12第十二章厌氧生物学原理及厌氧生物处理技术
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概述
原理
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主要构筑物及工艺
厌氧生物处理——概述
在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌 氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程， 称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。
厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、 城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。
（1）氧化还原电位（ORP或Eh） 厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。
厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。
一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电 位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外， 其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废 水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性 废水中的H+等），同样能使体系中的氧化还原电位升 高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化 过程的进行。
厌氧生物处理——原理
（2）温度 温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之 一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有 机物的分解速率有关。
工程上： 中温消化温度为30~38℃（以33~35℃为多）； 高温消化温度为50~55℃。
厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于 ±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。
三、厌氧接触系统 普通消化池用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物 与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌； 同时为了提高处理效率，必须改间断进水排水为连续进水 排水。但这样一来，会造成厌氧污泥的大量流失。 为了克服这一缺点，可在消化池后串联一个沉淀池，将沉 淀下的污泥又送回消化池，因此组成了厌氧接触系统（图 9-4）。 污泥回流量约为进水流量的2~3倍。消化池内的MLVSS 为6~10g/L。
简述厌氧生物处理机理
简述厌氧生物处理机理
厌氧生物处理技术是利用厌氧生物将污染物去除，是一种环保友好的技术。
厌氧生物是不需要氧气作为能源及代谢物质，而是依靠由其他物质（如甲烷、硫化氢和硫酸根）构成的碳源来开展生物代谢反应的微生物群落。
厌氧生物处理技术能较高效地去掉污水中的污染物，因此深受广泛应用。
厌氧生物处理技术主要包括厌氧基本反应和厌氧生物处理步骤。
厌氧基本反应是指厌氧微生物能将高浓度的有机物质，如饱和醇、蛋白质等，通过氧化降解有机物转变为低强度的有机物或无机物，从而降低废水的污染强度；厌氧生物处理步骤包括厌氧发酵、缓冲、浓缩、脱水、有机物脱除及处理后水的处理。
首先，厌氧发酵罐中加入废水，在高温条件下发酵，缓慢进行微生物代谢，能有效去除废水中的污染物，从而减少废水中有害物质的浓度；其次，在反应液进行缓冲后，通过密度梯度分离技术能提高反应液的温度及湿度，使有机物的水溶性、悬浮性较低，从而有效降解有机物；最后，在过滤处理后的污水排放前，需经过最后净化环节，使废水中有害物质排放达到规定标准，以确保废水能有效进行深度处理。
总结起来，厌氧生物处理技术是近年来新兴的环保友好技术，是用厌氧生物及其代谢产物将污染物去除，有效地降解污水中的污染物，并使用缓冲、浓缩等技术来满足排放标准，有助于实现污水的有效处理，从而保护环境免受污染。
厌氧生物处理
（2）升流式厌氧污泥床(UASB) • 该工艺由于具有厌氧过滤及厌氧活性污 泥法的双重特点，作为能够将污水中的 污染物转化成再生清洁能源——沼气的 一项技术。对于不同含固量污水的适应 性也强，且其结构、运行操作维护管理 相对简单，造价也相对较低，技术已经 成熟，正日益受到污水处理业界的重视 ，得到广泛的欢迎和应用。
ABR反应器示意图
⑥厌氧迁移式污泥床反应器（AMBR）
