废水厌氧生物处理(2)市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

No.1第15章 厌氧生物处理n15.1 概述n15.2 厌氧生物处理基本原理n15.3 厌氧微生物生态学n15.4 升流式厌氧污泥床反应器n15.5 两相厌氧生物处理n15.6 悬浮生长厌氧生物处理法n15.7 固着生长厌氧生物处理法第1页第1页15.2 15.2 15.2 15.2 厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理厌氧生物处理机理15.2.1 机理机理15.2.2 微生物学微生物学15.2.3 2个关键问题个关键问题第2页第2页15.2.1 机理机理二二、三三、四四三三+四四第3页第3页两阶段理论两阶段理论两阶段理论两阶段理论1930年年Buswell和和Neave必定了必定了Thumm和和Reichie(1914)与与Imhoff(1916)见解，有机见解，有机物厌氧消化过程分为物厌氧消化过程分为酸性发酵酸性发酵和和碱性发碱性发酵酵两个阶段两个阶段.第4页第4页两阶段理论两阶段理论第5页第5页三阶段论三阶段论三阶段论三阶段论两阶段理论这一观点，几十年来始终占两阶段理论这一观点，几十年来始终占统治地位统治地位（近（近50年）年），在国内外相关厌，在国内外相关厌氧消化专著和教科书中始终被广泛应用。氧消化专著和教科书中始终被广泛应用。M.P.Bryant(1979)依据对产甲烷菌和产氢依据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌研究结果，认为两阶段理论不产乙酸菌研究结果，认为两阶段理论不够完善，提出了三阶段理论。够完善，提出了三阶段理论。第6页第6页三阶段理论三阶段理论第7页第7页创新点：创新点：创新点：创新点：该该理理论论认认为为产产甲甲烷烷菌菌不不能能利利用用除除乙乙酸酸，H2/CO2，和和甲甲醇醇等等以以外外有有机机酸酸和和醇醇类类，长长链链脂脂肪肪酸酸和和醇醇类类必必须须通通过过产产氢氢产产乙乙酸酸菌菌转转化化为为乙乙酸酸、H2和和CO2等等后后，才才干干被被产甲烷菌利用。产甲烷菌利用。第8页第8页四种群说四种群说四种群说四种群说J.C.Zeikuus(1979)在第一届国际厌氧消化在第一届国际厌氧消化会议上提出了四种群说理论。会议上提出了四种群说理论。第9页第9页四种群说四种群说第10页第10页第11页第11页复杂有机物（多糖、脂、蛋白质）复杂有机物（多糖、脂、蛋白质）复杂有机物（多糖、脂、蛋白质）复杂有机物（多糖、脂、蛋白质）A类有机物类有机物B类有机物类有机物CO2+H2O NH3,H2S乙酸乙酸氢氢产甲烷作用产甲烷作用甲基合成，氢还原甲基合成，氢还原CH4+CO2NH3,H2S第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段产氢产产氢产产氢产产氢产乙酸乙酸乙酸乙酸细菌细菌细菌细菌第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段产产产产甲烷甲烷甲烷甲烷细菌细菌细菌细菌横向转化横向转化横向转化横向转化同型产同型产同型产同型产乙酸乙酸乙酸乙酸细菌细菌细菌细菌第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段水解水解水解水解发酵细菌发酵细菌发酵细菌发酵细菌水解发酵作用水解发酵作用产氢产乙酸作用产氢产乙酸作用同型产乙酸作用同型产乙酸作用液化液化酸酸化化气气化化第12页第12页第13页第13页No.14Overview Anaerobic BiodegradationPolymers(proteins,polysaccharides)Monomers(sugars,amino acids,peptides)butyratepropionateH2+CO2acetateCH4+CO2hh111122233444Hydrolytic enzymesFermentative bacteriaSyntrophic acetogenic bacteriaHomoacetogenic bacteriaMethanogensMethanogenic Consortium第14页第14页No.15第一第一阶阶段段l液化液化l水解水解l不不溶溶解解性性大大分分子子有有机机物物经经胞胞外外水水解解酶酶作作用用，在在溶溶液液中中分分解解为为水水溶溶性性小小分分子子有有机机物物，如如氨氨基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等基酸、脂肪酸、葡萄糖、甘油等l纤维素经水解转化成较简朴糖类；纤维素经水解转化成较简朴糖类；l蛋白质转化成较简朴氨基酸；蛋白质转化成较简朴氨基酸；l脂类转化成脂肪酸和甘油等。