【正文】 ? 5 產甲烷階段 產甲烷階段是由嚴格的專性厭氧菌（產甲烷菌）將上一階段的小分子酸、醇CO2和氫氣轉化為甲烷的過程。產氫產乙酸菌為產甲烷菌提供底物，產甲烷菌利用氫也為產氫產乙酸過程實現(xiàn)創(chuàng)造條件。需要注意的是乙醇、丁酸、丙酸的產氫產乙酸過程不能自發(fā)進行，需要降低產物氫氣的分壓才能進行?？煞譃槎∷?、乙酸為主要末端產物的丁酸發(fā)酵；丙酸、乙酸為主要末端產物的丙酸發(fā)酵及以乙醇、乙酸為主要末端產物的乙醇發(fā)酵。 ? （四）厭氧生物處理過程分析 ? 2 發(fā)酵階段 發(fā)酵階段可定義為有機物既是電子受體也是電子供體的生物降解反應，產酸菌將水解產物轉化為揮發(fā)性的脂肪酸和醇為主的末端產物，同時產生新生物質，這一過程稱為酸化。 一般認為產甲烷菌是厭氧處理受限步驟，但對難降解、高分子有機物及污泥消化而言，水解過程非常緩慢，是影響厭氧處理限速步驟。 ? （四）厭氧生物處理過程分析 ? 1 水解階段 水解階段可定義為復雜的非溶解性有機物質在產酸細菌胞外水解酶的作用下被轉化為簡單的溶解性小分子有機物過程。 根據(jù)甲烷菌對溫度的適應范圍，將其分為三類：低溫菌（ 20~25℃ ）、中溫菌（ 30~45℃ ）和高溫菌（ 45~75℃ ）。 產甲烷菌 產甲烷菌是參與厭氧消化過程的最后一類也是最重要的一類細菌群，它們和參與厭氧消化過程的其他類型細菌的結構有顯著的差異。 什么是同型產乙酸細菌 ？ 在厭氧條件下能產生乙酸的細菌有兩類：一類是異養(yǎng)型厭氧細菌，能利用有機基質產生乙酸，另一類是混合營養(yǎng)型厭氧細菌，既能利用有機基質產生乙酸，也能利用分子氫和二氧化碳產生乙酸。這些有機物至少占發(fā)酵基質的 50%以上。 ? 4 階段理論 4）產甲烷階段 OHCHCOH 2422 24 ???％）占甲烷的 70(222 243 COCHC O O HCH ??水解酸化細菌功能表現(xiàn)在兩方面： 水解成小分子的水溶性有機物； ，經細胞內復雜的酶系統(tǒng)催化轉化，將一部分供能源使用的有機物轉化為代謝產物，排入細胞外的水溶液里，成為參與下一階段生化反應的細菌群可利用的基質（脂肪酸、醇類等）。 ? 4 階段理論 2）產氫產乙酸階段 在該階段，產氫產乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇外的第一階段的中間產物如丁酸等轉化為乙酸和氫，并有 CO2產生。 ? 3 階段理論 3）產甲烷階段 OHCHCOH 2422 24 ???％）占甲烷的 70(222 243 COCHC O O HCH ??? （三） 4 階段理論 1）水解和發(fā)酵階段 在該階段，復雜有機物在厭氧菌胞外酶的作用下，首先被分解為簡單有機物，如纖維素經過水解轉化為簡單的糖類；蛋白質轉化為簡單的氨基酸；脂肪類轉化為脂肪酸和甘油；（水解） 然后，這些簡單有機物在產酸菌的作用下經厭氧發(fā)酵和氧化轉化為乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類等。 參與這個階段的水解發(fā)酵細菌主要是厭氧菌和兼性厭氧菌。 ? （二） 3 階段理論 1979年研究針對產甲烷菌和產乙酸菌的研究，認為產甲烷菌不能利用除乙酸、CO2/H2和甲醇外的大分子有機酸和醇，大分子大分子有機酸和醇需經過產氫產乙酸菌的作用轉化為乙酸、 CO2和 H2后被產甲烷菌利用。 ? （一）經典厭氧消化過程（ 2 階段理論）： ? （ 1）酸性發(fā)酵階段：即由發(fā)酵性細菌把復雜的有機物進行水解和發(fā)酵（酸化），形成脂肪酸（揮發(fā)酸）、醇類、 CO2和 H2等 。 