱為甲烷細(xì)菌。(一)甲烷細(xì)菌的特性是專性嚴(yán)格厭氧菌甲烷細(xì)菌都是專性嚴(yán)格厭氧菌，對氧非常敏感，遇氧后會立即受到抑制，不 能生長、繁殖，有的還會死亡。生長繁殖特別緩慢甲烷細(xì)菌生長很緩慢，在人工培養(yǎng)條件下需經(jīng)過十幾天甚至幾十天才能長出 菌落。據(jù)麥卡蒂(McCarty )介紹，有的甲烷細(xì)菌需要培養(yǎng)七八十天才能長出菌 落，在自然條件下甚至更長。菌落也相當(dāng)小，特別是甲烷八疊球菌菌落更小，如 果不仔細(xì)觀察很容易遺漏。菌落一般圓形、透明、邊緣整齊，在熒光顯微鏡下發(fā) 出強(qiáng)的熒光。甲烷細(xì)菌生長緩慢的原因，是它可

3、利用的底物很少，只能利用很簡 單的物質(zhì)，如CO2、H2、甲酸、乙酸和甲基胺等。這些簡單物質(zhì)必須由其它發(fā) 酵性細(xì)菌，把復(fù)雜有機(jī)物分解后提供給甲烷細(xì)菌，所以甲烷細(xì)菌一定要等到其它 細(xì)菌都大量生長后才能生長。同時甲烷細(xì)菌世代時間也長，有的細(xì)菌20分鐘繁 殖一代，甲烷細(xì)菌需幾天乃至幾十天才能繁殖一代。都是原核生物能形成甲烷的細(xì)菌都是原核生物，目前尚未發(fā)現(xiàn)真核生物能形成甲烷。甲烷 細(xì)菌有球形、桿形、螺旋形，有的呈八疊球狀，還有的能聯(lián)成長鏈狀。培養(yǎng)分離比較困難因?yàn)榧淄榧?xì)菌要求嚴(yán)格厭氧條件，一般培養(yǎng)方法很難達(dá)到厭氧，培養(yǎng)分離往 往失敗。又因?yàn)榧淄榧?xì)菌和伴生菌生活在一起，菌體大小形態(tài)都十分相似，在一 般光學(xué)顯

4、微鏡下不好判明。美國著名微生物學(xué)家一一Hungate 50年代培養(yǎng)分離 甲烷細(xì)菌獲得成功。以后世界上有很多研究者對甲烷細(xì)菌進(jìn)行了培養(yǎng)分離工作， 并對Hungate分離方法進(jìn)行了改良，能很容易地把甲烷細(xì)菌培養(yǎng)分離出來。甲烷細(xì)菌在自然界中分布極為廣泛，在與氧氣隔絕的環(huán)境都有甲烷細(xì)菌生 長，海底沉積物，河湖淤泥，沼澤地，水稻田以及人和動物的腸道，反芻動物瘤 胃，甚至在植物體內(nèi)都有甲烷細(xì)菌存在。沼氣發(fā)酵液中甲烷細(xì)菌的數(shù)量可用MPN法計數(shù)，測定接種的試管中有無甲 烷存在，作為計數(shù)的數(shù)量指標(biāo)。甲烷細(xì)菌數(shù)量與甲烷含量成正比，發(fā)酵裝置運(yùn)行 越好，甲烷細(xì)菌數(shù)量越多。作者曾于1991年計數(shù)了東北制藥總廠用UASB

5、 (上 流式厭氧污泥床)處理制藥廢水消化液中甲烷細(xì)菌數(shù)量為4.2X105個-ml-i。另一方面產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用乙酸、氫和二氧化碳合成甲烷，也消耗了酸和二氧 化碳，甲烷細(xì)菌及其伴生菌共同作用使pH穩(wěn)定在一個適宜范圍內(nèi)，不會使發(fā)酵 液中的pH出現(xiàn)對沼氣發(fā)酵不利的情況。但當(dāng)發(fā)酵條件控制不好，如溫度，進(jìn)料 負(fù)荷，原料中的C： N、pH等可能會出現(xiàn)酸化或液料過堿；前者較為多見，這 樣會嚴(yán)重影響甲烷細(xì)菌的活動，甚至使發(fā)酵中斷。(二)沼氣發(fā)酵在自然界中綠色植物經(jīng)光合作用合成碳水化合物，主要形成糖、淀粉、纖維 素等。纖維素合成的數(shù)量最大，貯量也最多，是地球上很難被微生物分解的物質(zhì)。 在好氧條件下，纖維素可被少數(shù)