脂类转化成脂肪酸和甘油等。第15页第15页No.16u发酵（酸化）发酵（酸化）u这这些些简简朴朴有有机机物物在在产产酸酸菌菌作作用用下下（胞胞内内酶酶）通通过过厌厌氧氧发发酵酵和和氧氧化化转转化化成成乙乙酸酸、丙丙酸酸、丁丁酸等酸等脂肪酸和醇类脂肪酸和醇类等。等。u完毕者：发酵细菌完毕者：发酵细菌(厌氧菌和兼性厌氧菌厌氧菌和兼性厌氧菌)。第16页第16页No.17第二第二阶阶段段酸化酸化水水解解产产物物被被发发酵酵细细菌菌摄摄入入体体内内，进进行行代代谢谢,因因为为菌菌种种不不同同，产产物物也也不不同同，众众多多产产物物中中仅仅CO2、H2、三甲一乙能、三甲一乙能够够被被产产甲甲烷细烷细菌利用菌利用.其其它它产产物物（丙丙酸酸、丁丁酸酸等等脂脂肪肪酸酸和和醇醇类类）经经产产氢氢产产乙乙酸酸细细菌菌深深入入转转化化成成H2和和乙乙酸酸等等方方可可被被利用利用完完成成者者：发发酵酵细细菌菌、产产氢氢产产乙乙酸酸细细菌菌（同同型型产产乙酸乙酸细细菌）菌）第17页第17页No.18第三第三阶阶段段n气化气化n产产甲甲烷烷细细菌菌利利用用CO2、H2、三三甲甲一一乙乙将将有有机机物物中中碳最后以碳最后以CH4、CO2等产物形式逸出。等产物形式逸出。n完毕者：产甲烷菌完毕者：产甲烷菌第18页第18页No.1915.2.2 微生物学微生物学1水解发酵细菌群水解发酵细菌群2产氢产乙酸细菌群产氢产乙酸细菌群3同型产乙酸细菌群同型产乙酸细菌群4甲烷细菌群甲烷细菌群第19页第19页No.201水解水解发发酵酵细细菌群菌群A A：种类：种类发发酵酵细细菌菌是是一一个个相相称称复复杂杂而而又又庞庞大大细细菌群。菌群。主主要要包包括括纤纤维维素素分分解解菌菌、半半纤纤维维素素分分解解菌菌、淀淀粉粉分分解解菌菌、脂脂肪肪分分解解菌菌、蛋蛋白质分解菌等。白质分解菌等。第20页第20页No.21B B：发酵细菌功效可概括为两个方面：发酵细菌功效可概括为两个方面1 1将大分子不溶性有机物水解成小分子水将大分子不溶性有机物水解成小分子水溶性有机物。溶性有机物。水解作用是在胞外水解酶催化水解作用是在胞外水解酶催化作用下完毕。水解过程是在细菌细胞表面或作用下完毕。水解过程是在细菌细胞表面或周围介质中完毕。周围介质中完毕。发酵细菌群中发酵细菌群中仅有一部分仅有一部分细菌种属含有分泌细菌种属含有分泌水解酶水解酶功效，而水解产物却普通可被其它发功效，而水解产物却普通可被其它发酵细菌群所吸取利用。酵细菌群所吸取利用。第21页第21页No.222 2发酵细菌将水解产物吸取进细胞内，经发酵细菌将水解产物吸取进细胞内，经细胞内复杂酶系统催化转化，将一部分供能细胞内复杂酶系统催化转化，将一部分供能源使用有机物转化为代谢产物，转入细胞外源使用有机物转化为代谢产物，转入细胞外水溶液里，成为参与下一阶段生化反应细菌水溶液里，成为参与下一阶段生化反应细菌群群(主要是产氢产乙酸细菌主要是产氢产乙酸细菌)吸取利用基质吸取利用基质(主主要是有机酸、醇、酮等要是有机酸、醇、酮等)。第22页第22页No.23发发酵酵细细菌主要是菌主要是专专性性厌厌氧菌和兼性氧菌和兼性厌厌氧菌，氧菌，大多数属异养菌。其大多数属异养菌。其优势优势种属随种属随环环境条件和境条件和发发酵基酵基质质不同而异。不同而异。发发酵酵细细菌菌对环对环境条件境条件(如温度、如温度、pH值值、氧化、氧化还还原原电电位等位等)改改变变有有较较强强适适应应性。性。另外，另外，发发酵酵细细菌世代期短，数分菌世代期短，数分钟钟到数十分到数十分钟钟即可繁殖一代。即可繁殖一代。第23页第23页No.24基基 质质纤维素（动植物残体和食草动物粪便）纤维素（动植物残体和食草动物粪便）淀粉（淀粉废液、酒精发酵残渣）淀粉（淀粉废液、酒精发酵残渣）蛋白质（奶酪厂废水）蛋白质（奶酪厂废水）富含肉类罐头残渣富含肉类罐头残渣硫酸盐含量高消化液（硫酸盐制浆黑液）硫酸盐含量高消化液（硫酸盐制浆黑液）生活垃圾和鸡场废弃物生活垃圾和鸡场废弃物第24页第24页No.252产氢产产氢产乙酸乙酸细细菌群菌群发觉发觉S S菌株意义菌株意义产氢产乙酸反应调控产氢产乙酸反应调控第25页第25页No.2619，V.L.Omeliansky分离到1株不产芽孢、发酵乙醇产甲烷菌，后被命名为奥氏甲烷杆菌，现证实其并非一个纯菌种。