第6章 废水厌氧生物处理技术PPT课件
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废水厌氧生物处理图文
工程上的厌氧反应器常有常温、中温、高温三种方式， 分别称为常温消化、中温消化和高温消化。
厌氧发酵对温度突变比较敏感，一般允许范围为 ±1.5-2.0℃。突然的温度变化会抑制消化速率，可使甲烷 化严重受阻。
（2）pH及碱度
产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在6.5-7.5之间。
在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过产甲烷阶段，则pH会降低， 影响甲烷菌的生活环境。
第一阶段：有机酸的产生
水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸： • 纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙酮酸； • 将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨； • 脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、
二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。
微生物群落主要是水解和发酵性细菌群 • 专性厌氧的： 梭菌属（Clostridium）；拟杆菌属（Bacteriodes）；丁酸弧菌属 （Butryrivibrio）；真细菌（Eubacterium）；双歧杆菌属（Bifidobacterium） 革兰氏阴性杆菌 • 兼性厌氧的有： 链球菌；肠道菌
由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原 生动物，其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架
为产甲烷 产酸细菌 细菌提供
• 生长繁殖的底物 • 创造适宜的氧化还原电位
• 为产甲烷细菌清除了有毒物质
• 产甲烷细菌为产酸细菌的生化反应解除了反馈抑制 • 产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值
H2CO3 NH4+
（3）氧化还原电位（ORP）
氧化还原电位是指一个体系中氧化剂和还原剂的相对强度，表示溶液的氧化或还原反 应的能力，以伏特或毫伏来计量。
厌氧发酵对温度突变比较敏感，一般允许范围为 ±1.5-2.0℃。突然的温度变化会抑制消化速率，可使甲烷 化严重受阻。
（2）pH及碱度
产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在6.5-7.5之间。
在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过产甲烷阶段，则pH会降低， 影响甲烷菌的生活环境。
第一阶段：有机酸的产生
水解和发酵性细菌群将复杂有机物转化成有机酸： • 纤维素、淀粉等水解为单糖，再酵解为丙酮酸； • 将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨； • 脂类水解为各种低级脂肪酸和醇，例如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸、乙醇、
二氧化碳、氢、氨和硫化氢等。
微生物群落主要是水解和发酵性细菌群 • 专性厌氧的： 梭菌属（Clostridium）；拟杆菌属（Bacteriodes）；丁酸弧菌属 （Butryrivibrio）；真细菌（Eubacterium）；双歧杆菌属（Bifidobacterium） 革兰氏阴性杆菌 • 兼性厌氧的有： 链球菌；肠道菌
由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌 、硫酸盐还原菌、厌氧原 生动物，其中产甲烷丝菌是厌氧活性污泥的中心骨架
为产甲烷 产酸细菌 细菌提供
• 生长繁殖的底物 • 创造适宜的氧化还原电位
• 为产甲烷细菌清除了有毒物质
• 产甲烷细菌为产酸细菌的生化反应解除了反馈抑制 • 产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH值
H2CO3 NH4+
（3）氧化还原电位（ORP）
氧化还原电位是指一个体系中氧化剂和还原剂的相对强度，表示溶液的氧化或还原反 应的能力，以伏特或毫伏来计量。
最新废水厌氧处理技术.pptPPT课件
UASB反应器初次启动的操作原则
1、启动阶段的目的： • 污泥适应将要处理废水中的有机物 • 污泥具有很好的沉降性
2 、启动时要遵守的原则：
• 最初污泥负荷不要太高 • 在挥发酸未能有效分解之前，不应增加反应器负荷 • 控制厌氧细菌的生存环境 • 种泥量要尽量多 • 控制一定的上升流速
