1、厭氧微生物學與污水處理,2012年12月,1,學習交流PPT,厭氧微生物學與污水處理 1、厭氧微生物學 2、廢水厭氧生物處理的生物化學原理 3、影響厭氧生物處理的環(huán)境因素 4、厭氧生物處理的廢水特征 5、生物脫氮除磷 6、厭氧生物處理工藝 7、生物制氫 8、硫酸鹽還原菌厭氧生物處理廢水 9、廢水厭氧生物處理中的共基質代謝和種間協同代謝作用 10、難降解有機物的厭氧生物降解 11、厭氧生物處理的研究和分析方法,2,學習交流PPT,1、厭氧微生物學 1.1厭氧消化原理 1967年，布賴恩特(Bryant)報告認為消化經歷四個階段：先是水解階段，固態(tài)有機物被細菌的胞外酶所水解；第二個階段是酸化；在第

2、三階段乙酸化階段。進入甲烷化階段之前，代謝中間液態(tài)產物都要乙酸化，稱乙酸化階段；第四階段是甲烷化階段。,3,學習交流PPT,4,學習交流PPT,5,學習交流PPT,厭氧生物處理過程又稱厭氧消化，是在厭氧條件下由多種微生物的共同作用，使有機物分解生成 4和2的過程。整個過程可以分為三個階段：第一階段是復雜有機物在發(fā)酵細菌(產酸細菌)作用下進行水解和發(fā)酵。例如，多糖先水解為單糖，再通過酵解途徑進一步發(fā)酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白質則先水解為氨基酸，再經脫氨基作用產生脂肪酸和氨。第二階段稱為產氫，產乙酸階段,是由一類專門的細菌，稱為產氫產乙酸細菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為乙

3、酸,2和2。第三階段稱為產甲烷階段，由產甲烷細菌利用乙酸和2,2產生4。,6,學習交流PPT,細菌分為不產甲烷菌和產甲烷菌 不產甲烷菌包括三類：發(fā)酵細菌、產氫產乙酸細菌和同型產乙酸細菌,7,學習交流PPT,1.2不產甲烷菌及其作用 1.2.1發(fā)酵細菌 發(fā)酵細菌是一個非常復雜的混合細菌群，主要屬于專性厭氧細菌，包括梭菌屬、丁酸弧菌屬和真細菌屬等。該類細菌可以在厭氧條件下將多種復雜有機物水解為可溶性物質，并將可溶性有機物發(fā)酵，主要生成乙酸、丙酸、丁酸、H2和CO2，所以也有人稱其為水解發(fā)酵細菌和產氫產酸菌。,8,學習交流PPT,1.2.1.1發(fā)酵細菌種類、數量和營養(yǎng) 發(fā)酵細菌是復雜的混合菌群、主要

4、包括纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、脂肪分解菌、蛋白質分解菌等。1976年曾報道了18個屬的51種。到目前為止，已研究過的就有幾百種，在中溫消化過程中，有梭狀芽孢桿菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、真細菌屬、雙歧桿菌屬和螺旋體等屬的細菌；在高溫厭氧消化器中，有梭菌屬和無芽孢的革蘭氏陰性桿菌。在中溫發(fā)酵的水污泥中，每毫升中發(fā)酵細菌的數量為108109個，而以每克揮發(fā)性固體計算含10101011個。,9,學習交流PPT,發(fā)酵細菌利用基質中存在的碳水化合物作為生長的能源物質，有些利用基質代謝的中間產物，如乳酸鹽、甘油或碳水化合物的水解產物。有些發(fā)酵細菌利用化合物作為能源表現出多樣性，如溶纖維丁酸

5、弧菌和棲瘤擬桿菌常發(fā)酵糖苷、多糖類和其他許多糖類。少數發(fā)酵細菌利用氨基酸、多肽作為生長的主要能源。有些發(fā)酵細菌利用化合物具有專一性，如嗜淀粉擬桿菌，僅利用淀粉和淀粉的水解產物、糊精、麥芽糖。,10,學習交流PPT,1.2.1.2發(fā)酵細菌的功能和生存環(huán)境 發(fā)酵細菌在厭氧消化中起著特別重要的作用。 （1）將大分子不溶性有機物水解成小分子的水溶性有機物，水解作用是在水解酶的催化作用下完成的。水解酶是一種胞外酶，因此水解過程是在細菌表面或周圍介質中完成的。發(fā)酵細菌群中僅有一部分細菌種屬具有合成水解酶的功能，而水解產物卻一般可被其他的發(fā)酵細菌群所吸收利用。(細菌之間的協同作用) （2）發(fā)酵細菌將水解產物

