污水的厌氧生物处理

1、污水厌氧生物处理the anaerobic processes，1概要2厌氧法的基本原理3厌氧法的工艺和设备4厌氧法的影响因素5阶段厌氧处理法，污水厌氧生物处理的发展过程18811950年第二代厌氧反应器1955年开发了厌氧接触法的新工艺，现代厌氧反应器的星空卫视第3代厌氧反应器是1980年switzenbaum等人发表的厌氧附着膜膨胀床反应器(aafeb )、厌氧流态化床(afb )。 1概述、厌氧生物化学法的优点： (1)应用范围受供氧限制，好氧法一般适用于中、低浓度有机废水的处理，厌氧法适用于中、高浓度有机废水。 一部分有机物在好氧生物处理法下难分解，但在厌氧生物处理下可分解。 例如固体

2、有机物、着色剂蒽醌、一部分偶氮染料等。 (2)低能源消费好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的甲烷可以作为能量源。 废水有机物达到一定浓度后，甲烷能源可以抵消能源消耗。 原水bod5达到1500mg/l时，可知采用厌氧处理后会残留能量。 有机物浓度越高，剩馀的佗能量越多。 一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。 (3)氮、磷的营养需要量少的好氧法一般为bod 3360 n 3360 p为l00:5:1，厌氧法的bod:n:p为l00:2.5:0.5，氮、磷在缺乏的(4)有杀菌作用的厌氧处理过程中(5)易积存污泥的厌氧活性污泥可长期积

3、存，厌氧反应器可季节性或间歇性运行。 厌氧生物处理法的缺点有： (1)厌氧微生物的增殖慢，所以厌氧设备的启动和处理所需时间比好氧设备长；(2)水不能达到排放标准的情况多，必须进行一头地，因此在厌氧处理后进行好氧处理；(3)厌氧处理系统的操作控制因素复杂。 (4)厌氧过程中产生的气味污染空气。 2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，在厌氧微生物(anaerobic microbes ) (包括兼氧微生物)的作用下，将废水中的各种复杂有机物分解转化为甲烷(methane )和二氧化碳(carbon dioxide )的大量污泥静置固体有机物首先液化，被称为液化阶段之后分解生成物气

4、化，在被称为气化阶段的常温下，全过程持续了半年以上。 传统厌氧消化理论是二阶段理论的第一阶段：氧化阶段，最明显的特点是液态污泥的ph值迅速下降。 污泥中的固体有机物和污水中的大分子化合物，如淀粉、细胞里肌肉、油脂、蛋白质等，在无氧环境下分解，则转变为有机酸、醇、醛、水分子等的液状生成物或co2、h2、nh3、h2s等的瓦斯气体分子，瓦斯气体多溶于泥液。 以感受态生成物中有机酸为主体。 低ph值具有抑制细菌生长的作用，nh3的溶解生成物nh4oh具有中和作用。 第二阶段：煤气化阶段是由低分子有机酸经微生物作用转化为瓦斯气体，与湿地释放的瓦斯气体相似的瓦斯气体，称为甲烷，主体ch4、co2也相当多

5、，由于含有微量的h2、h2s等，因此煤气化阶段多称为甲烷化阶段。、厌氧消化2阶段的模式图、厌氧消化的4阶段、复杂污染物的厌氧分解过程是4阶段的水解作用阶段、发酵阶段(也称为氧化阶段)、冰乙酸产生阶段， 甲烷生成阶段的分块图通过下图所示的1水解作用阶段细菌胞外酶，大分子有机物水解作用而变成小分子有机物的2发酵阶段梭状芽胞杆菌、拟菌等氧化细菌吸收，转换为更简单的化合物分泌细胞细胞球外，生成物为挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢、阿摩尼亚等， 复杂的有机物、1水解作用2发酵、脂肪酸ch4 co2、h2s co2、硫酸盐还原、硫酸盐还原、3产冰乙酸阶段的前阶段的产物进一步转化成冰乙酸、氢、碳酸及新

6、的细胞球物质，该阶段的主导细菌是冰乙酸菌。 此外，水中有硫酸盐时，硫酸盐还原菌也可能参与冰乙酸生成过程。 4甲烷生成阶段的冰乙酸、氢、碳酸、甲酸、甲醇等是利用甲烷和转化成甲醇的细胞球物质。 经过这些个阶段大分子有机物转化为甲烷、二氧化碳、氢、硫化氢等小分子物质和少量厌氧污泥。 废水处理过程中厌氧微生物在厌氧消化系统中主要分为非甲水冷机(non-menthanogens )和产甲烷细菌(menthanogens )两类。 表19-1产酸菌和产甲水冷机菌的特性残奥表与好氧过程的根本区别在于，不使分子氧为氢接纳体，而使化合氧、碳、硫、氮等为氢接纳体。 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，参与了依