• AMBR工艺类似ABR工艺,在每个隔室里增加了机 械搅拌,通过周期性改变进出水的方向来保持大 量的污泥,使每个上流式污泥床保持一致。有实 验证明，AMBR处理工艺在15℃和20℃时处理脱 脂牛奶,水力停留时间4~12h,有机负荷为 1·0~3·0kgCOD/m3·d,在更高COD负荷,在15℃时 COD的去除率为59%;在20℃时,COD负荷为1·0~2·0 kg COD/m3·d COD的去除率为80~95%。
注：(a)EGSB; (b)IC; ©UFB 第三代反应器结构示意图
④ASBR反应器
• ASBR法的主要特征是以序批式间歇的方 式运行,通常由一个或几个ASBR反应器组 成.运行时,废水分批进入反应器,与其中的 厌氧颗粒污泥发生生化反应,直到净化后 的上清液排出,完成一个运行期。ASBR法 一个完整的运行操作周期按次序应分为四 个阶段:进水期、反应期、沉降期和排水 期,如下图所示：
五、现代厌氧反应器技术的发展方向
5.1 两相或多级厌氧处理技术
第三代厌氧反应器特点比较
• 厌氧反应器的处理效率主要决定于反应器所能保有的 微生物浓度及其生化反应速率,而传质条件对生化反应 速率起着重要的作用。针对这些因素，新一代的反应 器具有一些共同的特性: • 1)微生物均以颗粒污泥固定化的方式存在于反应器中, 单位容积达微生物持有量更高; • 2)能承受更高的水力负荷,具有较高的有机污染物净化 效能; • 3)具有较大的高径比,占地面积小,动力消耗小; • 4)颗粒污泥与有机物之间具有更好的传质,使反应器的 处理能力大大提高. • 他们也具有各自的特点，也有各自的不足，具体见下 表：
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物降解有机废水的生物处理技术。
厌氧生物处理的基本原理是在缺氧或无氧条件下，利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解，产生甲烷等气体和沼气，从而达到净化水质的目的。
首先，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物。
厌氧微生物是一类能在缺氧或无氧条件下生存和繁殖的微生物，它们能够利用有机废水中的有机物作为碳源进行代谢活动。
这些厌氧微生物主要包括厌氧菌、产甲烷菌等。
其次，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解。
在厌氧条件下，有机废水中的有机物经过厌氧微生物的作用，会被降解成简单的有机物、甲烷等气体和沼气。
这些产物对水质没有污染性，从而达到净化水质的目的。
最后，厌氧生物处理的基本原理是产生甲烷等气体和沼气。
在厌氧生物处理过程中，厌氧微生物降解有机废水中的有机物时，会产生大量的甲烷等气体和沼气。
这些气体可以被收集利用，既能减少污染物的排放，又能够转化成可再生能源，具有双重的环保和经
济效益。
总之，厌氧生物处理的基本原理是利用厌氧微生物对有机废水中的有机物进行降解，产生甲烷等气体和沼气，从而达到净化水质的目的。
这种生物处理技术在污水处理和有机废水处理中具有重要的应用价值，对于改善环境质量、减少污染物排放、提高资源利用率具有重要意义。
厌氧生物处理技术基本原理
厌氧生物处理技术基本原理厌氧生物处理技术是一种利用厌氧菌降解有机废物的生物处理技术。
它通过在缺氧条件下，利用厌氧菌将有机物质降解成更简单的无害物质，从而实现废物的处理和资源化利用。
厌氧生物处理技术已经在污水处理、有机废物处理和生物能源生产中得到广泛应用。
该技术的基本原理是通过一系列生物化学反应来降解有机物质，最终将其转化为甲烷、二氧化碳、水和微生物体。
在厌氧条件下，厌氧菌会利用有机物质作为碳源，进行氧化还原反应，产生甲烷和二氧化碳，并释放能量维持自身的生长和代谢。
这个过程主要包括有机物质的水解、酸化、产氢、乙酸化和甲烷发酵等多个步骤。
首先，有机物质进入厌氧生物反应器后，会被一些特定的厌氧菌降解成简单的有机物质和无机物质。
在这个过程中，有机物质将被水解成糖类、脂肪酸、蛋白质等简单的有机物质。
随后，这些有机物质将被厌氧菌进行酸化反应，产生一些低分子量的有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸等。
接着，这些有机酸将被更特定的厌氧菌通过产氢和乙酸化反应转化成氢气、二氧化碳和乙醇等物质。
而进一步，这些产生的一系列简单有机物质将继续被其他特定的厌氧菌利用，通过甲烷发酵反应转化为甲烷和二氧化碳。
最终，这些有机物质将被完全转化成甲烷、二氧化碳、水和微生物体。
厌氧生物处理技术有一系列明显的优势。
首先，厌氧生物处理系统处理过程中不需要供氧，因此可以节省大量的能源，比传统的好氧生物处理技术更加节能环保。
另外，厌氧生物处理技术还可以处理高浓度有机废水和高固体废物，对废水处理和有机废物处理过程中的异味和噪声产生较小的影响。
此外，通过厌氧生物处理技术产生的甲烷可以作为一种可再生能源利用，并能够减少温室气体的排放。
然而，厌氧生物处理技术也存在一些挑战。
首先，厌氧生物处理技术的反应速率通常较慢，处理效率较低，需要较长的处理时间。
另外，厌氧生物处理技术的操作和维护成本较高，需要一定的专业知识和技术支持。
