废水的厌氧生物处理(污水、污泥)

废水厌氧生物处理原理

一、 厌氧消化过程中的主要微生物

主要介绍其中的发酵细菌（产酸细菌）、产氢产乙酸菌、产甲烷菌等。

1、产甲烷菌

产甲烷细菌的主要功能是将产氢产乙酸菌的产物——乙酸和H2/CO2转化为CH4和CO2，使厌氧消化过程得以顺利进行；主要可分为两大类：乙酸营养型和H2营养型产甲烷菌，或称为嗜乙酸产甲烷细菌和嗜氢产甲烷细菌；一般来说，在自然界中乙酸营养型产甲烷菌的种类较少，只有Methanosarcina（产甲烷八叠球菌）Methanothrix（产甲烷丝状菌），但这两种产甲烷细菌在厌氧反应器中居多，特别是后者，因为在厌氧反应器中乙酸是主要的产甲烷基质，一般来说有70%左右的甲烷是来自乙酸的氧化分解。

典型的产甲烷反应：

产甲烷菌有各种不同的形态，常见的有：

① 产甲烷丝菌；等等。

产甲烷菌都是严格厌氧细菌，要求氧化还原电位在-150～-400mv，氧和氧化剂对其有很强的毒害作用；产甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代时间长，可达4～6天，因此，一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤。

② 产甲烷球菌；

③ 产甲烷杆菌；

④ 产甲烷八叠球菌；

2、产氢产乙酸菌：

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。

主要的产氢产乙酸反应有：

注意：上述反应只有在乙酸浓度很低、系统中氢分压也很低时才能顺利进行，因此产氢产乙酸反应的顺利进行，常常需要后续产甲烷反应能及时将其主要的两种产物乙酸和H2消耗掉。

主要的产氢产乙酸细菌多为：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。

3、发酵细菌（产酸细菌）：

发酵产酸细菌的主要功能有两种：

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，并受多种因素影响（pH、SRT、有机物种类等），有时会成为厌氧反应的限速步骤；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；可以按功能来分：纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、蛋白质分解菌、脂肪分解菌等。

农业与技术第３３卷第９期２０１３年９月　

废水的厌氧生物处理技术浅析　

林永秀，牟达的　

（吉林省四平市环境监察支队，吉林四平１３６０００）　

摘要：废水的厌氧生物处理是指在没有游离氧存在的条件下，兼性细茵与厌氧细茴降解和稳定有机物的生物处理方法。厌氧生物处　理运行费用低，还具有剩余污泥量少、可回收能量（ＣＨ。）等优点，因而已经成为废水处理的常用技术。　

关键词：废水；厌氧生物处理；技术　

中圈分类号：ｘ７０３　

厌氧生物处理又称厌氧发酵或厌氧消化。２０世纪７０年代　

后，由于新的处理工艺和设备不断出现，废水处理效率成倍提　高，厌氧生化技术逐渐在高浓度有机废水处理方面显示出优越　

性，目前它已成为环境工程与能源工程中不可或缺的重要技术。　

１厌曩生物处理的基本原理　

厌氧生物处理是一个相当复杂的生物化学过程。整个厌氧　

过程主要由水解产酸菌、产氢产乙酸茵和产甲烷菌３大类群共　

同作用完成。厌氧消化过程可大致分为３个连续的阶段：水解　

酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段（碱性发酵阶段）。　

水解酸化阶段，复杂的大分子、不溶性有机物在微生物　

胞外酶作用下水解成简单的小分子的溶解性有机物。随后，这　

些小分子有机物渗透到细胞内被进一步分解为挥发性的有机酸　（如乙酸、丙酸、丁酸）、醇和醛类等；产氢产乙酸阶段，由　

水解酸化阶段产生的乙醇和各种有机酸等被产氢产乙酸细菌分　

解转化成乙酸、Ｈ２和ＣＯ：等；产甲烷阶段，乙酸、乙酸盐、　

Ｈ２和ＣＯ：等被产甲烷细菌转化为甲烷。　

实际上，在厌氧反应器的运行过程中，厌氧消化的３个阶　

段同时进行并保持一定程度的动态平衡。　

２厌｜一【生袖处理过程的影响因素　根据生理特性的不同，可粗略地将厌氧生物处理过程发挥　

作用的微生物类群分为产酸细菌和产甲烷细菌。厌氧过程的成　

败和消化效率的高低主要取决于产甲烷细菌。因此，在考察厌　

氧生物处理过程的影响因素时。大多以产甲烷细菌的生理、生　

态特征为着眼点。　

影响厌氧处理效率的基本因素有温度、酸碱度、氧化还原　

ISSN1009-8984CN22-1323/N长春工程学院学报(自然科学版)2006年第7卷第3期J.Chan"chunInst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2006,Vol.7,No.313/2739-42

