《排水工程》PPT课件.ppt
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1、第二节 厌氧生物处理的基本原理n n早期,被称为早期,被称为早期,被称为早期,被称为厌氧消化厌氧消化厌氧消化厌氧消化、厌氧发酵;、厌氧发酵;、厌氧发酵;、厌氧发酵;n n实实实实际际际际上上上上,是是是是指指指指在在在在厌厌厌厌氧氧氧氧条条条条件件件件下下下下由由由由多多多多种种种种(厌厌厌厌氧氧氧氧或或或或兼兼兼兼性性性性厌厌厌厌氧氧氧氧)微微微微生生生生物物物物共共共共同同同同作作作作用用用用,将将将将有有有有机机机机物物物物分分分分解解解解并并并并产产产产生生生生CHCH4 4和和和和COCO2 2的过程。的过程。的过程。的过程。一、厌氧消化的基本生物过程 阶段性理论阶段性理论 厌氧反应
2、过程中的阶段性厌氧反应过程中的阶段性厌氧反应过程中的阶段性厌氧反应过程中的阶段性 两阶段理论两阶段理论两阶段理论两阶段理论 三阶段理论三阶段理论三阶段理论三阶段理论 四阶段理论四阶段理论四阶段理论四阶段理论厌氧消化的两阶段理论厌氧消化的两阶段理论l l产酸阶段产酸阶段,又称酸性发酵又称酸性发酵阶段;阶段;l l主要功能:水解和酸化,主要功能:水解和酸化,l l主要产物:脂肪酸、醇类、主要产物:脂肪酸、醇类、CO2和和H2等;等;l l主要的微生物:统称为主要的微生物:统称为发发酵细菌酵细菌或或产酸细菌产酸细菌;l l主要特点有:主要特点有:1)生长快,)生长快,2)适应性(温度、)适应性(温度
3、、pH等)等)强。强。水解细菌产酸菌有机物小分子有机物(酸性发酵阶段)产产酸酸阶阶段段产甲烷菌脂肪酸、醇类、H2、CO2CO2、CH4(碱性发酵阶段)产产甲甲烷烷阶阶段段厌氧消化的两阶段理论厌氧消化的两阶段理论l l产甲烷阶段,又称碱性产甲烷阶段,又称碱性发酵阶段;发酵阶段;l l产甲烷菌利用前一阶段产甲烷菌利用前一阶段的产物,并将其转化为的产物,并将其转化为CH4和和CO2;l l主要参与微生物统称为主要参与微生物统称为产甲烷细菌产甲烷细菌;l l其特点有:其特点有:1)生长慢;)生长慢;2)对环境条件(温度、)对环境条件(温度、pH、抑制物等)非常敏感。、抑制物等)非常敏感。水解细菌产酸菌
4、有机物小分子有机物(酸性发酵阶段)产产酸酸阶阶段段产甲烷菌脂肪酸、醇类、H2、CO2CO2、CH4(碱性发酵阶段)产产甲甲烷烷阶阶段段厌氧消化的三阶段理论两阶段理论的问题:两阶段理论的问题:两阶段理论的问题:两阶段理论的问题:l l l l研研研研究究究究表表表表明明明明,产产产产甲甲甲甲烷烷烷烷菌菌菌菌只只只只能能能能利利利利用用用用一一一一些些些些简简简简单单单单有有有有机机机机物物物物如如如如甲甲甲甲酸酸酸酸、甲甲甲甲醇醇醇醇、甲甲甲甲基基基基胺胺胺胺类类类类、乙乙乙乙酸酸酸酸以以以以及及及及HH2 2/CO/CO2 2等等等等,而而而而不不不不能能能能利利利利用用用用含含含含两个碳以上
5、的脂肪酸和甲醇以外的醇类;两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类;两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类;两个碳以上的脂肪酸和甲醇以外的醇类;l l l l7070年年年年代代代代,BryantBryant发发发发现现现现原原原原来来来来认认认认为为为为是是是是一一一一种种种种被被被被称称称称为为为为“奥奥奥奥氏氏氏氏产产产产甲甲甲甲烷烷烷烷菌菌菌菌”的的的的细细细细菌菌菌菌,实实实实际际际际上上上上是是是是由由由由两两两两种种种种细细细细菌菌菌菌共共共共同同同同组组组组成成成成的的的的,一一一一种种种种细细细细菌菌菌菌首首首首先先先先把把把把乙乙乙乙醇醇醇醇氧氧氧氧化化化化为为为为乙乙乙乙酸酸酸酸和
