水处理工程厌氧.ppt

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Anaerobic wastewater treatment
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第一节 厌氧法的基本原理
第二节 厌氧法的影响因素
第三节 厌氧消化工艺的发展及其应用
第四节厌氧法的工艺和设备
第五节 厌氧设备的运行管理
第一节 厌氧法的基本原理
废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氢等为受氢体。
好氧呼吸、无氧呼吸、发酵三种呼吸方式，获得的能量水平不同， 如下表所示。
问题：在废水的生物处理中如何利用微生物的呼吸类型
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厌氧呼吸是在无分子氧（O2）的情况下进行的生物氧化。
厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。
厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。
厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。
厌 氧 呼 吸
发酵
指供氢体和受氢体都参与有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物（有机物）。
这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。
例如，葡萄糖的发酵过程：
总反应式：
２０世纪 60年代以前、人们认为厌氧消化过程可分为两个阶段：
第一阶段称发酵阶段，或产酸阶段。在此阶段中不溶性的复杂有机物先在微生物作用下得到水解，继而被转化为简单的有机物，如脂肪酸、醇类、CO2和H2等。这一阶段中起作用的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌。
第二阶段称为产甲烷阶段。在此阶段中由产甲烷细菌将第一阶段的产物转化为CH4和CO2。
早期的厌氧生物处理主要面对的是固态有机物（包括有机污泥或粪便等），所以称为消化。
两阶段:
产生消化气，主体是CH4，以及部分CO2等
甲烷化
污泥的pH迅速下降，大分子有机物转化为小分子有机酸、醇、醛等液态产物和CO2、H2、NH3、H2S等
酸化
消化过程
对厌氧消化过程及厌氧微生物的深入研究使人们发现，上述两阶段学说并没有全面反映厌氧生物处理过程的本质，研究表明，产甲烷菌能够利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2产生CH4，却不能利用含有两个碳以上的脂肪酸和甲醇之外的醇类。布利安特(Bryant)等人又发现，过去被称为“奥氏产甲烷菌”的一种细菌，实际上是两种细菌组成的共培养物，其中一种细菌把乙醇氧化为乙酸和H2，另一种细菌则利用H2和CO2合成CH4。基于在厌氧微生物学方面的新发现，1979年布利安特等人提出了厌氧消化的三阶段理论。
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第一阶段为水解酸化阶段
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第二阶段为产氢产乙酸阶段
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第三阶段为产甲烷阶段
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三阶段理论认为，厌氧消化过程是按以下步骤进行的。
第一阶段 水解酸化阶段
复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。
例如，多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白质则先水解为氨基酸、再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。
碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程
第二阶段，称为产氢、产乙酸阶段
在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。

第三阶段，称为产甲烷阶段，出产甲烷细菌利用乙酸和H2、CO2产生CH4。研究表明，厌氧生物处理过程中约有70％CH4产自乙酸的分解，其余少量则产自H2和CO2的合成。
产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。
至今，三阶段理论巳被公认为对厌氧生物处理过程较全面和较准确地描述。