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1、廢水厭氧生物處理過程 設(shè)計與優(yōu)化王廣權(quán)主要內(nèi)容一、厭氧生物處理過程及其特征二、厭氧消化微生物三、厭氧生物處理的影響因素四、厭氧消化工藝的發(fā)展及其應(yīng)用五、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的設(shè)計六、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的啟動和應(yīng)用七、第三代厭氧反應(yīng)器一、厭氧生物處理過程及其特征1、原理厭氧生物處理過程又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由活性污泥中的多種微生物共同作用，使有機(jī)物分解并生成CH4和CO2的過程。2、厭氧生物處理過程人們對有機(jī)物厭氧消化的認(rèn)識不斷深化：兩段說三段說四種群說兩段說1930年Buswell和Neave肯定了Thumm和
2、Reichie(1914)與Imhoff(1916)的看法，把有機(jī)物厭氧消化過程分為:酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個階段。兩段說兩階段厭氧消化過程兩段說中PH變化有機(jī)物厭氧消化過程中pH的變化三階段理論1979年布利安特(Bryant)等人提出了厭氧消化的三階段理論。三階段理論認(rèn)為，厭氧消化過程是按以下步驟進(jìn)行的：三階段厭氧消化過程第一階段，水解、發(fā)酵階段復(fù)雜有機(jī)物在微生物作用下進(jìn)行水解和發(fā)酵。例如，多糖先水解為單糖，再通過酵解途徑進(jìn)一步發(fā)酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白質(zhì)則先水解為氨基酸，再經(jīng)脫氨基作用產(chǎn)生脂肪酸和氨
3、。第二階段產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸階段由一類專門的細(xì)菌，稱為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2和C02。第三階段產(chǎn)甲烷階段由產(chǎn)甲烷細(xì)菌利用乙酸和H2、C02，產(chǎn)生CH4。研究表明，厭氧生物處理過程中約有70%CH4產(chǎn)自乙酸的分解，其余少量則產(chǎn)自H2和CO2的合成。三階段理論是對厭氧生物處理過程較全面和較準(zhǔn)確的描述。幾乎與Bryant提出三階段理論的同時，Zeikus(1979)在第一屆國際厭氧消化會議上提出了四種群說理論。四種群說理論復(fù)雜有機(jī)物厭氧消化過程有四種群厭氧微生物參與，四種群即是：水解發(fā)酵菌，產(chǎn)氫產(chǎn)乙
4、酸菌，同型產(chǎn)乙酸菌（又稱耗氫產(chǎn)乙酸菌），以及產(chǎn)甲烷菌。四種群說有機(jī)物厭氧降解示意圖有硫酸鹽存在條件下葡萄糖的厭氧消化3、厭氧生物處理的主要特征與好氧生物處理相比較，厭氧生物處理的主要特征有：①能量需求大大降低，還可產(chǎn)生能量。因?yàn)閰捬跎锾幚聿灰蠊┙o氧氣，相反卻能生產(chǎn)出含有50%～70%甲烷(CH4)的沼氣，含有較高的熱值(約為21000～25000Kg/m3)，可用作能源。為去除1kgCOD，好氧生物處理大約需消耗0.5～1.0kW·h電能。而厭氧生物處理每去除1kgCOD大約能產(chǎn)生3.5kW·h電能。3、厭氧生物處理的
5、主要特征②污泥產(chǎn)量極低因?yàn)閰捬跷⑸锏脑鲋乘俾时群醚跷⑸锏偷枚?。一般，厭氧消化中產(chǎn)酸細(xì)菌的產(chǎn)率(VSS/COD)為0.15～0.34，產(chǎn)甲烷細(xì)菌為0.03左右，混合菌群的產(chǎn)率約0.17；好氧微生物的產(chǎn)率約為0.25～0.6。3、厭氧生物處理的主要特征因此，去除每千克COD，好氧生物處理的污泥產(chǎn)量約為250～600gVSS；而厭氧生物處理的污泥產(chǎn)量僅為180～200gVSS。3、厭氧生物處理的主要特征③對溫度、pH等環(huán)境因素更為敏感。厭氧細(xì)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
6、降至10℃以下，厭氧微生物的活動能力將非常低下。而好氧微生物對溫度的適應(yīng)能力較強(qiáng)，在5℃以上的溫度條件下均能較好地發(fā)揮作用。產(chǎn)甲烷菌的最適pH范圍也較好氧菌為小。溫度對微生物活性的影響3、厭氧生物處理的主要特征④處理后廢水有機(jī)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(jī)物進(jìn)行降解(或部分降解)。⑥處理過程的反應(yīng)較復(fù)雜。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(yuǎn)比好氧生物處理中的微生物過程復(fù)雜。二、厭氧消化微生物(一)發(fā)酵細(xì)菌(產(chǎn)酸細(xì)菌)主要包括梭菌屬(Clostri
7、digm)、似桿菌屬(Bacteroides)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、真細(xì)菌屬(Eubacterium)和雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等。這類細(xì)菌的主要功能是先通過胞外酶的作用將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物，再將可溶性的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化成脂肪酸，醇類等。不溶性有機(jī)物可溶性有機(jī)物可溶性的大分子有機(jī)物小分子研究表明，該類細(xì)菌對有機(jī)物的水解過程相當(dāng)緩慢，pH和細(xì)胞平均停留時間等因素對水解速率的影響很大。因此，當(dāng)處理的廢水中含有大量難水解的類脂時，水解就會成為厭氧消化過程的限速步驟。但產(chǎn)酸的反應(yīng)
8、速率較快，并遠(yuǎn)高于產(chǎn)甲烷反應(yīng)。發(fā)酵細(xì)菌大多數(shù)為專性厭氧菌，但也有大量兼性厭氧菌。除發(fā)酵細(xì)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)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌近年來的研究所發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌包括互營單孢菌屬(Syntrophomonas)、桿菌屬(Syntrophobacter)、梭菌屬(Cl
