第三章 厭氧生物處理技術(shù)

第三章厭氧生物處理技術(shù)厭氧生物處理過程又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由多種微生物的共同作用，使有機物分解外生成CH4和CO2的過程。厭氧消化三階段理論如下圖：一、厭氧處理的原理分解乙酸產(chǎn)甲烷菌發(fā)酵性細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌復(fù)雜有機物水解1簡單溶解性有機物發(fā)酵1脂肪酸、醇類、丙酸、丁酸、乳酸等氫氣、二氧化碳1231245乙酸甲烷、二氧化碳同型產(chǎn)乙酸菌利用氫氣和二氧化碳產(chǎn)甲烷菌如果有機污染物生物處理系統(tǒng)不充氧，由于好氧微生物活動造成厭氧環(huán)境，使厭氧微生物生長繁殖，最終成為優(yōu)勢菌群，并對有機污染物進行厭氧分解。好氧與厭氧處理

與好氧生物處理相比較，厭氧生物處理的主要特征是：(1)能量需求大大降低．還可產(chǎn)生能量。這是因為厭氧生物處理不要求供給氧氣，相反卻能生產(chǎn)出含有50％一70％甲烷的沼氣，含有較高的熱值(21000一25000KJ／m3)，可以用作能源。(2)污泥產(chǎn)量極低。這是因為厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。

(3)對溫度、pH等環(huán)境因素更為敏感。厭氧細菌可分為高溫菌和中溫菌兩大類。其適宜的溫度范圍分別為55℃左右和35℃左右。如溫度降至10℃以下，厭氧微生物的活動能力將非常低。產(chǎn)甲烷菌的最適pH范圍也較好氧菌為小。(4)處理后廢水有機物濃度高于好氧處理。

(5)厭氧微生物可對好氧微生物所不能降解的一些有機物進行降解(或部分降解)。(6)處理過程的反應(yīng)較復(fù)雜。如前所述，厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個連續(xù)的微生物學(xué)過程，遠比好氧生物處理中的微生物過程復(fù)雜。厭氧條件下，簡單有機物或無機物成為最終電子受體，而好氧條件下氧是最終電子受體。兩者比較，厭氧分解過程產(chǎn)生的能量少，細胞產(chǎn)量和污染物分解速率低，有機物只能進行不完全的分解，最后由產(chǎn)甲烷細菌作用而生成甲烷。優(yōu)缺點優(yōu)點：有機負荷高，產(chǎn)生的剩余污泥少，運行費用低，對氮磷等需求低，產(chǎn)生甲烷可作為能源。缺點：厭氧微生物生長慢，產(chǎn)生臭味，對進水水質(zhì)和操作控制要求高，對低濃度有機廢水處理效果低，出水水質(zhì)一般達不到規(guī)定的排放標準，需要進一步處理。

應(yīng)用

可以處理高濃度的有機廢水，也能處理中低濃度的廢水；廣泛應(yīng)用于食品、釀造、有機化工和制藥等工業(yè)廢水處理。

1、發(fā)酵細菌(產(chǎn)酸細菌)主要包括梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真細菌屬和雙歧桿菌屬等。這類細菌的主要功能是先通過胞外酶的作用將不溶性有機物水解成可溶性有機物，再將可溶性的大分子有機物轉(zhuǎn)化成脂肪酸、醇類等。發(fā)酵細菌大多數(shù)為專性厭氧菌，但也有大量兼性厭氧菌。按照其代謝功能，發(fā)酵細菌可分為纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌和脂肪分解菌等。除發(fā)酵細菌外，在厭氧消化的發(fā)酵階段，也可發(fā)現(xiàn)真菌和為數(shù)不多的原生動物。二、厭氧處理微生物2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌研究所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌包括互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬和暗桿菌屬等。這類細菌能把各種揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和H2。只有在乙酸濃度低、液體中氫分壓也很低時才能完成。3、產(chǎn)甲烷細菌產(chǎn)甲烷菌大致可分為兩類：一類主要利用乙酸產(chǎn)生甲烷，另一類數(shù)量較少，利用氫和CO2的合成生成甲烷。也有極少量細菌，既能利用乙酸，也能利用氫。以下是兩個典型的產(chǎn)甲烷反應(yīng)：氧和氧化劑對產(chǎn)甲烷菌有很強的毒害作用。4、厭氧微生物群體間的關(guān)系在厭氧生物處理反應(yīng)器中．不產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷茵相互依賴，互為對方創(chuàng)造與維持生命活動所需要的良好環(huán)境和條件。但又相互制約。厭氧微生物群體間的相互關(guān)系表現(xiàn)在以下幾個方面：

