第四章+厌氧生物处理课件.ppt

1、第四章第四章 厌氧生物处理厌氧生物处理本章内容本章内容 4.1 4.1 厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理4.2 4.2 厌氧反应器厌氧反应器4.3 4.3 厌氧生物处理数学模型厌氧生物处理数学模型4.4 4.4 硫酸盐还原硫酸盐还原本章内容本章内容 4.1 4.1 厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 4.2 厌氧反应器厌氧反应器厌氧反应器厌氧反应器厌氧反应器厌氧反应器4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 4.3 厌氧生物处理数学模型厌氧生物处理数学模型厌氧生物处理数学模型厌氧生物处理数学模型厌氧生物处理数学模型厌氧生物处理数学模型4.4 4.4 4.4 4

2、.4 4.4 4.4 硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原4 4、厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理4.1 4.1 厌氧处理优缺点：厌氧处理优缺点：优点优点(1)(1)应用范围广应用范围广 高浓度：高浓度：15000mg/L (BOD)15000mg/L (BOD)低浓度：低浓度：200200300mg/L(BOD)300mg/L(BOD)(2)(2)能耗低、不需充氧能耗低、不需充氧(3)(3)剩余污泥少剩余污泥少 好氧：好氧：0.40.40.6kg0.6kg生物量生物量/kgCOD/kgCOD去除去除 厌氧：厌氧：0.150.150.2kg0.2kg生物量生物量/kgC

3、OD/kgCOD去除去除(4)(4)沼气可以利用：沼气可以利用：产沼气：产沼气：0.350.350.45m0.45m3 3/kgCOD/kgCOD去除去除 沼气热值：沼气热值：210002100025000 KJ/m25000 KJ/m3 3(5)(5)营养需求量小：营养需求量小：好氧：好氧：BOD:N:P=100:5:1BOD:N:P=100:5:1 厌氧：厌氧：BOD:N:P=300:5:1 BOD:N:P=300:5:1(6)(6)间歇运行可以持续保持活性间歇运行可以持续保持活性 厌氧颗粒污泥可以保持厌氧颗粒污泥可以保持1 1年以上年以上(7)(7)可以分解一些好氧难以降解的化合物可以分

4、解一些好氧难以降解的化合物缺点：缺点：(1)(1)启动慢启动慢(2)(2)出水水质不如好氧，一般需要后处理出水水质不如好氧，一般需要后处理4 4、厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理4.2 4.2 厌氧发酵与厌氧呼吸：厌氧发酵与厌氧呼吸：厌氧发酵：厌氧发酵：电子供体和电子受体都是有机物；电子供体和电子受体都是有机物；厌氧呼吸：厌氧呼吸：无机氧化物作为最终电子受体；无机氧化物作为最终电子受体；厌氧发酵：厌氧发酵：有氧呼吸有氧呼吸O2H 2O硝酸盐还原硝酸盐还原NO3NO2 N2 硫酸盐还原硫酸盐还原SO2-4S2 (HS 、H2S)硫呼吸硫呼吸S0S2碳酸盐呼吸碳酸盐呼吸CO2、HCO3CH3COO

5、-铁呼吸铁呼吸Fe3+Fe2+(产甲烷产甲烷)CO2、HCO3、CH4氧化还原电位氧化还原电位4.2 厌厌氧氧发发酵酵与与厌厌氧氧呼呼吸吸4 4、厌氧生物处理原理厌氧生物处理原理4.2 4.2 厌氧处理过程及微生物：厌氧处理过程及微生物：美国微生物学会采用美国微生物学会采用EhEh来厌氧和好氧过程来厌氧和好氧过程:（19801980年）：年）：好氧：好氧：5050300mv300mv 兼性厌氧：兼性厌氧：420420300mv300mv 专性厌氧：专性厌氧：420420150mv150mv4.2 4.2 厌氧处理过程及微生物：厌氧处理过程及微生物：厌氧生物处理过程：厌氧生物处理过程：上世纪三十

6、年代人们的认识：两阶段上世纪三十年代人们的认识：两阶段4.2 4.2 厌氧处理过程及微生物：厌氧处理过程及微生物：厌氧生物处理过程：厌氧生物处理过程：上世纪七十年代人们的认识：三阶段上世纪七十年代人们的认识：三阶段4.2 4.2 厌氧处理过程及微生物：厌氧处理过程及微生物：厌氧微生物：厌氧微生物：（1 1）不产甲烷菌）不产甲烷菌 （2 2）产甲烷菌）产甲烷菌（1 1）不产甲烷菌）不产甲烷菌 发酵细菌发酵细菌：（水解、发酵）：（水解、发酵）胞外酶的作用胞外酶的作用小分子小分子在细胞内转化成为在细胞内转化成为简单化合物简单化合物分泌到体外分泌到体外 Eh:Eh:100100100mv100mv 4