3 、形成颗粒污泥的过程：
厌氧接触法的特点：（1）通过污泥回流，保持消化池内 污泥浓度较高，一般为10～15g/L,耐冲击能力强；（2）消 化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2～ 10kgCOD/m3·d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如 常温下，普通消化池为15～30天，而接触法小于10天；（3） 可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在 堵塞问题；（4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加 沉淀池、污泥回流和脱气等设备。厌氧接触法还存在混合液 难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。
• 在产酸发酵反应器中典型的乙醇型发酵末端产物组 成，除液相产物中主要以乙醇和乙酸为主外 ，气 相非中经还 典存 的在 酵大 母量 菌的的乙CO醇2和发H酵2，。而因是而丙这酮一酸发走酵乙类酰型并 CoA旁路，在丙酮酸铁氧还原酶和氢化酶的作用下 生成乙醇，并同时生成CO2、H2。
但是因为产丁酸过程可减少发酵产物中的酸性末端，所 以对加快葡萄糖的代谢进程有促进作用。
丙酸型发酵类型
• 废水厌氧生物处理中，含氮有机化合物（如酵母膏、 明胶、肉膏等）酸性发酵的主要末端产物为丙酸、 乙酸、CO2和少量的丁酸等，并命名为丙酸型发酵。 难降解碳水化合物（如纤维素）的厌氧发酵过程也 常呈现丙酸型发酵
五、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)
升流式厌氧污泥床集生物反应与沉淀于一体的厌氧反应器， 污水从下部流入，通过布水系统、厌氧颗粒污泥层、三相分 离器，污水从上部溢流堰流出。
[工学]第六章 污水的厌氧生物处理
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第六章 污水的厌氧生物处理
参考教材8.3和14.3
6-1 厌氧生物处理的基本原理 6-2 污水的厌氧生物处理方法 6-3 UASB工艺设计
污水的生化处理法
按氧的利用方式不同：
按微生物在水中的集聚状态 不同： 悬浮生长系统 固定膜系统
好氧生物处理 厌氧生物处理
污水生物处理
中、
浓度
废水浓度 有机容积负荷 主要副产物 能耗 营养物需要
升流式厌氧生物滤池
6-2 污水的厌氧生物处理方法
3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ）
厌氧生物滤池的特点：
按降解机理分段：
厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污 泥的形式存在于滤料的孔隙中，微生物的停留时间长，可超过 100d，不易流失。冲击负荷对其影响小。 反应器内各种不同类群的微生物自然分层固定，易使各类 微生物得到最佳的环境，保持其高的活性。在水温25℃～35℃ 时，有机负荷在3kg（COD）/m3· d～10kg（COD）/m3· d以上， 一般COD去除率可达80％以上。厌氧固定膜反应器特别适用于 处理低浓度的溶解性有机废水。 缺点： 厌氧微生物总量沿池高度分布很不均匀。 进水部位容易发生堵塞现象。
分配槽
6-2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，它实际 按降解机理分段： 上是厌氧活性污泥法，消化池后设沉淀池。 在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。 搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。
6-2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
参考教材8.3和14.3
6-1 厌氧生物处理的基本原理 6-2 污水的厌氧生物处理方法 6-3 UASB工艺设计
污水的生化处理法
按氧的利用方式不同：
按微生物在水中的集聚状态 不同： 悬浮生长系统 固定膜系统
好氧生物处理 厌氧生物处理
污水生物处理
中、
浓度
废水浓度 有机容积负荷 主要副产物 能耗 营养物需要
升流式厌氧生物滤池
6-2 污水的厌氧生物处理方法
3. 厌氧生物滤池（anaerobic filter ）
厌氧生物滤池的特点：
按降解机理分段：
厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污 泥的形式存在于滤料的孔隙中，微生物的停留时间长，可超过 100d，不易流失。冲击负荷对其影响小。 反应器内各种不同类群的微生物自然分层固定，易使各类 微生物得到最佳的环境，保持其高的活性。在水温25℃～35℃ 时，有机负荷在3kg（COD）/m3· d～10kg（COD）/m3· d以上， 一般COD去除率可达80％以上。厌氧固定膜反应器特别适用于 处理低浓度的溶解性有机废水。 缺点： 厌氧微生物总量沿池高度分布很不均匀。 进水部位容易发生堵塞现象。