1967年，M.P.Bryant采用改良Hungate技术将共生Omeliansky甲烷杆菌分纯。证实了它是甲烷杆菌MOH菌株和“S”菌株共生体，使长达51年来始终认为是纯种典型甲烷菌得以弄清楚其本来面目。使产甲烷菌和产氢菌之间互相关系得到了证实。揭示了种间分子氢转移理论，为正确结识厌氧消化过程中氢产生、消耗和调整规律奠定了基础。第26页第26页No.27S菌株和菌株和MOH菌株菌株 营共生营共生S菌株能够能菌株能够能发酵乙醇发酵乙醇产生乙酸和产生乙酸和分子氢分子氢；MOH菌株是一个能菌株是一个能利用分子氢利用分子氢产生产生甲烷甲烷、不能运动、革兰氏染色不定厌氧杆菌。不能运动、革兰氏染色不定厌氧杆菌。资科表明，当氢分压不小于资科表明，当氢分压不小于4.9104Pa时，时，S菌株代谢即受到克制。菌株代谢即受到克制。第27页第27页No.28发觉发觉S菌株意菌株意义义 1(1)以以证证实实奥奥氏氏甲甲烷烷芽芽胞胞杆杆菌菌非非纯纯菌菌种种作作为为突突破破口口，随随之之又又从从热热力力学学上上进进一一步步断断定定，以以前前命命名名几几种种甲甲烷烷细细菌菌（如如能能将将丁丁酸酸和和己己酸酸等等偶偶碳碳脂脂肪肪酸酸氧氧化化成成乙乙酸酸和和甲甲烷烷，以以及及能能将将戊戊酸酸等等奇奇碳碳脂脂肪肪酸酸氧氧化化成成乙乙酸酸、丙丙酸酸和和甲甲烷烷弱弱氧氧化化甲甲烷烷杆杆菌菌，能能将将丙丙酸酸氧氧化化成成乙乙酸酸、丙丙酸酸和和甲甲烷烷弱弱氧氧化化甲甲烷烷杆杆菌菌等等）均均非非纯纯种种，使使得得甲甲烷烷细细菌菌种种属属进进一一步步得得到到纯纯化和确认。化和确认。第28页第28页No.29发觉发觉S菌株意菌株意义义 2(2)否否认认了了原原认认为为可可作作为为甲甲烷烷细细菌菌基基质质许许多多有有机机物物（如如：乙乙醇醇、丙丙醇醇、异异丙丙酵酵、正正戊戊醇醇、丙丙酸酸、丁丁酸酸、异异丁丁酸酸、戊戊酸酸和和己己酸酸等等)，而而将将甲甲烷烷细细菌菌可可直直接接吸吸取取利利用用基基质质范范围围缩缩小小到到仅仅包包括括“三三甲甲一一乙乙”甲甲酸酸、甲甲醇醇、甲甲胺胺类类(一一甲甲胺胺、二二甲甲胺胺、三三甲甲胺胺)、乙乙酸酸简简朴朴有有机机物物和和以以H2CO2组组合合简简朴朴无无机机物物等等为数不多几种化学物质为数不多几种化学物质。第29页第29页No.30发觉发觉S菌株意菌株意义义 3(3)厌厌氧氧消消化化中中，第第一一酸酸化化阶阶段段发发酵酵产产物物除除可可供供甲甲烷烷细细菌菌吸吸取取利利用用“三三甲甲一一乙乙”外外，尚尚有有许许多多其其它它主主要要有有机机代代谢谢产产物物。如如三三碳碳及及三三碳碳以以上上直直链链脂脂肪肪酸酸、二二碳碳及及二二碳碳以以上上醇醇，以以及及酮酮和和芳芳香香族族有有机机酸酸等等。据据实实际际测测定定和和理理论论分分析析，这这些些有有机机物物至至少少占占发发酵酵基基质质50以以上上(以以COD计计)。它它们们最最后后转转化化成成甲甲烷烷，表表明明还还存存在在着着一一大大批批功功效效和和S菌菌株株类类似似能能为为甲甲烷烷细细菌菌提提供供基基质质产产氢氢产产乙乙酸细菌群。酸细菌群。也也就就是是说说，在在有有机机物物厌厌氧氧转转化化链链条条上上，出出现现了了一一个个新新环环节节或或阶阶段段，从从而而为为厌厌氧氧消消化化三三阶阶段段奠奠定了基础。定了基础。第30页第30页No.31产氢产产氢产乙酸反乙酸反应调应调控控产氢产产氢产乙酸乙酸细细菌代菌代谢产谢产物中有分子物中有分子态氢态氢，因，因此体系中此体系中氢氢分分压压高下高下对对代代谢谢反反应进应进行起着主行起着主要要调调控作用控作用：或加速反或加速反应应，求减慢反，求减慢反应应，或中断反，或中断反应应。？厌氧消化系统一旦发生故障时，厌氧消化系统一旦发生故障时，为何经常出现丙酸积累为何经常出现丙酸积累？第31页第31页No.32不同底物不同底物,其反其反应难应难易程度也就不同。易程度也就不同。大气大气压为单压为单位位时时，当，当氢氢分分压压小于小于0.15时时，乙醇即能自乙醇即能自动进动进行行产氢产产氢产乙酸反乙酸反应应，而丁酸而丁酸则则必必须须在在氢氢分分压压小于小于2103下下进进行，行，而丙酸而丙酸则则要求更低要求更低氢氢分分压压(9105)。在在厌厌氧消化系氧消化系统统中，降低中，降低氢氢分分压压工作必工作必须须依依靠甲靠甲烷细烷细菌来完成。菌来完成。