6、吸收進細胞體內，經細胞內復雜的酶系統的催化轉化，將一部分供能源使用的有機物轉化為代謝產物，滲入細胞外的水溶液里，成為參與下一階段生化反應細菌群吸收利用的基質（主要是有機酸、醇、酮等）。（細胞外細胞內 細胞外）,11,學習交流PPT,發(fā)酵基質的種類對主要發(fā)酵細菌的種群有十分明顯的影響。在富含蛋白質的厭氧消化液（如處理奶酪廠廢水的消化池）里，存在著蠟狀芽孢桿菌、環(huán)狀芽孢桿菌、球狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、變異微球菌、大腸桿菌、副大腸桿菌以及假單胞菌屬的一些種。在含有纖維素的厭氧消化液中，如處理植物殘體以及食草動物糞便的消化液中，存在蠟狀芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、產糞產堿桿菌、普通變形菌、銅綠色假單胞菌

7、、溶纖維丁酸弧菌、棲瘤胃擬桿菌等。在富含淀粉的厭氧消化液（如處理淀粉廢液、酒精發(fā)酵殘渣等的消化池）中，存在著變異微球菌、尿素微球菌、亮白微球菌、巨大芽孢桿菌、蠟狀芽孢桿菌以及假單胞菌屬的某些種。在硫酸鹽含量高的消化液（如處理硫酸鹽制漿黑液的厭氧消化池）里，存在著大量屬于專性厭氧菌的脫硫弧菌屬細菌。在處理生活垃圾和雞場廢棄物的消化池里，屬于兼性厭氧菌的大腸桿菌和鏈球菌將會大量出現。,12,學習交流PPT,發(fā)酵細菌的世代期短，數分鐘到數十分鐘即可繁殖一代，另外，發(fā)酵細菌大多數為異養(yǎng)型細菌群，對環(huán)境條件適應性特別強。,13,學習交流PPT,1.2.1.3發(fā)酵細菌的生化反應 在厭氧消化過程中，發(fā)酵細菌

8、最主要的基質是蛋白質、淀粉、脂肪和纖維素。這些有機物首先在水解酶作用下分解為水溶性的簡單化合物，其中包括單糖、高級脂肪酸、甘油以及氨基酸等。這些水解產物再經發(fā)酵細菌的胞內代謝，除產生CO2、NH3、H2、H2S等無機物外，主要轉化為一系列有機酸和醇類物質而排泄到環(huán)境中去。在這些代謝產物中，最多的是乙酸、丙酸、乙醇、丁酸和乳酸等，其次是丙酮、丙醇、丁醇、異丙醇、戊酸、琥珀酸等。,14,學習交流PPT,一般來說，發(fā)酵細菌利用有機物時，首先在胞內將其轉化成丙酮酸，然后根據發(fā)酵細菌的種類和控制環(huán)境條件（如pH值、H2分壓、溫度等）而形成不同的代謝產物。基質濃度大的時候，一般都能加快生化反應的速率，基質

9、組成不同時，有時會影響物質的流向，形成不同的代謝產物。 代謝產物的積累一般情況下會阻礙生化反應的順利進行，特別是發(fā)酵產物中有H2產生（如丁酸發(fā)酵）而又出現積累時。所以，保持發(fā)酵性細菌與后續(xù)的產氫產乙酸細菌和產甲烷菌的平衡和協同代謝是至關重要的。,15,學習交流PPT,1.2.2產氫產乙酸細菌 1.2.2.1產氫產乙酸細菌的發(fā)現及其重要意義 1916年，俄國學者奧梅梁斯基（V.L.Omeliansky）分離出第一株不產生孢子、能發(fā)酵乙醇產生甲烷的細菌，稱之為奧氏甲烷桿菌。1940年巴克（ Barker）發(fā)現這種細菌具有芽孢，又改名為奧氏甲烷芽孢桿菌。布賴恩特等人于1967年發(fā)表的論文指出，所謂奧