2）充分發(fā)揮不同類型厭氧菌功能，優(yōu)化兩相厭氧技術 3）優(yōu)化反應器流態(tài)，促進顆粒污泥形成，提高反應器厭氧微生物量，提高能源氣體回收效率。 為提高秸稈等生物質資源的能量利用率，可將生物質厭氧發(fā)酵產沼氣。 傳統(tǒng)垃圾處理方式是填埋、焚燒、和堆肥，對于有機垃圾采取厭氧發(fā)酵的方式，是一種新的嘗試，可以保證污染物的穩(wěn)定，減少污染，并回收能源氣體，當然有機垃圾厭氧消化由于運行費用較高（溫度要求、攪拌），應用仍較少。在世界范圍內得到廣泛的應用。 如高濃度淀粉廢水 COD20220mg/L，直接采用好氧處理，則運行費用很高，經過厭氧處理后出水COD降到 3000mg/L左右，再采取好氧處理，就可以節(jié)省運行費，厭氧過程也回收甲烷。 （ 1 )厭氧生物處理的優(yōu)點： ?可適用于從高濃度到低濃度的廢水處理，工藝穩(wěn)定，運行簡單； ?能量消耗低； ?高容積負荷： 5— 10 kgCOD/m3d ?低污泥產率： — kg/kg COD ?可回收能源：甲烷 ( 沼氣 ) — , 21000— 25000 kJ/m3 ?低營養(yǎng)比： BOD5:N:P=200:5:1 ?具有更強的生化能力； ?處理含表面活性劑廢水無泡沫問題； ?可以降解好氧過程中不易生物降解物質； ?可以處理季節(jié)性排放的廢水 。 （三）厭氧生物處理的主要特征 主要優(yōu)點： ? 能耗低 ， 且還可回收生物能 （ 沼氣 ） ； ? 污泥產量低； —— 厭氧微生物的增殖速率低 ， —— 產酸菌的產率系數(shù) Y為 ~， —— 產甲烷菌的產率系數(shù) Y為 ， —— 好氧微生物的產率系數(shù)約為 0. 5~。在此基礎上開發(fā)出大量新型厭氧反應器，其共同特征是有機負荷高、處理能力強。 —— HRT大大縮短 ， 有機負荷大大提高 ， 處理效率也大大提高； ⑤ 90年代以后 ， 在 UASB反應器基礎上又發(fā)展起來了EGSB和 IC反應器； —— EGSB反應器 ， 處理低溫低濃度的有機廢水； —— IC反應器 ， 處理高濃度有機廢水 ， 可達到更高的有機負荷 。 3）隨著能源危機的出現(xiàn)，厭氧生物處理在 20世紀 70年代后得到快速的發(fā)展，出現(xiàn)了有機負荷和處理效率高的厭氧生物處理工藝，用于處理高濃度有機廢水。特點是停留時間長，出水水質差。 ? 隨著能源危機的出現(xiàn)，重點研究能回收能源氣體的厭氧處理技術，隨著厭氧生化過程研究深入和新型反應器的開發(fā)，厭氧處理技術應用于廢水處理領域，特別是用于處理高濃度有機廢水的處理中。六 厭氧生物處理 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 厭氧生物處理基本原理 第三節(jié) 厭氧微生物生態(tài)學 第四節(jié) 早期厭氧反應器 第五節(jié) 厭氧消化池 第六節(jié) 現(xiàn)代高速厭氧生物反應器 第 七 節(jié) 厭氧生物處理工藝的運行管理 ? 厭氧生物處理傳統(tǒng)上用于污泥的穩(wěn)定處理，利于厭氧微生物，將有機物轉化為甲烷、二氧化碳的過程，也稱厭氧消化或污泥消化。 ? 由于厭氧生物處理工藝反應較慢，所以廢水處理很少采用。 第一節(jié) 概述 （一）厭氧生物處理的發(fā)展 (1)厭氧生物處理的發(fā)展可分為三個時期： 1） 20世紀 20年代前，主要用于廢水和糞便處理，代表性構筑物是化糞池和法國的自動凈化池。 2）隨著好氧工藝的發(fā)展，厭氧生物處理主要用于污泥的穩(wěn)定，主要用于污泥消化。 ? 