分配槽
6-2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
对于悬浮物较高的有机废水，可以采用厌氧接触法，它实际 按降解机理分段： 上是厌氧活性污泥法，消化池后设沉淀池。 在混合接触池中，要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。 搅拌可以用机械方法，也可以用泵循环池水。
6-2 污水的厌氧生物处理方法
2. 厌氧接触法（anaerobic contact process ）
6厌氧生物处理-168页PPT精选文档
参与这个阶段的水解发酵细菌主要是厌氧菌 和兼性厌氧菌。
4 阶段理论
2）产氢产乙酸阶段
在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲 酸、甲醇外的第一阶段的中间产物如丁酸 等转化为乙酸和氢，并有CO2产生。
4 阶段理论 3）同型产乙酸阶段 同型产乙酸菌利用H2和CO2合成乙酸，
这时产乙酸量较少。
4 阶段理论 4）产甲烷阶段
什么是同型产乙酸细菌 ？
在厌氧条件下能产生乙酸的细菌有 两类：一类是异养型厌氧细菌，能利用 有机基质产生乙酸，另一类是混合营养 型厌氧细菌，既能利用有机基质产生乙 酸，也能利用分子氢和二氧化碳产生乙 酸。前者就是酸化细菌，后者则是同型 产乙酸细菌。
产甲烷菌
产甲烷菌是参与厌氧消化过程的最后一类 也是最重要的一类细菌群，它们和参与厌氧消 化过程的其他类型细菌的结构有显著的差异。 常见的产甲烷菌有：球状、杆状和螺旋状等。
产氢产乙酸细菌的作用是什么？
第一阶段的发酵产物中除可供产甲烷细菌 直接利用的甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类外， 还有许多其他重要的有机代谢产物，如三碳及 三碳以上的直链脂肪酸、二碳及二碳以上的醇、 酮和芳香族有机酸等。这些有机物至少占发酵 基质的50%以上。这些产物最终转化为甲烷， 就是依靠产氢产乙酸细菌的作用。
（四）厌氧生物处理工艺的应用现状 4）秸秆等生物质的资源化。 为提高秸秆等生物质资源的能量利用率， 可将生物质厌氧发酵产沼气。
（五）厌氧生物处理工艺的发展方向
1）提高处理能力，提高反应器厌氧微生 物量。
2）充分发挥不同类型厌氧菌功能，优化 两相厌氧技术
3）优化反应器流态，促进颗粒污泥形成， 提高反应器厌氧微生物量，提高能源气体 回收效率。
根据甲烷菌对温度的适应范围，将其分为 三类：低温菌（20~25℃）、中温菌（30~45℃） 和高温菌（45~75℃）。已鉴定的产甲烷菌中， 大多数是中温菌。
4 阶段理论
2）产氢产乙酸阶段
在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲 酸、甲醇外的第一阶段的中间产物如丁酸 等转化为乙酸和氢，并有CO2产生。
4 阶段理论 3）同型产乙酸阶段 同型产乙酸菌利用H2和CO2合成乙酸，
这时产乙酸量较少。
4 阶段理论 4）产甲烷阶段
什么是同型产乙酸细菌 ？
在厌氧条件下能产生乙酸的细菌有 两类：一类是异养型厌氧细菌，能利用 有机基质产生乙酸，另一类是混合营养 型厌氧细菌，既能利用有机基质产生乙 酸，也能利用分子氢和二氧化碳产生乙 酸。前者就是酸化细菌，后者则是同型 产乙酸细菌。
产甲烷菌
产甲烷菌是参与厌氧消化过程的最后一类 也是最重要的一类细菌群，它们和参与厌氧消 化过程的其他类型细菌的结构有显著的差异。 常见的产甲烷菌有：球状、杆状和螺旋状等。
产氢产乙酸细菌的作用是什么？
第一阶段的发酵产物中除可供产甲烷细菌 直接利用的甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺类外， 还有许多其他重要的有机代谢产物，如三碳及 三碳以上的直链脂肪酸、二碳及二碳以上的醇、 酮和芳香族有机酸等。这些有机物至少占发酵 基质的50%以上。这些产物最终转化为甲烷， 就是依靠产氢产乙酸细菌的作用。
（四）厌氧生物处理工艺的应用现状 4）秸秆等生物质的资源化。 为提高秸秆等生物质资源的能量利用率， 可将生物质厌氧发酵产沼气。
（五）厌氧生物处理工艺的发展方向
1）提高处理能力，提高反应器厌氧微生 物量。
2）充分发挥不同类型厌氧菌功能，优化 两相厌氧技术
3）优化反应器流态，促进颗粒污泥形成， 提高反应器厌氧微生物量，提高能源气体 回收效率。
根据甲烷菌对温度的适应范围，将其分为 三类：低温菌（20~25℃）、中温菌（30~45℃） 和高温菌（45~75℃）。已鉴定的产甲烷菌中， 大多数是中温菌。
厌氧生物处理ppt
微生物种群的影响
厌氧生物处理中的微生物种群是影响 处理效果的重要因素之一。厌氧生物 处理中的微生物种群包括产酸菌、产 甲烷菌等，这些微生物在适宜的环境 条件下协同作用，完成有机物的分解 和沼气的生成。
VS