10、氏甲烷細菌實為兩種細菌的互營聯合體：一種為能發(fā)酵乙醇產生乙酸和H2、能運動、革蘭氏陰性的厭氧細菌，稱之為S菌株；另一種為能利用H2產生甲烷、不能運動、革蘭染色不定的厭氧桿菌，稱之為M.O.H菌株，亦能利用H2產生甲烷的細菌。,16,學習交流PPT,它們進行的生化反應如下： 2CH3CH2OH2H2O2CH3COOH4H2（S菌株） 4H2HCO3-HCH43H2O （M.O.H 菌株） 在上面的共營生化反應里，S菌株分解乙酸產生H2，為M.O.H菌株提供基質；而M.O.H菌株利用H2降低了環(huán)境中H2分壓，為S菌株繼續(xù)代謝乙醇提供了必要的熱力學條件。研究資料表明，當H2分壓大于4.910-4Pa

11、時，S菌株的代謝即受到抑制。,17,學習交流PPT,產氫產乙酸細菌的發(fā)現具有非常重要的意義。 （1）在厭氧消化過程中，第一階段的發(fā)酵產物可供產甲烷菌吸收利用的甲酸、甲醇、甲胺類外，還有許多其他重要的有機代謝產物，如三碳以及三碳以上的直鏈脂肪酸、二碳以及二碳以上的醇、酮和芳香族有機酸等。根據實際測定和理論分析，這些有機物至少占發(fā)酵基質的50以上（以COD計）。它們最終轉化成甲烷，這表明還存在著一大批功能和S菌株相似的能為產甲烷菌提供基質的產氫產乙酸細菌群，也就是說，在有機物的厭氧轉化鏈條上，出現了一個新的環(huán)節(jié)或是階段，從而為厭氧消化三階段理論奠定了基礎。,18,學習交流PPT,（2）以證實奧氏甲

12、烷芽孢桿菌非純種為突破口，隨后又從熱力學上進一步斷定，以前命名的幾種產甲烷菌，如能將丁酸和乙酸等偶碳脂肪酸氧化成乙酸和甲烷，以及能將戊酸等奇碳脂肪酸氧化成乙酸、丙酸和甲烷的弱氧化甲烷桿菌，能將丙酸氧化成乙酸、CO2和甲烷的丙酸甲烷桿菌均非純種。,19,學習交流PPT,（3）否定了原以為可作為產甲烷菌基質的許多有機物（如丙醇、乙醇、正戊醇 、異丙醇、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸和己酸等），而將產甲烷菌可直接吸收利用的基質范圍縮小到僅包括三甲一乙甲酸、甲醇、甲胺類（一甲胺、二甲胺、三甲胺）、乙酸的簡單有機物和以H2/CO2組和的簡單無機物等為數不多的幾種化學物質。,20,學習交流PPT,1.2.2.2

13、種間氫轉移和互營聯合 產氫產乙酸細菌為產甲烷菌提供乙酸和H2，促進產甲烷菌的生長。產甲烷菌由于能利用H2而降低生長環(huán)境中的H2分壓，有利于產氫產乙酸菌的生長。在厭氧消化過程中，這種在不同生理類群菌種之間H2的產生和利用H2的偶聯現象稱為種間氫轉移。產氫產乙酸細菌只有在耗氫微生物共生的情況下，才能將長鏈脂肪酸降解為乙酸和H2，并獲得能量而生長，這種產氫微生物與耗氫微生物間的共生現象稱為互營聯合。產甲烷菌純培養(yǎng)的研究表明，發(fā)酵性細菌分解發(fā)酵復雜有機物時所產生的除甲酸、乙酸及甲醇以外的有機酸和醇類，均不能被產甲烷菌所利用。,21,學習交流PPT,所以，在自然界除S菌株外，一定還存在著其他種類的產氫產

14、乙酸細菌，將長鏈脂肪酸氧化為乙酸和H2。這種互營聯合菌種之間所形成的種間氫轉移不僅在厭氧生境中普遍存在，而且對于使厭氧生境具有生化活性十分重要，是推動厭氧生境中物質循環(huán)尤其是碳素轉化的生物力。,22,學習交流PPT,1.2.2.3產氫產乙酸細菌的分類 （1）降解丁酸鹽的產氫產乙酸細菌 降解丁酸的細菌一直沒有被分離成純培養(yǎng)，邁克爾 (Michael)和Bryant等采用加入耗氫菌的富集分離方法分離純化獲得了產氫產乙酸細菌和產甲烷菌的雙菌培養(yǎng)物。 Michael（1979）首次報道了氧化丁酸鹽的雙菌培養(yǎng)物，用脫硫弧菌G11菌株作為用氫菌與產氫產乙酸細菌共同培養(yǎng)，以硫酸鹽作為最終電子受體而分離的，命