第32页第32页No.33由此可见，通过甲烷细菌利用分子态氢以减由此可见，通过甲烷细菌利用分子态氢以减少氢分压对产氢产乙酸细菌生化反应起着少氢分压对产氢产乙酸细菌生化反应起着何等主要调控作用。何等主要调控作用。在以上互营系统中，一旦甲烷细菌因受环境在以上互营系统中，一旦甲烷细菌因受环境条件影响而放慢对分子态氢利用速率，其结条件影响而放慢对分子态氢利用速率，其结果必须是放慢产氢产乙酸细菌对丙酸利用，果必须是放慢产氢产乙酸细菌对丙酸利用，接着依次是丁酸和乙醇。这也阐明了厌氧消接着依次是丁酸和乙醇。这也阐明了厌氧消化系统一旦发生故障时，化系统一旦发生故障时，为何经常出现丙酸为何经常出现丙酸积累原因所在。积累原因所在。第33页第33页No.34在下水在下水污污泥中，有些人分离出泥中，有些人分离出4.2108个个/L产氢产产氢产乙酸乙酸细细菌。其数量与菌。其数量与发发酵酵细细菌比菌比较较靠近。靠近。第34页第34页No.353同型同型产产乙酸乙酸细细菌群菌群在厌氧条件下，能产生乙酸细菌有两类：在厌氧条件下，能产生乙酸细菌有两类：一一类类是是异异养养型型厌厌氧氧细细菌菌，能能利利用用有有机机基基质质(糖糖类类)产生乙酸；产生乙酸；(归类于发酵细菌归类于发酵细菌)一一类类是是混混合合营营养养型型厌厌氧氧细细菌菌，既既能能利利用用有有机机基基质质产产生生乙乙酸酸，也也能能利利用用分分子子氢氢和和二二氧氧化化碳碳产产生生乙乙酸酸。称称之之为为同同型型产产乙乙酸酸细细菌菌(耗耗氢氢产产乙乙酸菌酸菌)。（不是一个细菌）（不是一个细菌）第35页第35页No.36当当前前对对这这类类细细菌菌研研究究还还处处于于初初级级阶阶段段，其其在厌氧消化中主要性尚难作出恰当结论。在厌氧消化中主要性尚难作出恰当结论。但有一点是比较必定但有一点是比较必定:因因能能利利用用氢氢以以减减少少氢氢分分压压，对对产产氢氢发发酵酵细细菌菌有利；有利；同时对利用乙酸甲烷细菌也有利同时对利用乙酸甲烷细菌也有利。第36页第36页No.374甲甲烷细烷细菌群菌群甲烷细菌甲烷细菌细胞结构与普通细菌细胞结构细胞结构与普通细菌细胞结构有明显差别，尤其是有明显差别，尤其是细胞壁细胞壁结构，后者结构，后者都有肽聚糖，而前者却都有肽聚糖，而前者却没有或缺乏肽聚没有或缺乏肽聚糖糖。从生物学发展谱系考察，甲烷细菌。从生物学发展谱系考察，甲烷细菌属于与真核生物和普通单细胞生物无关属于与真核生物和普通单细胞生物无关第三谱系，称之第三谱系，称之为原始细菌为原始细菌(古细菌古细菌)谱谱系。系。甲烷细菌另一特点是对氧和其它氧化剂甲烷细菌另一特点是对氧和其它氧化剂十分敏感，屑于严格专性厌氧菌。十分敏感，屑于严格专性厌氧菌。第37页第37页No.38甲烷细菌形态甲烷细菌形态大体可分为四类：大体可分为四类：球状、杆状、螺旋状和八叠状。球状、杆状、螺旋状和八叠状。(1)球状甲烷细菌通常为正圆形或椭圆形，排成对或球状甲烷细菌通常为正圆形或椭圆形，排成对或链状。链状。(2)杆状甲烷细菌呈短杆、长杆、竹节状或丝状。杆状甲烷细菌呈短杆、长杆、竹节状或丝状。(3)螺旋状甲烷细菌仅发觉一个呈规则弯曲卷状，螺旋状甲烷细菌仅发觉一个呈规则弯曲卷状，最后发展为能运动螺旋丝状。最后发展为能运动螺旋丝状。(4)八叠状甲烷细菌，球形细胞形成规则或不规则堆八叠状甲烷细菌，球形细胞形成规则或不规则堆积状。积状。第38页第38页No.39甲烷细菌能源和碳源物质主要有甲烷细菌能源和碳源物质主要有5种，即种，即H2CO2、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸。第39页第39页No.40 环环境条件境条件氧化氧化还还原原电电位（位（ORP）温度（温度（T）PH值值化学物化学物质质第40页第40页No.41氧化氧化还还原原电电位位(ORP)（Oxidation Reduction Potential）甲甲烷烷细细菌菌细细胞胞内内含含有有许许多多低低氧氧化化还还原原电电位位酶酶系系。当当体体系系中中氧氧化化态态物物质质原原则则电电位位高高和和浓浓度度大大时时(亦亦即即体体系系氧氧化化还还原原电电位位高高时时)，这这些些酶酶系系将将被被高高电电位位不不可可逆逆转转地地氧氧化化破破坏坏，使使甲甲烷烷细菌生长受到克制，甚至死亡。细菌生长受到克制，甚至死亡。氧氧是是厌厌氧氧消消化化系系统统中中回回绝绝存存在在氧氧化化态态物物质质，很少许即能毒害甲烷细菌生长。很少许即能毒害甲烷细菌生长。