微生物种群的影响因素包括温度、 pH值、有机负荷率、营养物质等。 在实际操作中，需要控制这些因素， 以保证微生物种群的适宜生长和代谢， 从而提高厌氧生物处理的效果。同时， 还需要注意防止有毒物质的进入，以 避免对微生物种群产生不利影响。
厌氧消化阶段
酸化反应
在厌氧条件下，废水中的复杂有机物被厌氧微生物转化为挥发性 脂肪酸等易降解物质。
产氢产乙酸反应
部分有机物被转化为氢气和乙酸，为甲烷菌提供营养物质。
甲烷化反应
甲烷菌将氢气和乙酸转化为甲烷气体，释放能量并合成细胞物质。
后处理阶段
沉淀
去除经过厌氧处理后废水中的悬浮物和生物污泥。
过滤
通过砂滤池、活性炭过滤等手段进一步去除废水 中的微量有机物、重金属等有害物质。
它通过厌氧微生物的代谢作用，将有 机物转化为甲烷、二氧化碳等无机物。
厌氧生物处理和醇类物质。
产氢产乙酸阶段
02
小分子有机物进一步转化为乙酸和氢气。
甲烷化阶段
03
乙酸和氢气被转化为甲烷。
厌氧生物处理的应用领域
01
废水处理
厌氧生物处理广泛应用于城市污 水、工业废水、高浓度有机废水 等处理领域。
厌氧活性污泥法
厌氧活性污泥法是一种利用活性污泥去除废水中的有机物 和氮、磷等营养物质的技术。
厌氧活性污泥法的原理是利用活性污泥中的微生物将废水 中的有机物转化为沼气和二氧化碳，同时将氮、磷等营养 物质转化为细胞物质或沉淀物。
污水的厌氧生物处理课件
生物膜的吸附、微生物的代谢作用和滤料 的截留作用下，废水中的有机物被降解， 并产生沼气，沼气从池顶部排出。
根据进水的方向将厌氧固定膜反应器 分 为 升 流 式 ( USFF) 、 降 流 式 ( DSFF) 和平流式(LSFF)三种；根据填料填充
的程度分为全充填型和部分充填型。
填料可采用拳状石质滤料，如碎石、 卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。
烷化严重受阻。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
(2) pH及碱度
按降解机理分段：
产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在 6.5-7.5 之间。
在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过 产甲烷阶段，则pH会降低，影响甲烷菌的生活环境。
反应器的pH值过低，常表现为挥发酸浓度过高； pH值过高， 常见于NH4+浓度过高。
(5)有机负荷
按降解机理分段：
在厌氧法中，有机负荷通常是指容积有机负荷，简称容积负荷， 即消化器单位有效容积每天接受的有机物量[kgCOD/m3 ∙d]。此外也 有用污泥负荷表达的，即[kgCOD/kgVSS . d]。
厌氧消化过程中，产酸阶段反应速率比产甲烷阶段反应速率快 得多， 必须十分谨慎的选择有机负荷，使挥发性脂肪酸的生成和消 耗不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统的平衡，有机负荷不 能过高。
甲烷产量的70%
产氢产乙酸阶段
在产氢产乙酸菌的作 用下
产甲烷阶段
两组生理上不同 的产甲烷菌
③ 厌氧消化的4阶段理论
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
参考教材第357页
由于产甲烷菌在厌氧处理的各个阶段中，对环境的影响最敏感机，理分段： 世代时间相对较长，甲烷化反应速度较慢，常作为厌氧消化过程的 控制阶段， 反应条件应重点满足甲烷菌的环境要求。
根据进水的方向将厌氧固定膜反应器 分 为 升 流 式 ( USFF) 、 降 流 式 ( DSFF) 和平流式(LSFF)三种；根据填料填充
的程度分为全充填型和部分充填型。
填料可采用拳状石质滤料，如碎石、 卵石等，也可使用陶粒、塑料等填料。
烷化严重受阻。
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
(2) pH及碱度
按降解机理分段：
产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在 6.5-7.5 之间。
在消化系统中，如果水解发酵阶段与产酸阶段的反应速率超过 产甲烷阶段，则pH会降低，影响甲烷菌的生活环境。
反应器的pH值过低，常表现为挥发酸浓度过高； pH值过高， 常见于NH4+浓度过高。
(5)有机负荷
按降解机理分段：
在厌氧法中，有机负荷通常是指容积有机负荷，简称容积负荷， 即消化器单位有效容积每天接受的有机物量[kgCOD/m3 ∙d]。此外也 有用污泥负荷表达的，即[kgCOD/kgVSS . d]。
厌氧消化过程中，产酸阶段反应速率比产甲烷阶段反应速率快 得多， 必须十分谨慎的选择有机负荷，使挥发性脂肪酸的生成和消 耗不致失调，形成挥发酸的积累。为保持系统的平衡，有机负荷不 能过高。
甲烷产量的70%
产氢产乙酸阶段
在产氢产乙酸菌的作 用下
产甲烷阶段
两组生理上不同 的产甲烷菌
③ 厌氧消化的4阶段理论
1 厌氧生物处理的基本原理