6、微生物氧化分解，最終產(chǎn)生CO2和H2O。目前 所知綠色木霉是分解纖維素最強(qiáng)的微生物。(C6H10O5) n+nO2f nCO2+nH2O在厭氧條件下，纖維素經(jīng)厭氧微生物發(fā)酵作用最終產(chǎn)生ch4。在自然界形成甲烷的地方主要有沼澤地、水稻田、井地、河湖淤泥及反芻動 物瘤胃。反芻動物瘤胃具有產(chǎn)甲烷的良好條件，所以瘤胃被稱為產(chǎn)甲烷的天然高 效能的連續(xù)發(fā)酵罐。甲烷形成的微生物學(xué)過程從有機(jī)物質(zhì)厭氧發(fā)酵到形成甲烷，是非常復(fù)雜的過程，不是一種細(xì)菌所能完 成的，是由很多細(xì)菌參與聯(lián)合作用的結(jié)果。聯(lián)合作用從有機(jī)物到甲烷形成，是由很多細(xì)菌聯(lián)合作用的結(jié)果。甲烷 細(xì)菌在合成的最后階段起作用。它利用伴生菌所提供的代謝產(chǎn)物h2

7、、co2等合 成甲烷。整個過程可分以下幾個階段：以上幾個階段不是截然分開的，沒有明顯的界限，也不是孤立進(jìn)行的，而是 密切聯(lián)系在一起互相交叉進(jìn)行的。（2）種間H的轉(zhuǎn)移作用在沼氣發(fā)酵過程中，產(chǎn)酸菌、伴生菌發(fā)酵有機(jī)物產(chǎn) h2, h2又被甲烷細(xì)菌用于還原CO2合成ch4。伴生菌和甲烷細(xì)菌在發(fā)酵過程中形成了共生關(guān)系，S-菌系分解乙醇產(chǎn)H2， H2對它繼續(xù)分解乙醇有阻抑作用，而MOH-菌系可利用H2,這樣又為S-菌系清 除了阻抑，兩者在一起生活互惠互利，單獨(dú)存在都生活不了。（3）由乙酸產(chǎn)生甲烷乙酸是有機(jī)物在厭氧發(fā)酵過程中主要中間代謝產(chǎn)物， 也是形成甲烷的重要中間產(chǎn)物。McCarty實(shí)驗(yàn)證明，有機(jī)物發(fā)酵分解

8、產(chǎn)生乙酸形 成甲烷，約占甲烷總生成量的72%，由其他產(chǎn)物形成甲烷約占28%。由乙酸形 成甲烷過程也是很復(fù)雜的，用14C示蹤原子試驗(yàn)表明，由乙酸形成甲烷有兩種 途徑：由乙酸的甲基形成甲烷由乙酸轉(zhuǎn)化為CO2和H2形成甲烷沼氣發(fā)酵微生物之間的生態(tài)關(guān)系沼氣發(fā)酵是一個極其復(fù)雜的生物化學(xué)過程，包括各種不同類型微生物所完成 的各種代謝途徑。這些微生物及其所進(jìn)行的代謝都不是在孤立的環(huán)境中單獨(dú)進(jìn) 行，而是在一個混雜的環(huán)境中相互影響。它們之間的互相作用包括有不產(chǎn)甲烷細(xì) 菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用；不產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間的作用和甲烷細(xì)菌之間的作用。在沼氣發(fā)酵過程中，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌之間，相互依賴，互為對方 創(chuàng)造與維