第41页第41页No.42普普通通认认为为，参参与与中中温温消消化化甲甲烷烷细细菌菌要要求求环环境境中中应应维维持持氧氧化化还还原原电电位位应应低低于于-350mV-350mV；对对参参与与高高温温消化甲烷细菌则应低于消化甲烷细菌则应低于-500600mV-500600mV。第42页第42页No.43温温 度度依依据据甲甲烷烷细细菌菌对对温温度度适适应应范范围围，可可将将甲甲烷烷细细菌分为三类：低温菌、中温菌和高温菌。菌分为三类：低温菌、中温菌和高温菌。低低温温菌菌适适应应范范围围为为20250C，中中温温菌菌为为30450C。高温菌为。高温菌为45750C。经经鉴鉴定定甲甲烷烷细细菌菌中中，大大多多数数为为中中温温菌菌，低低温温菌较少，而高温菌种类也较多。菌较少，而高温菌种类也较多。第43页第43页No.44甲烷细菌要求最适温度范围和厌氧消化系统要甲烷细菌要求最适温度范围和厌氧消化系统要求维持最佳温度范围经常是不一致。求维持最佳温度范围经常是不一致。之之因因此此存存在在差差别别，原原因因在在于于厌厌氧氧消消化化系系统统是是一一个个混混合合菌菌种种共共生生生生态态系系统统，必必须须照照料料到到各各菌菌种种协协调调适适应应性性，以以保保持持最最佳佳生生化化代代谢谢之之间间平平衡衡。假假如如为为了了满满足足嗜嗜热热自自养养甲甲烷烷杆杆菌菌，把把温温度度升升至至6570，则则在在此此高高温温下下，大大部部分分厌厌氧氧产产酸酸细细菌就很难正常生活。菌就很难正常生活。第44页第44页No.45pH值值影响菌体及酶系统生理功效和活性；影响菌体及酶系统生理功效和活性；影响环境氧化还原电位；影响环境氧化还原电位；影响基质可利用性。影响基质可利用性。大多数中温甲烷细菌最适大多数中温甲烷细菌最适pH值范围约在值范围约在6.87.2之间。之间。但各种甲烷菌最适但各种甲烷菌最适pH值也是相差比较大。值也是相差比较大。从从6.0至至8.5各不相同。各不相同。第45页第45页No.46在在培培养养甲甲烷烷细细菌菌过过程程中中，伴伴随随基基质质不不断断吸吸取取利利用用，环环境境中中pH值值也也会会随随之之改改变变。或或逐逐步步升升高高，或或逐逐步步减减少少。pH值值改改变变速速率率基基本本上上和和基基质质利利用用速速率率成成正正比比。一一旦旦基基质质消消耗耗殆殆尽尽，pH值就趋于某一稳定值。值就趋于某一稳定值。第46页第46页No.47化学物化学物质质化学物质系指营养物质以外其它无机和有机物化学物质系指营养物质以外其它无机和有机物质。这些物质对甲烷细菌可产生质。这些物质对甲烷细菌可产生3方面影响，即方面影响，即增进作用，无明显作用，克制作用。增进作用，无明显作用，克制作用。有些学者认为，多数化学物质可兼有以上有些学者认为，多数化学物质可兼有以上3种作种作用，其边界值取决于浓度，即在甚小浓度下可用，其边界值取决于浓度，即在甚小浓度下可起增进细菌生长作用，而在较大浓度下，开始起增进细菌生长作用，而在较大浓度下，开始起克制作用。起克制作用。第47页第47页No.48可幸是可幸是抗生素抗生素对细菌影响却研究得比较进一对细菌影响却研究得比较进一步和全面。步和全面。一个主要结果是：一些对普通细菌克制能力一个主要结果是：一些对普通细菌克制能力很强抗生素却对甲烷细菌不起克制作用。很强抗生素却对甲烷细菌不起克制作用。这一事实主要性在于可利用一些抗生素选择这一事实主要性在于可利用一些抗生素选择性地克制杂菌能力来富集甲烷细菌，供科研性地克制杂菌能力来富集甲烷细菌，供科研之用。之用。第48页第48页No.49原原 因因甲甲烷细烷细菌属于与普通菌属于与普通细细菌不同菌不同谱谱系古系古细细菌菌类类。其其细细胞胞结结构和生理功效构和生理功效颇颇有与普通有与普通细细菌不尽菌不尽相同之相同之处处。因而，就甲因而，就甲烷细烷细菌而言，或因菌而言，或因细细胞胞结结构物构物质质中缺乏一些抗生素目中缺乏一些抗生素目标标物，或因物，或因细细胞胞组织组织中中缺乏吸取和缺乏吸取和输输入一些抗生素机制，致使一些入一些抗生素机制，致使一些抗生素抗生素对这对这种种细细菌失去克制作用。菌失去克制作用。第49页第49页No.5015.2.3 2个关键问题个关键问题第50页第50页第51页第51页No.52当一个过程由一系列互相联系生化反应构成时，某一阶段生化反应速率经常比其它阶段更慢，这一系列反应最慢阶段即为控制反应速率、决定反应速率或限制反应速率环节普通称为限速环节。第52页第52页No.53厌厌氧消化器物料不同，其限速步氧消化器物料不同，其限速步骤骤是不同，即被是不同，即被厌厌氧消化有机物种氧消化有机物种类类将支配所需消化步将支配所需消化步骤骤，即包括不，即包括不同同废废水水时时可能得到不同可能得到不同动动力学模型。