7、.2 4.2 厌氧处理过程及微生物：厌氧处理过程及微生物：水解过程动力学：水解过程动力学：hkdtd K Kh h 水解常数水解常数 可降解非溶解性基质浓度可降解非溶解性基质浓度 （mg/Lmg/L）4.2 4.2 厌氧处理过程及微生物：厌氧处理过程及微生物：水解产物：水解产物：VFA VFA（挥发性脂肪酸：乙、丙、丁酸（挥发性脂肪酸：乙、丙、丁酸.).)醇、醇、COCO2 2、H H2 2、氨、氨、H H2 2S S产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 发现：奥氏产甲烷发现：奥氏产甲烷“S”S”菌株是产甲烷菌和产菌株是产甲烷菌和产氢产乙酸菌的共生体。氢产乙酸菌的共生体。甲烷甲烷乙醇乙醇丁酸丁酸丙酸丙酸0

8、4080G/KJG/KJlgPlgPm m/atm/atm048+40+80共生：共生：“种间氢转移种间氢转移”，氢在，氢在0.5s0.5s内被消耗，内被消耗，传传 递距离仅递距离仅0.1mm 0.1mm。（2 2）产甲烷菌）产甲烷菌（a a）产甲烷菌的分类）产甲烷菌的分类 伯杰氏细菌鉴定手册（第九版）：伯杰氏细菌鉴定手册（第九版）：产甲烷菌：产甲烷菌：3 3目、目、6 6科、科、1313属、属、4343个种个种 （19911991年，共分离到年，共分离到6565个种）个种）3 3目：甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷微菌目：甲烷杆菌、甲烷球菌、甲烷微菌6 6科：甲烷杆菌、甲烷热菌、甲烷球菌、甲烷微科：

9、甲烷杆菌、甲烷热菌、甲烷球菌、甲烷微菌、甲烷八叠球菌、甲烷盘菌。菌、甲烷八叠球菌、甲烷盘菌。（还有部分未定科、未定目和科）（还有部分未定科、未定目和科）(b)(b)产甲烷菌特性：产甲烷菌特性：（1 1）细胞壁结构）细胞壁结构 蛋白质和多糖蛋白质和多糖 （2 2）细胞膜：）细胞膜：没有甘油脂没有甘油脂 （3 3）碳源：）碳源：目前证明只有目前证明只有8 8种物质可以被甲烷菌所利用：种物质可以被甲烷菌所利用：CH3-COO-、HCOO-、CH3OH、CH3-NH2-、(CH3)2NH、(CH3)3-N、CO、CO2、(4)(4)产甲烷菌的特殊酶系统：产甲烷菌的特殊酶系统：CH3COOH CO2 C

10、H3OH甲基辅酶甲基辅酶M M甲基还原酶（甲基还原酶（F420)CH4 （5 5）氧化还原电位）氧化还原电位EhEh：-330 mv-330 mv （6 6）营养物质）营养物质 氮源：利用氨态氮氮源：利用氨态氮 生长因子：生长因子：1010种水溶性微生物种水溶性微生物 微量元素：微量元素：NiNi、CoCo、FeFe （7 7）繁殖：）繁殖：倍增时间：倍增时间：4 46 6天天 （8 8）温度：）温度：中温菌：中温菌：30304040o oC C 高温菌：高温菌：50505757o oC C 特别嗜高温菌：特别嗜高温菌：65659797o oC C （9 9）pHpH值：值：产甲烷菌对产甲烷菌

11、对pHpH变化适应性差变化适应性差 最佳最佳pHpH为为6.66.67.57.5厌氧体系的酸碱平衡：厌氧体系的酸碱平衡：碳酸的离解：碳酸的离解：pH=pKpH=pK1 1+lglgHCOHCO3 3-/H/H2 2COCO3 3 pK pK1 1=6.3=6.3COCO2 2的溶解：的溶解：HCOHCO3 3-=K=Kh hP PCO2 CO2 K Kh h亨利常数亨利常数(mol/atm)mol/atm)其它：其它：H H2 2S/HS pKS/HS pK1 1=6.5=6.5 H H2 2POPO4 4/HPO/HPO4 42-2-pK pK1 1=7.2=7.2/d-1乙酸浓度乙酸浓度/