几种污水厌氧生物处理技术

刘红波‘，邵王红“，韩相奎‘

(1.吉林建筑工程学院市政与环境学院，长春130021;2.长春工程学院水利与环境学院，长春130012)

摘要:全面系统地总结了污水厌氧生物处理技术

的发展过程、技术现状以及特点，并对几种反应器结

构性能进行了深入分析，最后指出了废水厌氧处理

技术的发展方向和应用前景。

关健词:污水;厌氧;生物处理

中图分类号:X705文献标识码:A

文章编号:1009-8984(2006)03-0039-04击负荷、回收能源等诸多的优点受到业内人士的

青睐。

0引言

随着世界经济的发展，水资源污染性短缺日益

严重的情况已经引起世界各国的重视。工业企业排放废水对水体污染程度日益加重，污染物的种类日

趋复杂多样。废水生物处理以投资省、能耗低等优

点一直受到环保界人士的重视。废水生物厌氧处理

技术更是以能耗低、负荷高、剩余污泥产量少、耐冲

收稿日期二2006-05一19作者简介:刘红波(1979,8一).男(汉)，河北革城，硕士研究生主要研究污水处理。1厌氧技术发展过程

厌氧生物废水处理技术同好氧生物处理技术一

样，也是人们通过对自然界微生物降解过程强化形

成的一种废水生物处理技术。厌氧反应器的发展经

过了一个比较漫长的过程。从第一批厌氧反应器应

用于污水处理到现在已经有百余年的历史了。1896年英国建成了第一座用于处理生活污水的厌氧消化

池，并且利用其产生的沼气进行照明。随后，20世

纪初美国和澳大利亚也相继出现了连续搅拌式的厌

氧消化池，这就是第1代厌氧生物反应器〔’〕。

第1代厌氧生物废水处理反应器采用的是废水

和污泥完全混合的运行方式，反应器内的污泥停留

时间(SRT)与水力停留时间(HRT)几乎是完全相同

第二节 废水厌氧生物处理原理

废水厌氧生物处理在早期又被称为厌氧消化、厌氧发酵;是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。

一、厌氧生物处理中的基本生物过程-—阶段性理论

1、两阶段理论:

20世纪30~60年代，被普遍接受的是“两阶段理论"

第一阶段：发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能是水解和酸化，主要产物是脂肪酸、醇类、CO2和H2等;主要参与反应的微生物统称为发酵细菌或产酸细菌；这些微生物的特点是：1）生长速率快，2）对环境条件的适应性（温度、pH等）强。

第二阶段:产甲烷阶段,又称碱性发酵阶段；是指产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；主要参与反应的微生物被统称为产甲烷菌(Methane producing bacteria）;产甲烷细菌的主要特点是：1）生长速率慢,世代时间长；2)对环境条件(温度、pH、抑制物等）非常敏感，要求苛刻。

图1厌氧反应的两阶段理论图示 内源呼 碱性发酵阶段 酸性发酵阶段 水解胞外酶

胞内酶产甲烷菌 胞内酶产酸菌 不溶性有机物

可溶性有机物

细菌细 胞 脂肪酸、醇类、 其它产物

细菌细胞 CO2、CH4 2、三阶段理论

对厌氧微生物学的深入研究后，发现将厌氧消化过程简单地划分为上述两个过程，不能真实反映厌氧反应过程的本质;

厌氧微生物学的研究表明，产甲烷菌是一类十分特别的古细菌（Archea）,除了在分类学和其特殊的学报结构外,其最主要的特点是:产甲烷细菌只能利用一些简单有机物作为基质，其中主要是一些简单的一碳物质如甲酸、甲醇、甲基胺类以及H2/CO2等，两碳物质中只有乙酸，而不能利用其它含两碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类;

上世纪70年代,Bryant发现原来认为是一种被称为“奥氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，一种细菌首先把乙醇氧化为乙酸和H2（一种产氢产乙酸细菌），另一种细菌则利用H2和CO2产生CH4(一种真正意义上的产甲烷细菌——嗜氢产甲烷细菌）；因而,Bryant提出了厌氧消化过程的“三阶段理论”：