A、不產(chǎn)甲烷細菌為產(chǎn)甲烷細菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)；B、不產(chǎn)甲烷細菌為產(chǎn)甲烷細菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件；C、不產(chǎn)甲烷細菌為產(chǎn)甲烷細菌清除有毒物質(zhì)；D、產(chǎn)甲烷細菌由為不產(chǎn)甲烷細菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制；E、不產(chǎn)甲烷細菌和產(chǎn)甲烷細菌共同維持環(huán)境中適宜的pH值。三、厭氧處理的影響因子pH6.8～7.2溫度（中溫35℃、高溫55℃）營養(yǎng)鹽毒物—高濃度的離子以及其他有機毒物氧濃度（厭氧菌的生活環(huán)境）氧化還原電位食料微生物比溫度因素溫度與有機物負荷、產(chǎn)氣量關(guān)系見圖1消化溫度與消化時間的關(guān)系見圖2厭氧消化中的微生物對溫度的變化非常敏感，溫度的突然變化，對沼氣產(chǎn)量有明顯影響，溫度突變超過一定范圍時，則會停止產(chǎn)氣。根據(jù)采用消化溫度的高低，可以分為常溫消化（10~30℃）、中溫消化（35℃左右）和高溫消化（54℃左右）。溫度與有機物負荷、產(chǎn)氣量關(guān)系消化溫度與消化時間的關(guān)系生物固體停留時間（污泥齡）與負荷攪拌和混合

攪拌可使消化物料分布均勻，增加微生物與物料的接觸，并使消化產(chǎn)物及時分離，從而提高消化效率、增加產(chǎn)氣量。同時，對消化池進行攪拌，可使池內(nèi)溫度均勻，加快消化速度，提高產(chǎn)氣量。消化池在不攪拌的情況下，消化料液明顯地分成結(jié)殼層、清液層、沉渣層，嚴重影響消化效果。污水處理廠污泥厭氧消化池的厭氧消化攪拌方法包括氣體攪拌、機械攪拌、泵循環(huán)等。機械攪拌時機械攪拌器安裝在消化池液面以下，定位于上、中、下層皆可，如果料液濃度高，安裝要偏下一些；泵循環(huán)指用泵使沼氣池內(nèi)的料液循環(huán)流動，以達到攪拌的目的；氣體攪拌，將消化池產(chǎn)生的沼氣，加壓后從池底部沖入，利用產(chǎn)生的氣流，達到攪拌的目的。機械攪拌適合于小的消化池，液攪拌和氣攪拌適合于大、中型的沼氣工程。營養(yǎng)與C/N比厭氧消化原料在厭氧消化過程中既是產(chǎn)生沼氣的基質(zhì)，又是厭氧消化微生物賴以生長、繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)。這些營養(yǎng)物質(zhì)中最重要的是碳素和氨素兩種營養(yǎng)物質(zhì)，在厭氧菌生命活動過程中需要一定比例的氮素和碳素。表1給出了常用沼氣發(fā)酵原料的碳氮比。原料C/N比過高，碳素多，氮素養(yǎng)料相對缺乏，細菌和其他微生物的生長繁殖受到限制，有機物的分解速度就慢、發(fā)酵過程就長。若C/N比過低，可供消耗的碳素少，氮素養(yǎng)料相對過剩，則容易造成系統(tǒng)中氨氮濃度過高，出現(xiàn)氨中毒。各種廢物的碳氮比（C/N）原料碳氮比原料碳氮比大便(6~10):1廚房垃圾25:1小便0.8:1混合垃圾34:1牛廄肥18:1初沉池污泥5:1鮮馬糞24:1二沉池污泥10:1鮮羊糞29:1鮮豬糞13:1氨氮厭氧消化過程中，氮的平衡是非常重要的因素。消化系統(tǒng)中的由于細胞的增殖很少，故只有很少的氮轉(zhuǎn)化為細胞，大部分可生物降解的氮都轉(zhuǎn)化為消化液中的氨氮，因此消化液中氨氮的濃度都高于進料中氨氮的濃度。實驗研究表明，氨氮對厭氧消化過程有較強的毒性或抑制性，氨氮以NH4+及NH3等形式存在于消化液中，NH3對產(chǎn)甲烷菌的活性有比NH4+更強的抑制能力。有毒物質(zhì)揮發(fā)性脂肪酸（VFA是消化原料酸性消化的產(chǎn)物，同時也是甲烷菌的生長代謝的基質(zhì)。一定的揮發(fā)性脂肪酸濃度是保證系統(tǒng)正常運行的必要條件，但過高的VFA會抑制甲烷菌的生長，從而破壞消化過程。有許多化學(xué)物質(zhì)能抑制厭氧消化過程中微生物的生命活動，這類物質(zhì)被稱為抑制劑。抑制劑的種類也很多，包括部分氣態(tài)物質(zhì)、重金屬離子、酸類、醇類、苯、氰化物及去垢劑等。對厭氧消化具有抑制作用的物質(zhì)

對厭氧消化具有抑制作用的物質(zhì)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)揮發(fā)性脂肪酸>2000Na3500～5500氨氮1500～3000Fe1710溶解性硫化物>200Cr6+3Ca2500～4500Cr3+500Mg1000～1500Cd150K2500～4500酸堿度、pH值和消化液的緩沖作用厭氧微生物的生命活動、物質(zhì)代謝與pH有密切的關(guān)系，pH值的變化直接影響著消化過程和消化產(chǎn)物，不同的微生物要求不同的pH值，過高或過低的pH對微生物是不利的，表現(xiàn)