9、持生命活動所需要的良好環(huán)境條件，但它們之間又互相制約，在發(fā)酵過 程中總處于平衡狀態(tài)。它們之間的主要關(guān)系表現(xiàn)在下列幾方面：不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)不產(chǎn)甲烷細(xì)菌可把各種復(fù)雜的有機(jī)物，如碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)等厭氧 分解生成H2、CO2、nh3、VFA、甲醇、丙酸、丁酸等，丙酸、丁酸還可被氫細(xì) 菌和乙酸細(xì)菌分解轉(zhuǎn)化成h2、co2和乙酸，為甲烷細(xì)菌提供了合成細(xì)胞質(zhì)和形 成甲烷的碳前體，電子供體一一氫供體和氮源，使甲烷細(xì)菌利用這些物質(zhì)最終形 成甲烷。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位條件在沼氣發(fā)酵初期，由于加料過程中使空氣帶入發(fā)酵裝置，液體原料里也有溶 解氧，

10、這顯然對甲烷細(xì)菌是很有害的。氧的去除需要依賴不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的氧化能 力把氧用掉。因此，降低了氧化還原電位。在發(fā)酵裝置中，各種厭氧性微生物如 纖維素分解菌、硫酸鹽還原細(xì)菌、硝酸鹽還原細(xì)菌、產(chǎn)氨細(xì)菌、產(chǎn)乙酸細(xì)菌等， 對氧化還原電位的適應(yīng)性也各不相同，通過這些細(xì)菌有順序地交替生長活動，使 發(fā)酵液料中氧化還原電位不斷下降，逐步為甲烷細(xì)菌的生長創(chuàng)造了適宜的氧化還 原電位條件，使甲烷細(xì)菌能很好的生長。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除了有害物質(zhì)以工業(yè)廢水或廢棄物為發(fā)酵原料時，原料里可能含酚類、氤化物、苯甲酸、 長鏈脂肪酸和一些重金屬離子等。這些物質(zhì)對甲烷細(xì)菌是有毒害作用的，但不產(chǎn) 甲烷細(xì)菌中有許多種能裂解苯環(huán)，有

11、些細(xì)菌還能以氤化物作碳源和能源，也有的 細(xì)菌能分解長鏈脂肪酸生成乙酸。這些作用不僅解除了對甲烷細(xì)菌的毒害，而且 又給甲烷細(xì)菌提供了養(yǎng)料。此外有些不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的代謝產(chǎn)物硫化氫，可以和一 些重金屬離子作用，生成不溶性的金屬硫化物，從而解除了一些重金屬離子的毒 害作用。H2S+Cu2+-CuS I+2H+H2S+pH2+PbS I+2H+H2S濃度也不能過高，當(dāng)H2S大于150X10-6，對甲烷細(xì)菌也有毒害。產(chǎn)甲烷細(xì)菌又為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除了反饋抑制不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的發(fā)酵產(chǎn)物可以抑制產(chǎn)氫細(xì)菌的繼續(xù)產(chǎn)氫，酸的積累可以抑制 產(chǎn)酸細(xì)菌的繼續(xù)產(chǎn)酸。當(dāng)厭氧消化器中乙酸濃度超過3X10-3時，就會產(chǎn)生酸化，

12、 使厭氧消化不能很好的進(jìn)行下去，會使沼氣發(fā)酵失敗。要維持良好的厭氧消化效 果，乙酸濃度在0.3X10-3左右較好。在正常沼氣發(fā)酵工程系統(tǒng)中，產(chǎn)甲烷細(xì)菌 能連續(xù)不斷地利用不產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)生的氫、乙酸、CO2等合成甲烷，不致有氫和 酸的積累，因此解除了不產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)生的反饋抑制，使不產(chǎn)甲烷細(xì)菌就能繼續(xù) 正常生活，又為甲烷細(xì)菌提供了合成甲烷的碳前體。不產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值在沼氣發(fā)酵初期，不產(chǎn)甲烷細(xì)菌首先降解原料中的糖類、淀粉等產(chǎn)生大量的 有機(jī)酸、CO2, CO2又能部分溶于水形成碳酸，使發(fā)酵液料中pH值明顯下降。 但是不產(chǎn)甲烷細(xì)菌類群中還有一類細(xì)菌叫氨化細(xì)菌，能迅速分解蛋白