7、赖于三个主要类群细菌的消化，即产水解作用细菌(fermentative bacteria )、产氢冰乙酸细菌(acetogenic bacteria )和产甲烷细菌(methanogenic bacteria ) 氧化阶段的总称是酸发生或氧化细菌，是几乎包含所有兼性细菌的甲烷化阶段的总称甲烷细菌。 新的研究成果揭示了厌氧消化经验的四个阶段，复杂的大分子、不溶性有机物首先在胞外酶的作用下水解作用成小分子、溶解性有机物，然后渗透到细胞球体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。 在这个阶段主要生产高级脂肪酸。 产甲烷细菌将冰乙酸、冰乙酸盐、co2、h2等转化为甲烷。 通过产氢冰乙酸细菌，在第一阶段

8、产生的各种有机酸分解，转换为冰乙酸和h2，在分解奇数碳有机酸时也形成co2。 该过程是由两组大姨妈不同的产甲水冷机菌完成的，一组将氢和二氧化碳转化为甲烷，另一组从冰乙酸或冰乙酸盐中脱碳酸产生甲烷，前者占总量的l/3，后者约占2/3。 上述3阶段的反应速度因废水性质而异，在以胞里肌肉、半胞里肌肉、果胶、脂质等污染物为主的废水中，水解作用容易成为限速工序的简单糖类、淀粉、氨基酸、一般蛋白质均能被微生物快速分解，以此类有机物为主要废水甲水冷机的微生物学特征，介绍：甲水冷机是古菌的一种。 古菌(archaeobacteria )与原核生物极为相近。 采用基因分析手段(dna的g c%，16srrna盐

9、化学基序列比较)，发现具有与真核生物相同的特征。 古菌的特征、形态：薄、平、垂直角的几何形态细胞结构：包括成分专一性内含子； 代谢：特殊的补体酶催化剂，代谢多样性呼吸类型：厌氧繁殖速度：比细菌慢的生活习惯：适应极端的环境。古菌的分类、生活习性和大姨妈特性可分为三类：甲水冷机菌、嗜热嗜酸菌、极端嗜盐菌伯杰氏系统细菌学手册可分为5组：甲烷古菌、古生硫酸盐还原菌、极端嗜盐菌、无细胞贴壁古生菌、极端嗜热硫代谢菌、甲烷发酵理论和机制目前应用较多的还是布莱恩(bryant )于1979年提出的四阶段发酵理论：水解作用和发酵菌群将复杂的有机物转化为有机酸：胞里肌肉、淀粉等水解作用单糖，而摇镜头种将分解成焦磷

10、酸的蛋白质水解作用成氨基酸， 以脱氨基化学基为有机酸和阿摩尼亚的脂质水解作用是冰乙酸、丙酸、正丁酸、长链脂肪酸、乙醇、二氧化碳、氢、阿摩尼亚、硫化氢等各种低级脂肪酸和醇。 第一阶段：有机酸产生、微生物群落水解作用、发酵菌群专一性厌氧：梭菌属(clostridium )细菌属(bacteriodes )正丁酸弧菌属(butyrivibrio )真菌(eubacterium )双歧杆菌属(bifidium ) 每毫升污水污泥含108109个水解作用发酵菌，每克挥发性固体含10101011个，其中蛋白酶解107个，胞里肌肉水解作用105个。 微生物群落：微生物群落仅分离出少数产生氢、产生冰乙酸的细菌

11、。 硫酸还原菌或其他产生冰乙酸或氢的细菌；第二阶段：冰乙酸和氢瓦斯气体的产生、产生过程中的产氢和冰乙酸细菌群进行一头地将第一阶段的产物分解为冰乙酸和氢瓦斯气体的硫酸还原菌和其他产生冰乙酸和氢的细菌，将第一阶段发酵的三碳以上的有机酸、长链脂肪酸、芳香族酸和醇等冰乙酸或分解为氢。第二阶段：冰乙酸和氢瓦斯气体的产生，第三阶段：甲烷的产生，微生物：两组大姨妈上不同专一性厌氧的甲水冷机组一组h2和co2合成ch4或co和h2合成ch4另一组脱碳酸生成ch4和co2或用甲酸、甲醇和一甲胺28的甲烷来源于h2的氧化和co2的还原。 72个甲烷来源于冰乙酸盐的分解。 大部分甲烷和二氧化碳的逸散使阿摩尼亚(nh