2. 厌氧消化的影响因素
参考教材第357页
由于产甲烷菌在厌氧处理的各个阶段中，对环境的影响最敏感机，理分段： 世代时间相对较长，甲烷化反应速度较慢，常作为厌氧消化过程的 控制阶段， 反应条件应重点满足甲烷菌的环境要求。
6厌氧生物处理 168页
（三）厌氧生物处理的主要特征
主要优点：
能耗低，且还可回收生物能（沼气）；
污泥产量低；
——厌氧微生物的增殖速率低， ——产酸菌的产率系数Y为0.15~0.34kgVSS/kgCOD， ——产甲烷菌的产率系数Y为0.03kgVSS/kgCOD左右， ——好氧微生物的产率系数约为0. 5~0.6kgVSS/kgCOD。
（三）4 阶段理论 1）水解和发酵阶段
在该阶段，复杂有机物在厌氧菌胞外酶的作用 下，首先被分解为简单有机物，如纤维素经过水 解转化为简单的糖类；蛋白质转化为简单的氨基 酸；脂肪类转化为脂肪酸和甘油；（水解）
然后，这些简单有机物在产酸菌的作用下经厌 氧发酵和氧化转化为乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸 和醇类等。
好氧生物降解 厌氧生物降解
好氧微生物(较简) 厌氧微生物(复杂)
快
慢
碳降解 氨降解
碳降解
适当的溶解氧
无溶解氧
常温
常温-中温-高温
适应范围宽
适应范围较窄
100:5:1
200:5:1
H2O CO2 较低
CH4 H2O CO2 较高
较高
较低 回收能源
几种典型的厌氧反应器示意图p501
（四）厌氧生物处理工艺的应用现状
——IC反应器，处理高浓度有机废水，可达到更高的有 机负荷。
厌氧生物处理的发展第三个时期特征： 1)最大限度提高反应器中生物持有量，通过比
好氧反应器中高几倍甚至几十倍的生物量，使处 理效率接近好氧处理效率。在此基础上开发出大 量新型厌氧反应器，其共同特征是有机负荷高、 处理能力强。
2)厌氧细菌可分为产酸菌和产甲烷菌2大类， 利用厌氧细菌的特点，采取相分离技术，开发出 两相厌氧反应器，发挥不同厌氧菌群的各自特点， 在各自的反应器中优化菌群功能，提高处理效率。
污水的厌氧生物处理PPT课件
414CH3OH
314CH4+CO2+2H2O
施大特曼(stadtman)和巴克尔(Barker)
及庇涅(Pine)和维施尼(vishhnise)
1951和1957年用14C示踪原子标记乙酸
的甲基碳原子Biblioteka 证明甲烷是由甲基直接形成-
32
1949年，施大特曼和巴克尔于用同位素14CO2 使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素14C的甲烷，证 明甲烷可由CO2还原形成。
产甲烷菌
产酸菌
敏感，最佳pH为6.8~7.2 <-350mv(中温)，<-560mv(高温)
不太敏感，最佳pH为 5.5~7.0
<-150~200mv
最佳温度：30~38℃，50~55℃
最佳温度：20~35℃
-
16
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、氮等作为受氢体。
-
8
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通过 厌氧微生物(anaerobic microbes)(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(methane)和二氧化碳(carbon dioxide)等物质的过 程，也称为厌氧消化(anaerobic digestion) 。
（5）污泥易贮存
厌氧活性污泥可以长期贮存，厌氧反应器可以
季节性或间歇性运转。
-
7
厌氧生物处理法缺点:
（1）厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启
动和处理所需时间比好氧设备长；
（2）出水往往达不到排放标准，需要进一步
处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；
（3）厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。
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严格厌氧原核微生物、生长特别缓慢、人工培养分离比较 困难 可利用底物：CO2， H2，甲酸，乙酸和甲基胺 存在环境：海底沉积物，河流淤泥，沼泽地，水稻田等
10
厌氧活性污泥的培养
1. 厌氧菌生长速率慢，世代时间长，故驯化、培养时间较长 2. 厌氧活性污泥中主要的微生物组成包括：将大分子水解为小分子的水解细菌，将
第六章 废水厌氧生物处理技术
1
6.1 废水厌氧生物处理的微生物学与生化反应原理 6.2 厌氧生物处理工艺的特点与影响因素 6.3 厌氧生物反应器与工艺
2
6.1 废水厌氧生物处理的微生物学与生化反应原理
3
1. 厌氧微生物
专性厌氧微生物：在无氧条件下生长的微生物。 氧存在，基质脱氢还原NDP产生NDPH2，NDPH2和O2直接作