15、名為沃爾夫互營單胞菌（Syntrophomonas wolfei)(Michael和Bryant,1981) 沃爾夫互營單胞菌是革蘭染色陰性，無芽孢桿菌，菌體（0.51.0)m （2.07.0)m，稍彎，端部稍尖，單生或成對，有時也呈短鏈，在細胞凹陷側有2 8根鞭毛，緩慢運動。對青霉素敏感。,23,學習交流PPT,（2）降解丙酸鹽的產氫產乙酸細菌 丙酸在厭氧條件下更難發(fā)生氧化反應，硫酸鹽還原菌與丙酸的氧化有關，脫硫球形菌屬（Desulfolubous)中的一種細菌能在有硫酸鹽的情況下降解丙酸(Michael和Bryant,1980).1980年，Boone和布賴恩特（Bryant） 發(fā)現了一種

16、在丙酸為底物的富集培養(yǎng)物中，并要求脫硫弧菌參與進行種間氫轉移才能生長的細菌，他們將其命名為沃林互營桿菌(Syntrophobacter wolinii)。 沃林氏互營桿菌是一株革蘭染色陰性，無芽孢桿菌，單生、成對、短鏈或長鏈，有時為不規(guī)則的絲狀，只有在硫酸鹽的情況下，與利用H2的硫酸鹽還原菌共養(yǎng)生長，只氧化丙酸，不氧化乙酸、丁酸、己酸。在無硫酸鹽條件下，沃林互營桿菌、亨氏甲烷螺菌、脫硫弧菌三菌培養(yǎng)物的陪增時間（161h)約等于含有硫酸鹽的雙菌培養(yǎng)物（87h）的2倍。,24,學習交流PPT,產氫產乙酸菌的主要功能是將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2。涉及到的主要反應有： 乙醇：CH3CH

17、2OH+H2OCH3COOH+2H2 丙酸：CH3CH2COOH+2H2OCH3COOH+3H2+CO2 丁酸：CH3CH2CH2COOH+2H2O2CH3COOH+2H2 上述各個反應只有在系統中的乙酸濃度、和氫分壓均很低時才能順利進行。主要的產氫產乙酸菌分屬互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等；多數是嚴格厭氧菌或兼性厭氧菌。,25,學習交流PPT,1.2.3同型產乙酸細菌 1.2.3.1同型產乙酸細菌的代表菌種 同型產乙酸細菌是混合營養(yǎng)型厭氧細菌，既能利用有機基質產生乙酸，也能利用H2和CO2產生乙酸，因為同型產乙酸細菌可以利用H2而降低H2分壓，所以對產H2的發(fā)酵性細菌有利；同時

18、對利用乙酸的產甲烷菌也有利。 近20年來已分離到包括4個屬的10多種同型產乙酸細菌，可以利用己糖、戊糖、多元醇、糖醛酸循環(huán)中各種酸、絲氨酸、谷氨酸、3羧基丁酮、乳酸、乙醇等形成乙酸。它們一般不利用二糖或更復雜的碳水化合物。除少數種類外，它們能生長于H2/CO2上。,26,學習交流PPT,1.2.3.2同型產乙酸細菌在厭氧消化器中的作用。 在厭氧消化器中，同型產乙酸細菌的確切作用還不十分清楚，有人認為同型產乙酸細菌能利用H2，因而對消化器中有機物的分解并不重要，由于這些細菌能代謝H2/CO2為乙酸，為食乙酸產甲烷菌提供了生產甲烷的基質，又由于代謝H2，使厭氧消化系統中保持低的H2分壓，有利于沼氣

19、發(fā)酵的正常進行。有人估計這些細菌形成的乙酸在中溫消化器中14，在高溫消化器中占34。,27,學習交流PPT,1.3產甲烷菌及其作用 1.3.1產甲烷菌的分類 對產甲烷菌的研究在很長時間內并沒有較大的進展，直到20世紀60年代，亨蓋特 (Hungate)開創(chuàng)了嚴格厭氧微生物培養(yǎng)技術，隨后產甲烷菌的研究才得以廣泛開展。許多研究結果表明，產甲烷菌在分類學上屬于古細菌(Archaebacteria)，它們與真細菌的一般特性不同的是細胞壁中沒有肽聚糖，細胞中也不含有細胞色素C，而含有其它真細菌所沒有的酶系統。,28,學習交流PPT,細菌與真核生物的細胞膜骨架均由經酯鏈連接到丙三醇上的脂肪酸組成，而古細菌