13、質(zhì)產(chǎn)生氨， 氨可中和部分酸。發(fā)酵產(chǎn)甲烷發(fā)酵可以被定義為有機(jī)化合物既作為電子受體也作為電子供體的生物降解過 程，在此過程中有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物。酸化過程是由大量的、多種多樣的發(fā)酵細(xì)菌來完成的，在這些細(xì)菌中大部分 是專性厭氧菌，只有1%是兼性厭氧菌，但正是這1%的兼性菌在反應(yīng)器受到氧 氣的沖擊時，能迅速消耗掉這些氧氣，保持廢水低的氧化還原電位，同時也保護(hù) 了產(chǎn)甲烷菌的運(yùn)行條件。酸化過程的底物取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。 對于一個穩(wěn)態(tài)的反應(yīng)器來說，乙酸、二氧化碳、氫氣則是酸化反應(yīng)的最主要產(chǎn)物。 這些都是產(chǎn)甲烷階段所需要的底物。在這個階段產(chǎn)生兩種重要的厭

14、氧反應(yīng)是否正常的底物就是揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨氮。VFA過高會使廢水的PH下降，逐漸影響到產(chǎn)甲烷菌的正常進(jìn)行， 使產(chǎn)氣量減小，同時整個反應(yīng)的自然堿度也會較少，系統(tǒng)平衡PH的能力減弱， 整個反應(yīng)會形成惡性循環(huán)，使得整個反應(yīng)器最終失敗。氨氮它起到一個平衡的作 用，一方面，它能夠中和一部分VFA，使廢水PH具有更大的緩沖能力，同時又 給生物體合成自生生長需要的營養(yǎng)物質(zhì)，但過高的氨氮會給微生物帶來毒性，廢 水中的氨氮主要是由于蛋白質(zhì)的分解帶來的，典型的生活污水中含有20-50mg/l 左右的氨氮，這個范圍是厭氧微生物非常理想的范圍。另外一個重要指標(biāo)就是廢水中氫氣的濃度，以含碳17的脂肪酸降解為例：

15、CH3(CH2)15COO-+14H2O 7CH3COO-+CH3CH2COO-+7H+14脂肪酸的降解都會產(chǎn)生大量的氫氣，如果要使上述反應(yīng)得以正常進(jìn)行， 必須在下一反應(yīng)中消耗掉足夠的氫氣，來維持這一反應(yīng)的平衡。如果廢水的氫氣 指標(biāo)過高，表明廢水的產(chǎn)甲烷反應(yīng)已經(jīng)受到嚴(yán)重抑制，需要進(jìn)行修復(fù)，一般來說 氫氣濃度升高是伴隨PH指標(biāo)降低的，所以不難監(jiān)測到廢水中氫氣的變化情況， 但廢水本身有一定的緩沖能力，所以完全通過PH下降來判斷氫氣濃度的變化有 一定的滯后性，所以通過監(jiān)測廢水中氫氣濃度的變化是對整個反應(yīng)器反應(yīng)狀態(tài)一 個最快捷的表現(xiàn)形式。產(chǎn)乙酸反應(yīng)發(fā)酵階段的產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸VFA在產(chǎn)乙酸階段進(jìn)一步降解

16、成乙酸，其常用反應(yīng) 式如以下幾種：CH3CHOHCOO-+2H2O CH3COO-+HCO3-+H+2H2 G0=-4.2KJ/MOLCH3CH2OH+H2O-CH3COO-+H+2H2OG0=9.6KJ/MOLCH3CH2CH2COO-+2H2O- 2CH3COO-+H+2H2G0=48.1KJ/MOLCH3CH2COO-+3H2O- CH3COO-+HCO3-+H+3H2G0=76.1KJ/MOL4CH3OH+2CO2- 3CH3COO-+2H2OG0=-2.9KJ/MOL2HCO3-+4H2+H+ - CH3COO-+4H2OG0=-70.3KJ/MOL從上面的反應(yīng)方程式可以看出，乙醇、

17、丁酸和丙酸不會被降 解，但由于后續(xù)反應(yīng)中氫的消耗，使得反應(yīng)能夠向右進(jìn)行，在一階段，氫的平衡 顯得更加重要，同時后續(xù)的產(chǎn)甲烷過程為這一階段的轉(zhuǎn)化提供能量。實(shí)際上這一 階段和前面的發(fā)酵階段都是由同一類細(xì)菌完成，都在細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行，并且產(chǎn)物排放到水體中，界限并沒有十分清楚，在設(shè)計反應(yīng)器時，沒有足夠的理由把他們分 開。六產(chǎn)甲烷反應(yīng)在厭氧反應(yīng)中，大約有70%左右的甲烷由乙酸歧化菌產(chǎn)生，這也 是這幾個階段中遵循莫諾方程反應(yīng)的階段。另一類產(chǎn)生甲烷的微生物是由氫氣和二氧化碳形成的。在正常條 件下，他們大約占30%左右。其中約有一般的嗜氫細(xì)菌也能利用甲酸產(chǎn)生甲烷。 最主要的產(chǎn)甲烷過程反應(yīng)有：CH3COO-+H2O