小分子的单糖、氨基酸等发酵为氢和乙酸的发酵细菌、氢营养型和乙酸营养型的 古菌，利用H2和CO2合成CH4的古菌，厌氧的原生动物。 3. 最良好的颗粒厌氧活性污泥是以丝状厌氧菌为骨架和具有絮凝能力的厌氧菌团粒 化形成圆形或椭圆形的颗粒污泥。
11
6.2 厌氧生物处理工艺的特点与影响因素
12
A 技术成本低，经济性好。
16
5.有毒物质
无机毒性物质
有机毒性物质
氨氮 无机硫化物 盐类 重金属
17
6.3 厌氧生物反应器与工艺
18
厌 氧
普通消化池
活
性
厌氧接触工艺
污
泥
升流式厌氧污泥床反应器
厌
法厌氧生物滤池
艺
生
物
厌氧膨胀床/流化床
膜
法
厌氧生物转盘
19
厌氧消化池
20
1. 厌氧消化池基本原理
基本原理：在微生物作用下，有机物通过液化、酸性发酵和碱性发酵3 个阶段产生沼气的过程。
15
2、pH值和碱度
产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为
6.8~7.2，在<6.5或>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整
个厌氧消化过程的恶化。
3. 氧化-还原电位
非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100~ -100mv的环境正常生长和
活动；产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培养产甲烷菌
产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸 和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于 共生互营关系。
主要的产氢产乙酸细菌为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆 菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
9
产甲烷菌
产甲烷菌(Methanogenus)的共同特征
7
1. 发酵细菌
主要功能： ① 水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性 有机物； ② 酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等； 主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆 菌属等；
水解过程较缓慢，产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌， 也有大量是兼性厌氧菌；
8
2、产氢产乙酸菌：
缺
点
B
初次启动过程缓慢，一般需要8-12周
C 产机生物异。味，产生CH4、H2S及挥发性有
D 对毒性物质较为敏感。
14
影响废水厌氧生物处理的环境因素
1. 温度
厌氧消化过程存在两个最佳温 度范围，一个在35-40℃，另 一个在50-60℃。高温硝化 （55℃）的反应速率比中温消 化高，产气率也高，但甲烷所 占比例减少。
最佳pH为 7-7.5
重金属离
子、NH4+、 表面活性
剂以SO42-、 NO2-、 NO3-
23
3.厌氧消化的工艺与消化池类型
标准消化法
池内不设加热和搅拌装置 01
快速厌氧消化法
有加热和搅拌装置
02
二级厌氧消化法
03
24
厌氧接触工艺
25
厌氧接触法
在混合接触池（消化池）后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消 化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。适用于 活性污泥或深度处理产生的污泥
2．产氢产乙酸阶段
上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这
一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原 菌参与产乙酸过程。
6
3．产甲烷阶段 乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲 烷和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就 被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少 量的厌氧污泥。
有机物 发酵型细菌
脂肪酸、醇类
乙酸
产氢产乙酸 H2+CO2
产甲烷菌 CH4
5
1．水解、发酵阶段
在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物(纤维素，蛋白质)水解为小分 子的有机物。梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的 化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢 气、氨等。