20、磷脂由經醚鏈連接的分子組成。細菌細胞膜脂肪酸是直鏈的，而古細菌細胞膜磷脂是長鏈、支鏈烴類化合物。古細菌與細菌之間的區(qū)別還表現在RNA聚合物上。細菌的RNA聚合酶只有一種類型，具有簡單的四級結構；而古細菌的RNA聚合酶有幾種類型，而且結構更加復雜。產甲烷菌的主要功能是將產氫產乙酸菌的產物乙酸和H2/CO2轉化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進行。,29,學習交流PPT,一般可以簡單地將其分為兩大類，即乙酸營養(yǎng)型和H2營養(yǎng)型產甲烷菌；一般來說，自然界中乙酸營養(yǎng)型產甲烷菌的種類較少，主要只有產甲烷八疊球菌(Methanosarcina)和產甲烷絲狀菌(Methanothrix)兩大類，但在厭

21、氧反應器中，這兩種細菌的數量一般較多，而且有70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解。根據產甲烷菌的形態(tài)和生理生態(tài)特征，可將其進行分類，目前最新的Bergys細菌手冊第九版中將產甲烷菌共分為：三目、七科、十九屬、65種。,30,學習交流PPT,產甲烷菌具有各種不同的形態(tài)，常見的有：產甲烷桿菌；產甲烷球菌；產甲烷八疊球菌；產甲烷絲菌等。前已述及，在生物分類學上，產甲烷菌(Methanogens)屬于古細菌(Archaebacteria)、大小、外觀上與普通細菌即真細菌(Eubacteria)相似，但實際上，其細胞成分特別是細胞壁的結構和酶系統較特殊。產甲烷菌在自然界中的分布，一般認為它們常棲息于一些

22、極端環(huán)境中(如地熱泉水、深?；鹕娇凇⒊练e物等)，但實際上其分布極為廣泛，如污泥、反芻動物的瘤胃、昆蟲腸道、濕的樹木、厭氧反應器等。產甲烷菌都是極嚴格的厭氧細菌，一般要求其生境中的氧化還原電位為-150400mV，氧和其它任何氧化劑都對其具有極強的毒害作用；產甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖的世代時間很長，可長達46天甚至更長，因此，一般情況下產甲烷反應是厭氧消化的限速步驟。(所以水解酸化池可小，而完全的厭氧處理池則大）,31,學習交流PPT,1.3.2產甲烷菌的生理學特征： （1）碳源：產甲烷菌只能利用簡單的碳水化合物，常見的基質包括H2/CO2、甲酸、乙酸、甲醇、甲胺類等。 （2）氮源：產甲烷菌均

23、能利用氨態(tài)氮為氮源，氮對氨基酸的利用能力較差。 （3）生長因子：有些產甲烷菌必需某些維生素類尤其是乙族維生素物質，或者維生素能夠刺激它的生長。 （4）微量元素：所有產甲烷菌的生長都需要鎳、鈷和鐵，培養(yǎng)基中15molL的鎳能滿足其生長，鎳的吸收率為1780g/g細胞干重，鎳是產甲烷菌中F430和氫酶的一種重要成分；鈷的吸收率為17120g/g細胞干重，對鐵的需要量較大，吸收率也較高，為1 3mg/g細胞干重。,32,學習交流PPT,1.4產甲烷菌與不產甲烷菌的相互作用 在厭氧條件下，由于缺乏外源電子受體？，各種微生物只能以內源電子受體進行有機物的降解。因此，如果一種微生物的發(fā)酵產物或脫下的H2，

24、不能被另一種微生物所利用，則其代謝作用無法持續(xù)進行。無論在自然界還是在消化器內，產甲烷菌都是有機物厭氧降解食物鏈的最后一個成員，其所能利用的基質只有少數幾種C1、C2化合物，所以必須要求不產甲烷菌將復雜有機物分解為簡單化合物。在厭氧處理系統中，產甲烷菌與不產甲烷菌相互依賴，互為對方創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件，構成互生關系；同時，雙方又互為制約，在厭氧生物處理系統中處于平衡狀態(tài)。,33,學習交流PPT,（1）不產甲烷菌為產甲烷菌提供生長和產甲烷菌所必需的基質。不產甲烷菌可以通過其生命活動為產甲烷菌提供合成細胞物質和產甲烷所需的碳前體、電子供體、氫供體和氮源。不產甲烷菌中的發(fā)酵細菌可以把各種復雜的有機物