18、CH4+HCO3-G0=-31.0KJ/M0LHC03-+H+4H2 - CH4+3H20G0=-135.6KJ/MOL4CH3OH 3CH4+CO2+2H2OG0=-312KJ/MOL4HCOO-+2H+ CH4+CO2+2HCO3-G0=-32.9KJ/MOL在甲烷的形成過程中，主要的中間產(chǎn)物是甲基輔酶M (CH3-S-CH2-SO3-)。在甲基輔酶M還原成甲烷的過程中，需要作用非常重要的甲基還原酶，其中含 有重要的金屬離子Ni+。這對生活污水來說是比較缺乏微量金屬離子，所以在生 活污水的厭氧生物處理過程中補(bǔ)充一定的微量金屬離子是非常必要的。七低濃度廢水反應(yīng)速率的選擇以生活污水為例，一般來

19、說影響廢水厭氧反應(yīng)速率的因素有很多，包括反應(yīng)溫度、 廢水的毒性、原水基質(zhì)濃度、原水的PH值、傳質(zhì)效率、營養(yǎng)物質(zhì)的平衡、微量 元素的催化作用等等。對于生活污水來說，影響比較大的因素有反應(yīng)溫度、原水 的基質(zhì)濃度、傳質(zhì)效率以及微量元素的催化。因?yàn)樯钗鬯臓I養(yǎng)比和PH值被 公認(rèn)為非常適合生物的生長的。在前面的敘述中，已經(jīng)提及了厭氧反應(yīng)的前三個 階段對于生活污水來說，很快就可以完成，尤其水解階段，不存在傳質(zhì)的限制， 同時通常長距離的管網(wǎng)也給水解提供了足夠的時間。因此我們提出的厭氧處理低 濃度廢水設(shè)計思想中，主要考慮產(chǎn)甲烷過程作為限速步驟。由于產(chǎn)甲烷階段遵循莫諾方程，整個速率的確定以莫諾方程為基礎(chǔ)。生物

20、反應(yīng)速率 KgCOD/KgMLSS.du max 生物最大反應(yīng)速率KgCOD/KgMLSS.dP廢水中基質(zhì)濃度mg/lKs-半反應(yīng)速率常數(shù)mg/l在上式中，很難把總體反應(yīng)的Ks值估算出來，因?yàn)樗艿降挠绊?因素很多，對于不同類型的廢水差別很大。對于生活污水來說可以根據(jù)不同的單 個因素影響列成很多分式莫諾方程，最后各式相乘再加上修正系數(shù)，這個方程可 以得出比較接近的Ks值，作為厭氧處理生活污水時的參考設(shè)計數(shù)據(jù)。具體思想如下：1、假定條件：a、厭氧處理該污水過程中主要受溫度、傳質(zhì)速率、 基質(zhì)濃度以及微量元素的影響；b、微量元素可以通過外界條件的干預(yù)給予補(bǔ)充； c、反應(yīng)器為一體化反應(yīng)器；d、產(chǎn)甲烷單

21、元反應(yīng)也近似遵循莫諾方程。2、模型總體方程Kst-溫度響應(yīng)半反應(yīng)速率常數(shù)mg/lKsv 傳質(zhì)速率半反應(yīng)速率常數(shù)mg/lK-修正系數(shù)在上式中，Kst針對不同的廢水是可以確定的，Ksv對不同的反應(yīng) 器差別比較大，我們可以通過外界干預(yù)給以降低到一固定值偏差不大的范圍內(nèi)， 比如通過強(qiáng)制攪拌或是提高反應(yīng)器的高徑比，出水回流都是比較好的解決辦 法。通過眾多的工程實(shí)例以及文獻(xiàn)報道，初步確定Kst在15攝氏度時 針對生活污水值為3200mg/l左右。Ksv在有攪拌足夠的情況下15攝氏度時針對 生活污水值為532mg/l。K值在重慶地區(qū)可以取0.85，max按照碳水化合物可 取5KgCOD/KgMLSS.d，這

