目錄

1. 1 主要內(nèi)容
2. ? 定義
3. ? 分類
4. ? 區(qū)別
5. 2 主要特征
6. 3 工作原理
7. ? 水解階段
8. ? 發(fā)酵階段
9. ? 產(chǎn)乙酸階段
10. ? 甲烷階段

主要內(nèi)容

定義

厭氧生物處理（Anaerobic Process）是在厭氧條件下,形成了厭氧微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)條件和環(huán)境條件,通過厭氧菌和兼性菌代謝作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生化降解的過程。 [1]

分類

污水厭氧生物處理工藝按微生物的凝聚形態(tài)可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。

厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket,UASB）、厭氧顆粒污泥膨脹床（EGSB）等；厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。

區(qū)別

好氧生物處理效率高，應(yīng)用廣泛，已成為城市污水處理的主要方法。但好氧生物處理的能耗較高，剩余污泥量較多，特別不適宜處理高濃度有機(jī)廢水和污泥。厭氧生物處理與好氧生物處理的顯著差別在于：

1、不需供氧；

2、最終產(chǎn)物為熱值很高的甲烷氣體，可用作清潔能源；

3、特別適宜于處理城市污水處理廠的污泥和高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。 [1]

主要特征

1、處理過程中可以大大降低能耗，而且還可以回收生物能（沼氣）；

2、污泥產(chǎn)量很低，厭氧微生物的增值速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率Y為0.15~0.34 kgVSS/kgCOD，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率Y為0.03 kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產(chǎn)率約為0.25~0.6 kgVSS/kgCOD；

3、厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解；

4、反應(yīng)過程較復(fù)雜，厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個(gè)連續(xù)的微生物過程；

5、對(duì)溫度、pH值等環(huán)境因素較敏感；

6、單獨(dú)使用厭氧處理，其出水水質(zhì)很難達(dá)標(biāo)，需進(jìn)一步利用好氧法進(jìn)行處理；

7、氣味較大，特別是有臭味；

8、對(duì)氨氮的去除效果不好等。 [2]

工作原理

高分子有機(jī)物的厭氧降解過程可以被分為四個(gè)階段：水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。 [3]

水解階段

水解可定義為復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體的過程。

高分子有機(jī)物因相對(duì)分子量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。它們?cè)诘谝浑A段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。例如，纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)酶水解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。水解過程通常較緩慢，因此被認(rèn)為是含高分子有機(jī)物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。多種因素如溫度、有機(jī)物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。水解速度的可由以下動(dòng)力學(xué)方程加以描述：ρ=ρo/(1+Kh·T)

ρ ——可降解的非溶解性底物濃度（g/L）；

ρo———非溶解性底物的初始濃度（g/L）；

Kh——水解常數(shù)（d-1）；

T——停留時(shí)間（d）

發(fā)酵階段

發(fā)酵可定義為有機(jī)物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，因此這一過程也稱為酸化。

在這一階段，上述小分子的化合物發(fā)酵細(xì)菌（即酸化菌）的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡(jiǎn)單的化合物并分泌到細(xì)胞外。發(fā)酵細(xì)菌絕大多數(shù)是嚴(yán)格厭氧菌，但通常有約1%的兼性厭氧菌存在于厭氧環(huán)境中，這些兼性厭氧菌能夠起到保護(hù)像甲烷菌這樣的嚴(yán)格厭氧菌免受氧的損害與抑制。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此，未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。

在厭氧降解過程中，酸化細(xì)菌對(duì)酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程pH下降到4時(shí)能可以進(jìn)行。但是產(chǎn)甲烷過程，因此pH值的下降將會(huì)減少甲烷的生成和氫的消耗，并進(jìn)一步引起酸化末端產(chǎn)物組成的改變。

產(chǎn)乙酸階段

在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。

其某些反應(yīng)式如下：

CH3CHOHCOO-+2H2O —> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG’0=-4.2KJ/MOL

CH3CH2OH+H2O－> CH3COO-+H++2H2O ΔG’0=9.6KJ/MOL

CH3CH2CH2COO-+2H2O－> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG’0=48.1KJ/MOL

CH3CH2COO-+3H2O－> CH3COO-+HCO3-+H++3H2 ΔG’0=76.1KJ/MOL

4CH3OH+2CO2－> 3CH3COO-+2H2O ΔG’0=-2.9KJ/MOL

2HCO3-+4H2+H+－>CH3COO-+4H2O ΔG’0=-70.3KJ/MOL

甲烷階段

這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇被轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。

甲烷細(xì)菌將乙酸、乙酸鹽、二氧化碳和氫氣等轉(zhuǎn)化為甲烷的過程有兩種生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉(zhuǎn)化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。

最主要的產(chǎn)甲烷過程反應(yīng)有：

CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL

HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL

4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL

4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

在甲烷的形成過程中，主要的中間產(chǎn)物是甲基輔酶M（CH3-S-CH2-SO3-）。

需要指出的是：一些書把厭氧消化過程分為三個(gè)階段，把第一、第二階段合成為一個(gè)階段，稱為水解酸化階段。在這里我們則認(rèn)為分為四個(gè)階段能更清楚反應(yīng)厭氧消化過程。

上述四個(gè)階段的反應(yīng)速度依廢水的性質(zhì)而異，在含纖維素、半纖維素、果膠和脂類等污染物為主的廢水中，水解易成為速度限制步驟；簡(jiǎn)單的糖類、淀粉、氨基酸和一般蛋白質(zhì)均能被微生物迅速分解，對(duì)含這類有機(jī)物的廢水，產(chǎn)甲烷易成為限速階段。雖然厭氧消化過程可分為以上四個(gè)過程，但是在厭氧反應(yīng)器中，四個(gè)階段是同時(shí)進(jìn)行的，并保持某種程度的動(dòng)態(tài)平衡。該平衡一旦被pH值、溫度、有機(jī)負(fù)荷等外加因素所破壞，則首先將使產(chǎn)甲烷階段受到抑制，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致低級(jí)脂肪酸的積存和厭氧進(jìn)程的異常變化，甚至導(dǎo)致整個(gè)消化過程停滯。