B 能耗低，产生大量能源
优
C 处理负荷高，占地少，反应
点
器体积小。
D
可处理高浓度有机废水。
E
产泥量少，剩余污泥脱水性
能好。
F 对营养物质需求量小。
G 菌种沉降性能好，生物活性保存期长，
终止营养条件可保留至少1年以上。
H 规模灵活，可大可小，设备简单，易
于制作。
13
A 出水COD浓度高，一般不能达标 排放
的初期，氧化还原电位不能高于-330mv。
4. 营养物质与微量元素 厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求
COD：N：P = 200~300：5：1；多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生 素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：
①K、Na、Ca等金属盐类； ②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等； ③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
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工业消化装置
22
2.厌氧消化的条件与影响因素
温度
污泥投 配率
营养与 碳氮比
搅拌
pH
有毒物 质含量
在一定的 温度范围 内驯化后， 对温度敏 感。保持 温度不变
设计时在 5%-12%
之间
C/N太高， pH下降， C/N太低，
pH上升
使鲜料与 熟料均匀 接触，加 强热传导， 均匀供给 细菌养料， 提高负荷。
用生成H2O2； O2分子进入菌体生成游离的O2-。H2O2和O2-均有强烈毒害作用。
兼性厌氧微生物：在无氧或有氧条件下都能生长的微生物。 氧存在，氧化酶系统活跃； 无氧时氧化酶系统迟钝，脱氢酶系统工作。 例如酵母菌
4
•三阶段理论(20世纪70年代Bryant)： 复杂污染物的厌氧降解过程可以分为 三个阶段水解发酵、产氢产乙酸和产 甲烷。微生物分为产酸细菌、产氢产 乙醇细菌和产甲烷细菌。
10
厌氧活性污泥的培养
1. 厌氧菌生长速率慢，世代时间长，故驯化、培养时间较长 2. 厌氧活性污泥中主要的微生物组成包括：将大分子水解为小分子的水解细菌，将
第六章 废水厌氧生物处理技术
1
6.1 废水厌氧生物处理的微生物学与生化反应原理 6.2 厌氧生物处理工艺的特点与影响因素 6.3 厌氧生物反应器与工艺
2
6.1 废水厌氧生物处理的微生物学与生化反应原理
3
1. 厌氧微生物
专性厌氧微生物：在无氧条件下生长的微生物。 氧存在，基质脱氢还原NDP产生NDPH2，NDPH2和O2直接作
小分子的单糖、氨基酸等发酵为氢和乙酸的发酵细菌、氢营养型和乙酸营养型的 古菌，利用H2和CO2合成CH4的古菌，厌氧的原生动物。 3. 最良好的颗粒厌氧活性污泥是以丝状厌氧菌为骨架和具有絮凝能力的厌氧菌团粒 化形成圆形或椭圆形的颗粒污泥。
11
6.2 厌氧生物处理工艺的特点与影响因素
12
A 技术成本低，经济性好。
16
5.有毒物质
无机毒性物质
有机毒性物质
氨氮 无机硫化物 盐类 重金属
17
6.3 厌氧生物反应器与工艺
18
厌 氧
普通消化池
活
性
厌氧接触工艺
污
泥
升流式厌氧污泥床反应器
厌
法厌氧生物滤池
艺
生
物
厌氧膨胀床/流化床
膜
法
厌氧生物转盘
19
厌氧消化池
20
1. 厌氧消化池基本原理
基本原理：在微生物作用下，有机物通过液化、酸性发酵和碱性发酵3 个阶段产生沼气的过程。
15
2、pH值和碱度
产甲烷菌对pH值的变化非常敏感，一般认为，其最适pH值范围为
6.8~7.2，在<6.5或>8.2时，产甲烷菌会受到严重抑制，而进一步导致整
个厌氧消化过程的恶化。
3. 氧化-还原电位
非产甲烷菌可以在氧化还原电位为+100~ -100mv的环境正常生长和
活动；产甲烷菌的最适氧化还原电位为-150~ -400mv，在培养产甲烷菌
产氢产乙酸细菌的主要功能是将各种高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸 和H2；为产甲烷细菌提供合适的基质，在厌氧系统中常常与产甲烷细菌处于 共生互营关系。
主要的产氢产乙酸细菌为：互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属、暗杆 菌属等；多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。
9
产甲烷菌
产甲烷菌(Methanogenus)的共同特征
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1. 发酵细菌