22、樣針對進(jìn)水濃度為300mg/l的生活污水最大反應(yīng)速率為： 1 = 5KgC0D/KgMLSS.dX(300/ (3200 + 300)X(300/ (532+300)X0.85= 0.132 KgCOD/KgMLSS.d在一體式反應(yīng)器中由于出水濃度很低，導(dǎo)致總體反應(yīng)速率降低， 但對于幾種高效厭氧反應(yīng)器(包括UASB、EGSB、IC內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器、流化床、上 流式厭氧生物濾池)可以假設(shè)其為推流式厭氧反應(yīng)器，濃度隨反應(yīng)器高度的增加 均勻的減少，即反應(yīng)器中的濃度分布與高度成反比。這樣我們可以通過設(shè)定的出 水濃度計算一個反應(yīng)器最低反應(yīng)速率，最后取平均值就得到整個反應(yīng)器的平均反 應(yīng)速率。同樣根據(jù)前面的莫諾

23、模型，得出出水C0D = 80mg/l的厭氧反應(yīng)速率: 2 = 5KgCOD/KgMLSS.dX(80/ (3200 + 80)X(80/ (532+80)X0.85= 0.014 KgCOD/KgMLSS.d所以反應(yīng)器的平均反應(yīng)速率為U=(U1+U 2) /2 = 0.073 KgCOD/KgMLSS.d如果我們能夠在反應(yīng)器內(nèi)保持穩(wěn)定的污泥濃度為20KgMLSS/m3, 則整個反應(yīng)器的容積反應(yīng)速率為FV = 0.073 KgCOD/KgMLSS.dX20KgMLSS/m3= 1.46 KgCOD/m3.d在實(shí)際反應(yīng)器的設(shè)計時，需要考慮污泥、氣體、液體分離的容積， 反應(yīng)部分容積只占整個反應(yīng)器容

24、積的40%，這樣實(shí)際整個反應(yīng)器設(shè)計平均負(fù)荷 變?yōu)椋篎V = 1.46 KgCOD/m3.dX0.4 = 0.99 KgCOD/m3.d核算停留時間為：HRT = 7.5h八 中試與工程應(yīng)用應(yīng)注意的問題通過上述實(shí)驗(yàn)室里理論的研究和推斷，采用新型高效厭氧反應(yīng)器 處理城市污水完全是可行的。在中試和工程設(shè)計中，我們應(yīng)該從上述分析角度出 發(fā)，完善厭氧系統(tǒng)，以下措施是必要的：1、在反應(yīng)器的形式上優(yōu)先考慮推流式的活塞反應(yīng)器；2、為了減少低濃度時，基質(zhì)傳質(zhì)速率(包括液相中的有機(jī)物向菌 膠團(tuán)或顆粒污泥傳質(zhì)以及細(xì)胞壁外向細(xì)胞壁內(nèi)傳質(zhì))對整個反應(yīng)速率的影響，在 反應(yīng)器底部投加一定數(shù)量的活性炭作為載體是非常有必要的，但考慮到沼氣和布 水的影響，投加數(shù)量不宜過多，初步考慮為40g/L顆粒狀活性炭；3、建議在反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、水、固三相分離系統(tǒng)；4、設(shè)置一套完善的出水回流系統(tǒng)，并可以調(diào)節(jié)回流量，用儀表顯 示并控制；5、出水設(shè)置MLSS濃度計加以監(jiān)測，隨時了解反應(yīng)器的污泥情 況；6、在反應(yīng)器的底部、中部、頂部設(shè)置堿度監(jiān)測系統(tǒng)，隨時監(jiān)測反 應(yīng)器內(nèi)的生物反應(yīng)條件；7、設(shè)置一套啟動用的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素添加系統(tǒng)是十分有必要的;8、設(shè)置溫度傳感器，了解原水水溫的變化對反應(yīng)器的沖擊影響；9、進(jìn)水設(shè)置流量傳感器和有機(jī)物在線監(jiān)測儀器，并通過程序加以 顯示到中央控制室中，隨時計