力学模型。溶解性底物溶解性底物厌厌氧消化限速步氧消化限速步骤为产骤为产甲甲烷阶烷阶段。段。第53页第53页No.54纤维纤维素、溶解性淀粉、葡萄糖在素、溶解性淀粉、葡萄糖在产产酸相内降酸相内降解特性？解特性？比基比基质质清除速率依次清除速率依次为为：葡萄糖、溶解性淀：葡萄糖、溶解性淀粉、粉、纤维纤维素。素。由于由于纤维纤维素水解是限速素水解是限速环节环节。第54页第54页No.55生生物物质质（麦麦秸秸和和玉玉米米秸秸秆秆）甲甲烷烷发发酵酵研研究究中中，也也发觉发觉水解是水解是厌厌氧消化限速氧消化限速环节环节活活性性污污泥泥消消化化中中，水水解解速速度度也也很很慢慢，为为限限速速环节环节。第55页第55页No.56pH值值是是影影响响厌厌氧氧消消化化过过程程主主要要原原因因，许许多多研研究究结结果果和和实实际际运运营营经经验验表表明明，厌厌氧氧消消化化需需要要一一个个相相对对稳稳定定pH值值范范围围，普普通通来来说说，对对于于以以产产甲甲烷烷为为主主要要目目的的厌厌氧氧过过程程来来说说，为为6.5-7.5，假假如如生生长长环环境境PH值值过过高高(不不小小于于8.0)或或过过低低(低低于于6.0)，产产甲甲烷烷菌菌生生长长代代谢谢和和繁繁殖殖就就会会受受到到克克制制，并并进进而而对对整整个个厌厌氧氧消消化化过过程程产生严重不利影响产生严重不利影响第56页第56页No.57这这是是由由于于厌厌氧氧体体系系中中，其其它它非非产产甲甲烷烷菌菌如如发发酵酵细细菌菌等等对对pH值值改改变变不不如如产产中中烷烷菌菌敏敏感感，在在pH值值发发生生较较大大改改变变时时，这这些些细细菌菌受受到到影影响响较较小小，它它们们能能继继续续将将进进水水中中有有机机物物转转化化为为脂脂肪肪酸酸等等，造造成成反反应应器器内内有有机机酸酸积积累累、酸酸碱碱平平衡衡失失调调，使使产产中中烷烷菌菌活活性性受受到到更更大大克克制制，最后造成反应器运营失败。最后造成反应器运营失败。第57页第57页No.58因因此此，在在厌厌氧氧生生物物处处理理过过程程中中，应应尤尤其其注注意意反反应应器器内内pH值值控控制制，普普通通维维持持在在产产甲甲烷烷菌菌最最适适范范围围内内，即即6.5-7.5(最最佳佳6.8-7.2)之之间间：为为了了维维持持这这样样pH值值，在在利利用用厌厌氧氧工工艺艺处处理理一一些些工工业业废废水水时时，有有时时就就需需要要投投加加酸酸或或碱碱来来调整反应器内调整反应器内pH.第58页第58页No.59有机负荷过高有机负荷过高,会发生什么现象会发生什么现象?由由于于产产酸酸菌菌生生长长较较快快且且对对环环境境条条件件改改变变不不太太敏敏感感,会会造造成成挥挥发发性性脂脂肪肪酸酸累累积积,体体系系pH会会下下降。造成降。造成”酸化酸化”,甚至使系统崩溃。甚至使系统崩溃。第59页第59页No.6015.3 厌厌氧微生物生氧微生物生态态学学15.3.1影响影响产产酸菌主要生酸菌主要生态态因子因子15.3.2影响影响产产甲甲烷烷菌主要生菌主要生态态因子因子15.3.3影响硫酸影响硫酸盐还盐还原菌主要生原菌主要生态态因子因子15.3.4厌厌氧生化反氧生化反应动应动力学力学15.3.5厌厌氧氧过过程程中中微微生生物物优优势势种种群群演演变变及及互互相相关关系系第60页第60页No.6115.3.1影响影响产产酸菌主要生酸菌主要生态态因子因子1、PH值值2、氧化、氧化还还原原电电位（位（ORP)3、碱度、碱度4、温度、温度5、水力停留、水力停留时间时间和有机和有机负负荷荷第61页第61页No.6215.3.2影响影响产产甲甲烷烷菌主要生菌主要生态态因子因子1、PH值值2、氧化、氧化还还原原电电位（位（ORP)3、有机、有机负负荷率荷率4、温度、温度5、污污泥温度泥温度6、碱度、碱度7、接触与、接触与搅搅拌拌8、营营养养9、克制物和激活、克制物和激活剂剂第62页第62页No.6315.3.3影响硫酸影响硫酸盐还盐还原菌主原菌主要生要生态态因子因子1、温度、温度2、PH值值3、氧化、氧化还还原原电电位位4、碳硫比、碳硫比5、盐盐度度第63页第63页No.6415.3.4厌厌氧生化反氧生化反应动应动力学力学在在前前面面学学习习中中已已经经涉涉及及到到好好氧氧生生化化反反应应动动力力学学，厌厌氧氧生生化化反反应应动动力力学学与与好好氧氧类类似似，请请同同窗窗们课们课下自己学下自己学习习第64页第64页No.6515.3.5厌厌氧氧过过程中微生物程中微生物优势优势种群演种群演变变及互相关系及互相关系1、产产 