6、和和和HH2 2,另另另另一一一一种种种种细细细细菌菌菌菌利利利利用用用用HH2 2和和和和COCO2 2产生产生产生产生CHCH4 4;l l l l因而,提出了因而,提出了因而,提出了因而,提出了“三阶段理论三阶段理论三阶段理论三阶段理论”。厌氧消化的厌氧消化的三阶段理论三阶段理论说明:说明:1)I、II、III为为三阶段理论三阶段理论,2)I、II、III、IV为为四类群理论四类群理论;产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌II 乙酸乙酸H2+CO2同型产乙酸菌同型产乙酸菌IV 脂肪酸、醇类、脂肪酸、醇类、H2、CO2有机物有机物产酸细菌产酸细菌ICH4+CO2III产甲烷菌产甲烷菌和四类群理论(5%
7、)(70%)二、厌氧消化过程中的微生物 产酸细菌产酸细菌产酸细菌产酸细菌 产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌产氢产乙酸菌 同型产乙酸菌同型产乙酸菌同型产乙酸菌同型产乙酸菌 产甲烷菌等产甲烷菌等产甲烷菌等产甲烷菌等1 1、产酸细菌(发酵细菌)、产酸细菌(发酵细菌)l l l l主要功能:主要功能:主要功能:主要功能:水解水解水解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;在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性有机物;在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性有机物;在胞外酶的作用下,将不溶性有机物水解成可溶性有机物;酸化酸化酸化酸化将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等将
8、可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等将可溶性大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等;l l l l主要细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属等;主要细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属等;主要细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属等;主要细菌:梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属等;l l l l水水水水解解解解过过过过程程程程较较较较缓缓缓缓慢慢慢慢,并并并并受受受受多多多多种种种种因因因因素素素素影影影影响响响响(pHpH、SRTSRT、有有有有机机机机物物物物种种种种类等),有时会成为厌氧反应的限速步骤;类等),有时会成为厌氧反应的限速步骤;类等),有时会成为厌氧反应的
9、限速步骤;类等),有时会成为厌氧反应的限速步骤;l l l l产酸反应的速率较快;产酸反应的速率较快;产酸反应的速率较快;产酸反应的速率较快;l l l l大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;大多数是厌氧菌,也有大量是兼性厌氧菌;2、产氢产乙酸菌l l主要功能:将高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和主要功能:将高级脂肪酸和醇类氧化分解为乙酸和H2;l l主要反应:主要反应:乙醇:乙醇:丙酸:丙酸:丁酸:丁酸:注意:上述反应只有在注意:上述反应只有在乙酸浓度乙酸浓度很低、系统中很低、系统中氢分压氢分压很低时才能顺利进行。很
10、低时才能顺利进行。l l主要细菌:互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属等;主要细菌:互营单胞菌属、互营杆菌属、梭菌属等;l l多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。多数是严格厌氧菌或兼性厌氧菌。3、产甲烷菌l l l l主主主主要要要要功功功功能能能能:将将将将产产产产氢氢氢氢产产产产乙乙乙乙酸酸酸酸菌菌菌菌的的的的产产产产物物物物乙乙乙乙酸酸酸酸和和和和HH2 2/CO/CO2 2转转转转化化化化为为为为CHCH4 4和和和和COCO2 2,使使使使厌厌厌厌氧氧氧氧消消消消化化化化过过过过程程程程得得得得以以以以顺顺顺顺利利利利进进进进行行行行,一一一一般般般般可可可可分分分分为为为为两两两两大类:大类