此外，在实际应用中，厌氧生物处理技术对于废物的适用范围和废物特性有一定的要求，不同种类的废物要求不同的处理条件和操作方式。
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物来降解有机废物的处理技术。
与好氧生物处理相比，厌氧生物处理在缺氧条件下进行，主要通过厌氧微生物的代谢作用来降解有机废物，产生沼气和有机肥料。
厌氧生物处理的基本原理如下：1. 有机物降解：在厌氧条件下，厌氧微生物通过产生酶类来降解有机废物。
这些酶类能够将复杂的有机物分解成较简单的有机酸和气体。
2. 酸化阶段：在有机物的降解过程中，产生的有机酸会进一步被厌氧微生物转化为挥发性脂肪酸（VFA）。
这个阶段被称为酸化阶段，其中主要产生乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸。
3. 产气阶段：在酸化阶段产生的挥发性脂肪酸会被厌氧微生物进一步代谢产生沼气。
这个阶段被称为产气阶段，其中主要产生甲烷和二氧化碳。
4. 沉淀阶段：随着有机物的降解和挥发性脂肪酸的生成，废水中产生的悬浮物和污泥会逐渐沉淀下来。
这个阶段被称为沉淀阶段，其中沉淀物主要是含有厌氧微生物的混合污泥。
5. 沼渣处理：在沉淀阶段产生的沼渣可以作为有机肥料来利用。
沼渣可以被用于农田的施肥，以提供植物所需的养分。
通过厌氧生物处理，有机废物得以有效降解，同时还能够产生沼气和有机肥料。
沼气是一种可再生能源，可以用于发电、取暖和煮饭等。
有机肥料则可以替代化学肥料，减少对环境的污染。
厌氧生物处理的应用范围广泛，包括农村的农业废弃物处理、城市污水处理、食品加工废弃物处理等。
然而，厌氧生物处理也有一些限制和挑战，如对温度和pH值的要求较高，处理过程中产生的气味等。
总的来说，厌氧生物处理是一种有效的有机废物处理技术，通过利用厌氧微生物的代谢作用来降解有机废物，并产生沼气和有机肥料。
在未来的发展中，厌氧生物处理有望成为一种重要的可持续发展解决方案，为环境保护和资源循环利用做出贡献。
污水的厌氧生物处理
污水的厌氧生物处理污水处理是现代城市运营的重要组成部分，其目的是保障社会公共卫生和保护环境。
污水处理的方法有很多种，其中之一就是厌氧生物处理。
本文将介绍厌氧生物处理的原理、工艺和应用。
一、厌氧生物处理的原理厌氧生物处理是一种利用厌氧微生物在缺氧条件下将有机物转化为沼气和污泥的处理方式。
厌氧微生物是一种需氧物质分解的微生物，它们不需要氧气参与，在缺氧环境下能够利用有机物进行呼吸新陈代谢，产生沼气和污泥。
其原理是通过厌氧消化反应，利用厌氧微生物对污水中的有机物进行生物降解，并在消化过程中产生沼气和污泥。
二、厌氧生物处理的工艺1. 厌氧消化池：包括前处理池、消化池和后处理池三个部分，其中前处理池主要进行污水的初步处理，使污水pH值和有机物浓度等达到适宜的条件，消化池是微生物生长繁殖和代谢转化的主要区域，而后处理池则是沼气替换的主要区域。
2. UASB工艺：UASB是上升式厌氧消化池的缩写，主要是通过污水内的有机物质来维持微生物的生存及生长繁殖，在尽量减少经济投入和能耗而达到高效处理的目的。
3. IC工艺：IC 是内循环式厌氧消化池的缩写，是一种厌氧处理工艺，其原理是利用内循环技术，使污水循环流动，达到污水中有机物质和污泥高效接触的目的。
4. EGSB工艺：EGSB是加强型上升式厌氧消化池的缩写，主要是通过增强反应器内的混合能力，在尽可能短的停留时间内完成水质的提高，大幅度提升厌氧反应的效率。
三、厌氧生物处理的应用1. 适用于高浓度有机物的处理，针对一些污水处理过程中浓度较高的有机物或含重金属的废水，厌氧生物处理技术可以更加高效的完成处理过程。
2. 适用于新型的水源污染处理技术：随着人民生活水平的不断提高以及经济的不断发展，各种新型的水源污染日益增多，这些污染物由于种类多、浓度大、生化难度大，使得传统的水质处理方法显得单一、制约性大，而厌氧生物处理技术则在这种情况下有着很强的应用价值，可以处理一些难处理的污染物。
厌氧生物处理机理研究厌氧反应四个阶段
厌氧生物处理机理研究厌氧反应四个阶段一、概述厌氧生物处理技术在水处理行业中一直都受到环保工作者们的青睐，由于其具有良好的去除效果，更高的反应速率和对毒性物质更好的适应，更重要的是由于其相对好氧生物处理废水来说不需要为氧的传递提供大量的能耗，使得厌氧生物处理在水处理行业中应用十分广泛。
但由于总体反应式基于莫诺方程的厌氧处理受到低浓度废水Ks的限制，所以厌氧在处理低浓度废水方面没有太大的空间，可最近的一些报道和试验表明，厌氧如果提供合适的外部条件，在处理低浓度废水方面仍然有非常高的处理效果。
我们可以根据厌氧反应的原理加以动力学方程推导出厌氧生物处理低浓度废水尤其在处理生活污水方面的合适条件。
二、厌氧反应四个阶段一般来说，废水中复杂有机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解：（1）水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。
废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。
分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。