酸酸 细细 菌菌 为为 产产 甲甲 烷烷 细细 菌菌 提提 供供 生生 长长 繁繁 殖殖 底底 物物2、产产酸酸细细菌菌为为产产甲甲烷烷细细菌菌创创造造了了适适宜宜氧氧 化化还还原原电电位位3、产产酸酸细细菌菌为产为产甲甲烷细烷细菌清除了有毒物菌清除了有毒物质质4、产产酸酸细细菌菌为为产产甲甲烷烷细细菌菌生生化化反反应应解解除除了了反反馈馈控制控制5、产产酸酸细细菌菌和和产产甲甲烷烷细细菌菌共共同同维维持持环环境境中中 适宜适宜PH值值第65页第65页No.6615.4 15.4 升流式厌氧污泥床升流式厌氧污泥床（UASBUASB法法)反应器反应器*15.4.115.4.115.4.115.4.1 升流式厌氧污泥床反应器结构特点升流式厌氧污泥床反应器结构特点升流式厌氧污泥床反应器结构特点升流式厌氧污泥床反应器结构特点15.4.2 15.4.2 15.4.2 15.4.2 UASB UASB UASB UASB反应器厌氧颗粒污泥形成及其性质反应器厌氧颗粒污泥形成及其性质反应器厌氧颗粒污泥形成及其性质反应器厌氧颗粒污泥形成及其性质15.4.315.4.315.4.315.4.3 UASB UASB UASB UASB工艺处理系统选择工艺处理系统选择工艺处理系统选择工艺处理系统选择15.4.415.4.415.4.415.4.4 UASB UASB UASB UASB反应器启动与运营反应器启动与运营反应器启动与运营反应器启动与运营第66页第66页No.6715.4.1 15.4.1 升流式厌氧污泥床反应器升流式厌氧污泥床反应器（UASBUASB法法)*)*15.4.1 15.4.1 UASB UASB 结构特点结构特点15.4.2 15.4.2 UASB UASB厌氧颗粒污泥形成及其性质厌氧颗粒污泥形成及其性质15.4.315.4.3 UASB UASB工艺处理系统选择工艺处理系统选择15.4.415.4.4 UASB UASB反应器启动与运营反应器启动与运营第67页第67页Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket15.4.1 15.4.1 升流式厌氧污泥床反应器升流式厌氧污泥床反应器结构特点结构特点第68页第68页No.69UASBUASB1 1、进水分派系统进水分派系统进水分派系统进水分派系统2 2、反应区反应区反应区反应区 (污泥床和污泥悬浮层区污泥床和污泥悬浮层区污泥床和污泥悬浮层区污泥床和污泥悬浮层区)3 3、气、液、固分离器气、液、固分离器气、液、固分离器气、液、固分离器4 4、出水系统出水系统出水系统出水系统5 5、排泥系统排泥系统排泥系统排泥系统第69页第69页第70页第70页No.71第71页第71页No.72第72页第72页No.731 1、进水分派系统、进水分派系统位置：反应器底部位置：反应器底部位置：反应器底部位置：反应器底部功效：均匀配水、搅拌功效：均匀配水、搅拌功效：均匀配水、搅拌功效：均匀配水、搅拌需要满足以下标准：需要满足以下标准：需要满足以下标准：需要满足以下标准：(1)(1)(1)(1)进进进进水水水水装装装装置置置置设设设设计计计计使使使使分分分分派派派派到到到到各各各各点点点点流流流流量量量量相相相相同同同同，确确确确保单位面积进水量基本相同预防发生短路等现象。保单位面积进水量基本相同预防发生短路等现象。保单位面积进水量基本相同预防发生短路等现象。保单位面积进水量基本相同预防发生短路等现象。(2)(2)(2)(2)很很很很容容容容易易易易观观观观测测测测进进进进水水水水管管管管堵堵堵堵塞塞塞塞，当当当当堵堵堵堵塞塞塞塞发发发发觉觉觉觉后后后后，必须很容易被去除。必须很容易被去除。必须很容易被去除。必须很容易被去除。(3)(3)(3)(3)应应应应尽尽尽尽也也也也许许许许(即即即即使使使使不不不不是是是是必必必必须须须须)满满满满足足足足污污污污泥泥泥泥床床床床水水水水力力力力搅搅搅搅拌拌拌拌需需需需要要要要，确确确确保保保保进进进进水水水水有有有有机机机机物物物物与与与与污污污污泥泥泥泥快快快快速速速速混混混混合合合合，预预预预防防防防局部产生酸化现象。局部产生酸化现象。局部产生酸化现象。局部产生酸化现象。第73页第73页No.74为为为为了了了了在在在在反反反反应应应应器器器器底底底底部部部部取取取取得得得得进进进进水水水水均均均均匀匀匀匀分分分分布布布布，有有有有必必必必要采用将进水分派到多个进水点分派装置。