主要功能： ① 水解——在胞外酶的作用下，将不溶性有机物水解成可溶性 有机物； ② 酸化——将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等； 主要的发酵产酸细菌：梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、双岐杆 菌属等；
水解过程较缓慢，产酸反应的速率较快；大多数是厌氧菌， 也有大量是兼性厌氧菌；
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2、产氢产乙酸菌：
缺
点
B
初次启动过程缓慢，一般需要8-12周
C 产机生物异。味，产生CH4、H2S及挥发性有
D 对毒性物质较为敏感。
14
影响废水厌氧生物处理的环境因素
1. 温度
厌氧消化过程存在两个最佳温 度范围，一个在35-40℃，另 一个在50-60℃。高温硝化 （55℃）的反应速率比中温消 化高，产气率也高，但甲烷所 占比例减少。
最佳pH为 7-7.5
重金属离
子、NH4+、 表面活性
剂以SO42-、 NO2-、 NO3-
23
3.厌氧消化的工艺与消化池类型
标准消化法
池内不设加热和搅拌装置 01
快速厌氧消化法
有加热和搅拌装置
02
二级厌氧消化法
03
24
厌氧接触工艺
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厌氧接触法
在混合接触池（消化池）后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消 化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。适用于 活性污泥或深度处理产生的污泥
2．产氢产乙酸阶段
上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质，这
一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原 菌参与产乙酸过程。
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3．产甲烷阶段 乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲 烷和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就 被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少 量的厌氧污泥。
有机物 发酵型细菌
脂肪酸、醇类
乙酸
产氢产乙酸 H2+CO2
产甲烷菌 CH4
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1．水解、发酵阶段
在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物(纤维素，蛋白质)水解为小分 子的有机物。梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的 化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢 气、氨等。
B 能耗低，产生大量能源
优
C 处理负荷高，占地少，反应
点
器体积小。
D
可处理高浓度有机废水。
E
产泥量少，剩余污泥脱水性
能好。
F 对营养物质需求量小。
G 菌种沉降性能好，生物活性保存期长，
终止营养条件可保留至少1年以上。
H 规模灵活，可大可小，设备简单，易
于制作。
13
A 出水COD浓度高，一般不能达标 排放
的初期，氧化还原电位不能高于-330mv。
4. 营养物质与微量元素 厌氧微生物对N、P等营养物质的要求略低于好氧微生物，其要求
COD：N：P = 200~300：5：1；多数厌氧菌不具有合成某些必要的维生 素或氨基酸的功能，所以有时需要投加：
①K、Na、Ca等金属盐类； ②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等； ③有机微量物质：酵母浸出膏、生物素、维生素等。
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工业消化装置
22
2.厌氧消化的条件与影响因素
温度
污泥投 配率
营养与 碳氮比
搅拌
pH
有毒物 质含量
在一定的 温度范围 内驯化后， 对温度敏 感。保持 温度不变
设计时在 5%-12%
之间
C/N太高， pH下降， C/N太低，
pH上升
使鲜料与 熟料均匀 接触，加 强热传导， 均匀供给 细菌养料， 提高负荷。
用生成H2O2； O2分子进入菌体生成游离的O2-。H2O2和O2-均有强烈毒害作用。
兼性厌氧微生物：在无氧或有氧条件下都能生长的微生物。 氧存在，氧化酶系统活跃； 无氧时氧化酶系统迟钝，脱氢酶系统工作。 例如酵母菌
4
•三阶段理论(20世纪70年代Bryant)： 复杂污染物的厌氧降解过程可以分为 三个阶段水解发酵、产氢产乙酸和产 甲烷。微生物分为产酸细菌、产氢产 乙醇细菌和产甲烷细菌。