（2）酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。
（3）产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。
（4）产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。
这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。
再上述四个阶段中，有人认为第二个阶段和第三个阶段可以分为一个阶段，在这两个阶段的反应是在同一类细菌体类完成的。
前三个阶段的反应速度很快，如果用莫诺方程来模拟前三个阶段的反应速率的话，Ks（半速率常数）可以在50mg/l以下，μ可以达到5KgCOD/KgMLSS.d。
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3. 温度条件
据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌 氧法可分为常温消化、中温消化和高 温消化三种类型。 （1）常温消化（10～30 ℃） （2）中温消化（30～40 ℃ ） （3）高温厌氧消化（50～60 ℃ ）
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温度对厌氧消化过程的影响
有机物负荷 (g/L.d） 产气量（L/L.d）
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有机负荷
第四节 厌氧生物处理工艺学
控制厌氧处理效率的基本因素有两类: 一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、
营养比、混合接触状况、有机负荷等； 另一类是环境因素，如温度、pH值、氧化还
原电位、有毒物质等。 产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主
要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步 骤。
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11
三、 产甲烷细菌的形态特征
分为杆状、球状、螺旋状和八叠球状四类。 产甲烷细菌均不形成芽孢，革兰氏染色不定，有
的具有鞭毛。
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四、产甲烷细菌的营养特征
不同的产甲烷细菌生长过程中所需碳源是不一样的。在纯 培养条件下，几乎所有的产甲烷细节都能利用H2和CO2 生产甲烷。在厌氧生物处理中，绝大多数产甲烷细菌都能 利用甲醇、甲胺、乙酸，所以在厌氧生物处理反应设备中 最为常见。
4
产气量
6
3
4
2
2
1
0
0
25 30 35 H值
❖ 每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸 细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH
值范围较广，在4.5-8.0之间。
❖ 产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适 宜pH值为7.0-7.2。
❖ 在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲 烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，
4
一、非产甲烷细菌的分类
发酵细菌群 产氢产乙酸细菌群 同型产乙酸细菌群
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二、产酸发酵代谢产物的NADH/NAD+调节
非产甲烷细菌中缺乏电子传递体系，因而发酵过程中通过 脱氢作用所产生的“多余”电子，必须通过其他途径得以 “释放”，才能保证代谢过程的正常进行。
碳水化合物经EMP途径产生的NADH+H+，一般可通过 与一定比例的丙酸、丁酸、乙醇及乳酸等发酵相偶联而得 以氧化为NAD+，从而保证NADH+H+平衡。
遇氧后会受到抑制，失去活性，要求的氧化还原电位很低， 只有在 -330mV以下才能生长。 培养基中添加还原剂，如Na2S、半胱氨酸。 密封的培养容器气相中也要求无氧，可以向容器里充H2和 CO2比例为70:30。
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2. 分离产甲烷细菌的基本要点 在完全无氧的条件下制备培养基 往培养基里加还原剂——树脂天青 在无氧条件下分装试管 滚管
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三、最佳发酵产物的选择和控制
Pipyn等从回收能量的角度认为，最适发酵产物宜选择乳 酸、乙醇。