要采用将进水分派到多个进水点分派装置。要采用将进水分派到多个进水点分派装置。要采用将进水分派到多个进水点分派装置。一个进水点服务最大面积问题一个进水点服务最大面积问题一个进水点服务最大面积问题一个进水点服务最大面积问题?第74页第74页No.75对对对对于于于于UASBUASBUASBUASB反反反反应应应应器器器器LettingaLettingaLettingaLettinga提提提提议议议议在在在在完完完完毕毕毕毕了了了了启启启启动动动动之后，之后，之后，之后，每个进水点承担每个进水点承担每个进水点承担每个进水点承担2.0-4.0m2.0-4.0m2.0-4.0m2.0-4.0m2 2 2 2。但但但但是是是是在在在在温温温温度度度度低低低低于于于于20202020或或或或低低低低负负负负荷荷荷荷情情情情况况况况，产产产产气气气气率率率率较较较较低低低低并并并并且且且且污污污污泥泥泥泥和和和和进进进进水水水水混混混混合合合合不不不不充充充充足足足足时时时时，需需需需要要要要较较较较高高高高密密密密度度度度布布布布水水水水点点点点。对对对对于于于于都都都都市市市市污污污污水水水水De De De De ManManManMan和和和和van van van van de lastde lastde lastde last提议提议提议提议1-2m1-2m1-2m1-2m2 2 2 2/孔孔孔孔。第75页第75页No.76采用采用UASBUASB处理主要为溶解性废水时处理主要为溶解性废水时进水管口负荷进水管口负荷污泥类型污泥类型污泥类型污泥类型 每个进水口负荷每个进水口负荷每个进水口负荷每个进水口负荷(m2)(m2)(m2)(m2)负荷（负荷（负荷（负荷（kgCOD/mkgCOD/mkgCOD/mkgCOD/m3 3 3 3/d)/d)/d)/d)颗粒污泥颗粒污泥颗粒污泥颗粒污泥0.510.510.510.512.02.02.02.0121212122424242422224444凝絮状凝絮状凝絮状凝絮状污泥污泥污泥污泥0.510.510.510.511112222 中中中中 档档档档 浓浓浓浓度度度度 絮絮絮絮 状状状状污泥污泥污泥污泥1 1 1 12 2 2 21212122222第76页第76页No.77进水分派系统进水分派系统(1)(1)(1)(1)树枝管状树枝管状树枝管状树枝管状 (2)(2)(2)(2)穿孔管式穿孔管式穿孔管式穿孔管式(3)(3)(3)(3)多多多多管管管管多多多多点点点点式式式式用用用用高高高高于于于于反反反反应应应应器器器器水水水水箱箱箱箱式式式式(或或或或渠渠渠渠道道道道式式式式)进进进进水水水水分分分分派派派派系统。系统。系统。系统。第77页第77页No.78 树技管式：树技管式：为了配水均匀普通采用对称布置，各支管出水口向着池底，出水口距池底约20cm，位于所服务面积中心点。管口对准池底设反射锥，使射流向四周均匀散布于池底，出水口支管直径约20mm。这种配水系统只要施工安装正确，配水可基本达到均匀分布。第78页第78页No.79 穿孔管式穿孔管式为了配水均匀，配水管之间中心距可采用1-2m，进水孔距也可采用1-2m，孔口朝向池底，或与铅垂线成45度方向开孔。孔径大小及配水管尺寸应由水力计算拟定。以确保布水均匀。为了预防配水系统堵塞，在设计中应考虑清通也许。第79页第79页No.80 多管多点式多管多点式一根配水管服务一个配水点，即配水管数与配水点数相同。图中所表示为德国设计专利，配水管设置在污泥床不用位置和不同高度上，废水经过一个专门设计脉冲配水器，废水定时地分派给不同位置和高度配水管，对整个反应器进水是连续，这种配水系统效果是很好。第80页第80页No.81配水管道配水管道1 1、设三通进行清通、设三通进行清通、设三通进行清通、设三通进行清通2 2、预预预预防防防防带带带带入入入入空空空空气气气气（厌厌厌厌氧氧氧氧菌菌菌菌克克克克制制制制、爆爆爆爆炸炸炸炸）；大一些管径能够避免气阻。大一些管径能够避免气阻。大一些管径能够避免气阻。大一些管径能够避免气阻。3 3、在在在在反反反反应应应应器器器器底底底底部部部部采采采采用用用用较较较较小小小小直直直直径径径径管管管管道道道道是是是是有有有有利利利利，由由由由于于于于它它它它产产产产生生生生高高高高流流流流速速速速从从从从而而而而产产产产生生生生了了了了较较较较强强强强扰扰扰扰动动动动和和和和进进进进水与污泥之间更密切接触。水与污泥之间更密切接触。水与污泥之间更密切接