11、:大类:大类:乙酸营养型乙酸营养型乙酸营养型乙酸营养型和和和和HH2 2营养型营养型营养型营养型产甲烷菌;产甲烷菌;产甲烷菌;产甲烷菌;l l l l乙乙乙乙酸酸酸酸营营营营养养养养型型型型产产产产甲甲甲甲烷烷烷烷菌菌菌菌的的的的种种种种类类类类较较较较少少少少,只只只只有有有有MethanosarcinaMethanosarcina和和和和MethanothrixMethanothrix,但但但但在在在在厌厌厌厌氧氧氧氧反反反反应应应应器器器器中中中中,有有有有70%70%左左左左右右右右的的的的甲甲甲甲烷烷烷烷是是是是来来来来自乙酸的氧化分解;自乙酸的氧化分解;自乙酸的氧化分解;自乙酸的氧
12、化分解;l l l l产产产产甲甲甲甲烷烷烷烷细细细细菌菌菌菌属属属属于于于于古古古古细细细细菌菌菌菌,大大大大小小小小、外外外外观观观观上上上上与与与与普普普普通通通通细细细细菌菌菌菌相相相相似似似似,但但但但实际上,其细胞成分特殊,特别是细胞壁的结构较特殊;实际上,其细胞成分特殊,特别是细胞壁的结构较特殊;实际上,其细胞成分特殊,特别是细胞壁的结构较特殊;实际上,其细胞成分特殊,特别是细胞壁的结构较特殊;l l l l产产产产甲甲甲甲烷烷烷烷菌菌菌菌的的的的增增增增殖殖殖殖速速速速率率率率很很很很慢慢慢慢,世世世世代代代代时时时时间间间间很很很很长长长长,可可可可达达达达4 4 6 6天天
13、天天,因因因因此,一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的此,一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的此,一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的此,一般情况下产甲烷反应是厌氧消化的限速步骤限速步骤限速步骤限速步骤。典型的产甲烷反应典型的产甲烷反应 三、厌氧消化过程的影响因素三、厌氧消化过程的影响因素l l一一一一般般般般来来来来说说说说,在在在在讨讨讨讨论论论论厌厌厌厌氧氧氧氧生生生生物物物物处处处处理理理理的的的的影影影影响响响响因因因因素素素素时时时时主主主主要讨论影响产甲烷菌的各项因素;要讨论影响产甲烷菌的各项因素;要讨论影响产甲烷菌的各项因素;要讨论影响产甲烷菌的各项因素;l l主要因素有:主要因素有:主要
14、因素有:主要因素有:温度温度温度温度 pHpH值值值值 氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位氧化还原电位 营养物质营养物质营养物质营养物质 F/MF/M比比比比 有毒物质有毒物质有毒物质有毒物质1 1、温度、温度l l温度对厌氧微生物的影响十分显著:温度对厌氧微生物的影响十分显著:温度对厌氧微生物的影响十分显著:温度对厌氧微生物的影响十分显著:l l厌厌厌厌氧氧氧氧细细细细菌菌菌菌可可可可分分分分为为为为嗜嗜嗜嗜热热热热菌菌菌菌(或或或或高高高高温温温温菌菌菌菌)、嗜嗜嗜嗜温温温温菌菌菌菌(中中中中温温温温菌菌菌菌);相相相相应应应应地地地地,厌厌厌厌氧氧氧氧消消消消化化化化分分分分为为为为:
15、高高高高温温温温消消消消化化化化(55555555 C C C C左左左左右右右右)和和和和中中中中温温温温消化(消化(消化(消化(35353535 C C C C左右);左右);左右);左右);l l高高高高温温温温消消消消化化化化的的的的反反反反应应应应速速速速率率率率约约约约为为为为中中中中温温温温消消消消化化化化的的的的倍倍倍倍,产产产产气气气气率率率率也也也也较较较较高高高高,但气体中甲烷含量较低;但气体中甲烷含量较低;但气体中甲烷含量较低;但气体中甲烷含量较低;l l随随随随着着着着新新新新型型型型厌厌厌厌氧氧氧氧反反反反应应应应器器器器的的的的开开开开发发发发研研研研究究究究和和
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