12、mmol/L产甲烷八叠球菌产甲烷八叠球菌产甲烷丝菌产甲烷丝菌)5(SKSsm动力学特性：动力学特性：(3)(3)硫酸盐还原菌（硫酸盐还原菌（SRBSRB）18951895年年 BeijerinckBeijerinck发现：发现：利用利用H H的硫酸盐还原菌的硫酸盐还原菌 利用乙酸的硫酸盐还原菌利用乙酸的硫酸盐还原菌 利用高级脂肪酸的硫酸盐还原菌利用高级脂肪酸的硫酸盐还原菌SRBSRB特点：特点：利用利用基质基质的范围广：的范围广：甲酸十八烷脂肪酸甲酸十八烷脂肪酸 芳香族酸、甘油、多糖芳香族酸、甘油、多糖营养营养：有机物、硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐：有机物、硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐pHpH

13、:4.5:4.59.5,9.5,最佳：最佳：6.56.58.0 8.0 氧化还原电位氧化还原电位：Eh-100mv Eh-100mv (3)(3)硫酸盐还原菌（硫酸盐还原菌（SRBSRB）盐度：嗜盐和非嗜盐盐度：嗜盐和非嗜盐 嗜盐菌：嗜盐菌：1 13 3（以（以NaClNaCl计）计）代谢：代谢：碳源碳源酶酶CO2 H2O CH3COOH产生产生ATPSO42-+H2O消耗消耗ATPS2-+OH-4H2 +SO42-H2S+2H2O+2OH-CH3COO-+SO42-HS-+2HCO3-硫酸盐还原反应：硫酸盐还原反应：优点：优点：促进有机物的酸化分解促进有机物的酸化分解 缺点：缺点：与甲烷菌竞

14、争基质，抑制甲烷菌生长与甲烷菌竞争基质，抑制甲烷菌生长4.3 4.3 厌氧生物反应动力学厌氧生物反应动力学AndrewsAndrews方程方程ismKSSKvv1ismKHSHSKvv1当未离解挥发性脂肪酸为基质，浓度当未离解挥发性脂肪酸为基质，浓度HSHSdtdSXv1 Ki 抑制系数抑制系数4.4 4.4 厌氧产气的化学计量学厌氧产气的化学计量学VCH4 0.35（QSr 1.42X X）1010-3-3(m m3 3/d SPT/d SPT)Yi 去除的去除的BODu或或CODb(kg/m3)Q 污水流量污水流量(m3/d)X X 厌氧微生物增长量厌氧微生物增长量(kg/d)微生物：微生

15、物：C5H7O2N +5O2 5CO2-+H2O+NH34.4 4.4 厌氧产气的化学计量学厌氧产气的化学计量学VCH4 0.35（QSr 1.42X X）1010-3-3(m m3 3/d SPT/d SPT)微生物氧化：微生物氧化：C5H7O2N +5O2 5CO2-+2H2O+NH3 113 160 O2/微生物微生物 160/113=1.42（kg BODu/kg 微生物）微生物）VCH4 0.35（QSr 1.42X X）1010-3-3(m m3 3/d SPT/d SPT)甲烷氧化：甲烷氧化：CH4 +2O2 CO2 +2H2O 16 64 641624OCHWW)/(25.04

16、BODuCHkgkgW在在SPTSPT下：下：uBODCHkgmV/35.01000110004.221625.034242)482()482()24(CObanCHbanOHbanOHCban3242)87482()83482()4324(dNHCOdbanCHdbanOHbanNOHCdbanBuswellBuswell方程：方程：不含氮有机物，不含合成细胞部分：不含氮有机物，不含合成细胞部分：含氮有机物，不含合成细胞部分：含氮有机物，不含合成细胞部分：4.5 4.5 厌氧生物反应器及工艺厌氧生物反应器及工艺（1 1）厌氧接触氧化法）厌氧接触氧化法脱气脱气SKSvdtdSXvsm1000dtdXX、稳态假设：进水XkSKSvYrdsmg)(/4.5 4.5 厌氧生物反应器及工艺厌氧生物反应器及工艺（2 2）厌氧生物滤池）厌氧生物滤池4.5 4.5 厌氧生物反应器及工艺厌氧生物反应器及工艺（3 3）UASBUASB反应器反应器“晶核理论晶核理论”CaCO3电中和电中和/ECP架桥架桥包埋包埋“二次核二次核”（5）IC反应器反应器进水进水沼气沼气出水出水