厭氧生物處理第三個時期典型厭氧反應技術： 1)高厭氧生物量反應器 2）兩相厭氧反應技術 (二 )、厭氧生物處理工藝的發(fā)展簡史 ① 厭氧過程廣泛存在于自然界中； ② 1881年 ， 法國 ， Louis Mouras ， “ 自動凈化器 ” ； ③ 處理城市污水的化糞池 、 雙層沉淀池等 處理剩余污泥的各種厭氧消化池等； —— HRT很長 、 處理效率很低 、 濃臭的氣味等； ④ 70年代后 ， 能源危機 ， 現(xiàn)代高速厭氧反應器 ， 厭氧消化工藝開始大規(guī)模地應用于廢水處理； ? 厭氧接觸法 （ Anaerobic Contact Process） ? 厭氧濾池 （ Anaerobic Filter、 AF ） ? 上流式厭氧污泥層 （ 床 ） 反應器 (Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bed)、 UASB ) ? 厭氧流化床 (Anaerobic Fluidized Bed、 AFB ) ? 厭 氧 附 著 膜 膨 脹 床 (Anaerobic Attached Film Expanded Bed 、 AAFEB) ? 厭氧生物轉盤 （ Anaerobic Rotated Biological Disc、ARBD） ? 擋板式厭氧反應器 （ Anaerobic Baffled Reactor、ABR） 現(xiàn)代高速厭氧反應器的主要特點： —— HRT與 SRT分離 ， SRT相對很長 ， HRT則較短 ， 反應器內生物量很高 。 ? 厭氧生物處理的發(fā)展第三個時期特征： 1)最大限度提高反應器中生物持有量，通過比好氧反應器中高幾倍甚至幾十倍的生物量，使處理效率接近好氧處理效率。 2)厭氧細菌可分為產酸菌和產甲烷菌 2大類，利用厭氧細菌的特點，采取相分離技術，開發(fā)出兩相厭氧反應器，發(fā)揮不同厭氧菌群的各自特點，在各自的反應器中優(yōu)化菌群功能，提高處理效率。 ? 厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的某些有機物進行降解或部分降解； 主要缺點： ? 反應過程較為復雜 —— 厭氧消化是由多種不同性質 、 不同功能的微生物協(xié)同工作的一個連續(xù)的微生物過程； ? 對溫度 、 pH等環(huán)境因素較敏感； ? 出水水質較差 ， 需進一步利用好氧法進行處理； ? 氣味較大； 含有 SO4的廢水會產生硫化物和氣味； ? 為增加反應器內生物量 ， 啟動時間長 （ 約數(shù)月 ） ； ? 出水有機物濃度高，某些情況下出水水質不能滿足排放到地表水體的要求； ? 水質濃度低時產生甲烷的熱量不足以使水溫加熱到 35℃ ； ? 對氨氮的去除效果不好； 低溫下反應速率低； 等 70年代以來，由于能源危機、微生物學的發(fā)展和 Hanget 技術的產生，厭氧生物處理技術被逐步應用于廢水處理。 厭氧生物降解與好氧生物降解的比較 好氧生物降解 厭氧生物降解 微生物種類 : 好氧微生物 (較簡 ) 厭氧微生物 (復雜 ) 降解速率 : 快 慢 降解途徑 : 碳降解 氨降解 碳降解 對氧的要求 : 適當?shù)娜芙庋? 無溶解氧 溫度要求 : 常溫 常溫 中溫 高溫 環(huán)境條件 : 適應范圍寬 適應范圍較窄 營養(yǎng)物質 : 100:5:1 200:5:1 最終產物 : H2O CO2 CH4 H2O CO2 基建費用 : 較低 較高 運行費用 : 較高 較低 回收能源 幾種典型的厭氧反應器示意圖 p501 ? （四）厭氧生物處理工藝的應用現(xiàn)狀 1）應用于高濃度和難降解有機廢水的處理，通過與后續(xù)好氧工藝聯(lián)用，使出水水質滿足排放要