12、3 )以亚硝酸铵(nh4no2)、碳酸氢铵(nh4hco3)的形式残留在污泥中，这些个能够中和第一阶段产生的酸，创造了生产水泥所需的弱碱性环境。 阿摩尼亚可以用甲水冷机作为氮源。 研究发现，概念：同型产冰乙酸细菌将h2和co2转化为冰乙酸的过程中，被称为同型冰乙酸产生阶段的产甲水冷机菌只能利用h2、co2、co、甲酸、冰乙酸、甲醇及一甲胺等简单物质产生构成甲烷和自身细胞球的物质。 第四阶段：同型冰乙酸生产期，由酸和醇的甲基化学基形成甲烷。 14ch3cooh、14ch4co2、414ch3oh、314ch4 co2 2h2o、施塔特曼、盖克、皮涅和维什尼。 14ch4 2c3h7cooh，19

13、49年，斯塔特曼和本体用同位素14co2氧化乙醇和丁醇，产生具有同位素14c的甲烷，证明甲烷可以通过co2还原形成。 通过醇的氧化将二氧化碳还原形成甲烷和有机酸，2c3h7ch2oh 14co2、14ch42ch3cooh、2c3h7ch2oh 14co2、ch4 4ch3cooh、脂肪酸有时将水作为还原剂或供氢体而产生甲烷， 2c3h7coohco2和费舍尔(fisher )通过h2使co2还原而形成甲烷，在存在4h2 co2、ch4 2h2o、h2和h2o时，观察到甲烷磺酰氧化物和甲酸甲烷，为3h2 co、ch4 h2o、 八日式榻榻米球菌、甲酸甲烷杆菌，一些物质甲烷发酵的产生瓦斯气体量，

14、影响废水厌氧消解处理效果的因素：厌氧活性污泥中微生物的种类、组成、结构以及污泥颗粒大小微生物的生长条件可以保证结构良好的厌氧消化池。 最根本最重要的是微生物的种类和组成。3厌氧法的工艺和设备，根据微生物的生长状态分为厌氧活性污泥法和厌氧生物膜法，根据投入、排出和运行方式分为分批(batch )、连续(continuous ) 及半连续式(semi-continuous )厌氧消化中的物质转化反应的总过程，根据是否在同一反应器中、同一工艺条件下完成，分为一步厌氧消化(one stage digestion )和二步厌氧消化(two stage digestion ) 等厌氧活性污泥法，包括普通消

15、化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器，3.1普通厌氧消化池、普通消化池又称传统或普通消化池(conventional digester )消化池常用密闭圆柱形池，废水定期或连续进入池中池子的直径为数米至三四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底为圆锥形，排泥。 为了使供水和微生物尽快接触，需要一定的搅拌。 常用搅拌方式为： (a )池内机械搅拌； (b )甲烷搅拌(c )循环消化液搅拌。螺旋桨(机械)搅拌的消化池、循环消化液搅拌式消化池、高温厌氧消化需要加温，常用加热方式为3种： (a )废水在消化池外用热交换设备预热至规定温度后进入消化池(b )热蒸汽直接在消化器内加热(c )在消

16、化槽内部安装换热管。 普通消化池的特点为：可以直接处理悬浮固体成分高或粒子大的材料液。 厌氧消化反应和固液分离在同一个池内实现，结构比较简单。 缺乏特殊的装置来保持或补充厌氧活性污泥，消化系统难以保持大量微生物细胞球。 在没有搅拌的消化系统中，材料液的分层现象严重，还存在微生物不能与材料液均匀接触的问题。 温度不均匀，消化效率低。 污水处理厂被用来处理厕所排出的粪便污水。 广泛应用于不设污水厂的合流制排水系统。 例如，城郊乡的别墅式建筑。 下图显示了污水处理厂的结构。 3.2厌氧滤池、厌氧滤池(anaerobic filter又称厌氧固定膜反应器，是研制于六十年代终端的新型高效厌氧处理装置。

17、滤池呈圆柱形，池中装有填充剂，池底和池顶被密封。 厌氧微生物附着在填充材料表面生长，废水通过填充材料层后，废水中的有机物被填充材料表面的厌氧生物膜分解，产生甲烷，甲烷从池顶部排出。 废水从池底进入，从池上部排出，被称为上升式厌氧性过滤池的废水从池的上部进入，以降流的形式流过填料层，从池的底部排出，被称为下降式厌氧性过滤池。 作为填充剂，可以使用碎石、卵石等拳状石质过滤材料，也可以使用塑料填充剂。 厌氧胶滤池的特点和改进：在厌氧胶滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤池的孔中。 厌氧微生物总量沿池高分布不均匀，池浸水部位高，相应有机物去除速度快。 在废水中的有机物浓度高的情况下，特别是供水浮游固体浓度和粒子大的情况下，在供水部位容易发生堵塞现象。 对于厌氧胶滤池，采用(a )出水回流(b )部分填充载体(c )软填料。 厌氧胶滤池的特点是： (a )填料为微生物的附着生长