任南琪等认为乳酸在进行产氢产乙酸过程中易形成丙酸副 产物，常可导致丙酸积累。选择以丁酸、乙醇和乙酸为最 适发酵产物更为适宜。
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第二节 产甲烷细菌
产甲烷细菌利用有机或无机物作为底物，在厌氧条件下转 化形成甲烷。
产甲烷细菌属于古生菌。可利用H2还原CO2合成CH4，亦 可利用一碳有机化合物和乙酸为底物。
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一、产甲烷细菌的生理特征
产甲烷细菌是严格专性厌氧菌 产甲烷细菌生长特别缓慢 产甲烷细菌对环境影响非常敏感 产甲烷细菌属于古细菌 产甲烷细菌分离培养比较困难
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二、产甲烷细菌的分离
1. 分离产甲烷细菌应具备的条件 严格厌氧条件是分离产甲烷细菌的决定性因素。产甲烷细菌
产甲烷细菌在生活中需要某些维生素和微量元素。
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第三节 厌氧生物处理微生物生态学
一、非产甲烷细菌和产甲烷细菌之间的相互关系
1. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物 2. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位 3. 非产甲烷细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质 4. 产甲烷细菌为非产甲烷细菌的生化反应解除了反馈抑制 5. 非产甲烷细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值
第十二章 厌氧生物学原理及厌 氧生物处理技术
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厌氧生物处理是利用厌氧微生物达到废水、污泥 处理及获得沼气过程的统称。
厌氧生物处理过程是一个连续的微生物学过程， 根据所含微生物的种属及其反应特征，可分为四 个主要阶段。参与厌氧消化的微生物类群总体上 可分为两大类：非产甲烷菌和产甲烷菌。
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厌氧处理的基本原理
第四节 厌氧生物处理工艺学
一、厌氧生物处理工艺条件及其控制 1. 严格厌氧条件 厌氧是最关键的条件，必须修建严格密闭的构筑物，
才能保证沼气发酵正常进行。 2. 发酵原料条件 1）原料的C:N值 2）原料预先堆沤 3）原料的干物浓度
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3. 温度条件
各类微生物适宜的温度范围是不同的， 一般认为，产甲烷菌的温度范围为25-60℃。 在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化 效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。
避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在
6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。
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相对活性（％）
100
80
60
40
20
0
4
5
6
7
8
9
pH 值
pH值对产甲烷菌活性的影响
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5. 搅拌 搅拌可使新鲜有机物与腐熟有机物均匀接触，
加速热传导；均匀地供给细菌以养料；打碎发酵 池液面上的浮渣层，使整个池子处于消化发酵活 跃状态，以提高发酵池的负荷。
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二、产甲烷细菌的生态
1. 产甲烷细菌的分布 产甲烷细菌在自然界的分布极为广泛，在与氧气
隔绝，且无硫酸盐的环境中都可能有产甲烷细菌 的存在。 2. 产甲烷细菌在厌氧反应器中的数量 厌氧反应器中，产甲烷细菌的数量可用MPN法测 定，通过测定试管中有无甲烷存在，作为计数的 数量指标。一般认为，产甲烷细菌的数量与甲烷 产量成正比关系。 3. 厌氧生物处理过程中微生物优势种群的演替 15
有机物厌氧分解生成甲烷的过程 1)发酵性细菌 (2)产氢产乙酸细菌 (3)同型产乙酸菌 (4)利用H2和CO2产甲烷菌（30% ） (5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）
产甲烷化学过程
4H2+C02→CH4＋2H20 CH3C00H→CH4+C02
3
第一节 非产甲烷细菌
非产甲烷细菌常称为产酸菌，它们能将有机底物 通过发酵作用产生挥发性有机酸和醇，往往使处 理构筑物中混合液的pH值保持在较低的水平。