25、，如高分子的碳水化合物、脂肪、蛋白質等進行發(fā)酵，生產游離氫、CO2、氨、乙酸、甲酸、丙酸、丁酸、甲醇、乙醇等產物。丙酸、丁酸、乙醇等又可被產氫產乙酸細菌轉化為H2、CO2和乙酸。這樣，不產甲烷菌就為產甲烷菌提供了生長繁殖的底物。,34,學習交流PPT,（2）不產甲烷菌為產甲烷菌創(chuàng)造了適宜的氧化還原電位條件。產甲烷菌是嚴格的專性厭氧菌，在有氧的情況下，產甲烷菌就會受到抑制不能生長繁殖。但是在厭氧反應器運轉過程中，由于加料過程難免使空氣進入裝置，有時液體原料里也含有微量溶解氧，這顯然對產甲烷菌是非常不利的。厭氧反應器內的不產甲烷菌類群中的那些兼性厭氧或兼性好氧微生物的活動，可以將氧消除掉，從而降低

26、反應器中的氧化還原電位。另外，通過厭氧裝置中各種厭氧微生物有序的生長和代謝活動，使消化液的氧化還原電位逐漸下降，最終為產甲烷菌的生長創(chuàng)造適宜的氧化還原電位條件。,35,學習交流PPT,（3）不產甲烷菌為產甲烷菌消除了有毒物質。產甲烷菌對一些毒性物質特別敏感，尤其是一些工業(yè)廢水或廢物中常含有一些能使產甲烷菌中毒的物質，如苯酚、氰化物、長鏈脂肪酸和重金屬離子等，但是在厭氧反應器中，不產甲烷菌有很多種類能裂解苯環(huán)、降解氰化物，這不僅解除了它們對產甲烷菌的毒害，并且同時給產甲烷菌提供了底物，此外不產甲烷菌的代謝產物H2S，還可以和一些重金屬離子發(fā)生作用，生成不溶性金屬硫化物沉淀，從而解除了一些重金屬的

27、毒害作用。,36,學習交流PPT,（4）產甲烷菌為不產甲烷菌的生化反應解除了反饋抑制。不產甲烷菌的發(fā)酵產物，可以抑制其本身的生命活動。例如產酸細菌在產酸過程中產生大量H2，H2的積累必然抑制產氫過程進行。但是在運行正常的消化反應器中，產甲烷菌能連續(xù)利用由不產甲烷菌產生的H2、乙酸、CO2等生成CH4，不會由于H2和酸的積累而產生反饋抑制作用，使不產甲烷菌的代謝能夠正常進行。,37,學習交流PPT,（5）產甲烷菌和不產甲烷菌共同維持環(huán)境中的適宜pH值。厭氧反應器中不產甲烷菌和產甲烷菌的連續(xù)配合對穩(wěn)定反應器中的pH值也是非常重要的。在沼氣發(fā)酵初期，不產甲烷菌首先降解廢水中的有機物質，產生大量的有機

28、酸和碳酸鹽，使發(fā)酵液中的pH明顯下降，同時不產甲烷菌中的氨化細菌，能迅速分解蛋白質產生氨。氨可以中和部分酸，起到一定的緩沖作用。另一方面，產甲烷菌可以利用乙酸、H2和CO2形成甲烷，從而避免了酸的積累，使pH值穩(wěn)定在一個適宜的范圍，不會使發(fā)酵液中的pH值達到對產甲烷過程不利的程度。,38,學習交流PPT,2 廢水厭氧生物處理的生物化學原理,39,學習交流PPT,隨著世界能源的日益短缺和廢水污染負荷及廢水中污染物種類的日趨復雜化，廢水厭氧生物處理技術以其投資省、能耗低、可回收利用沼氣能源、負荷高、產泥少、耐沖擊負荷等諸多優(yōu)點而再次受到環(huán)保界人士的重視。,40,學習交流PPT,2.1厭氧反應四個階

29、段 一般來說，廢水中復雜有機物物料比較多，通過厭氧分解分四個階段加以降解： （1）水解階段：高分子有機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機物質比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內進行下一步的分解。,41,學習交流PPT,水解反應針對不同的廢水類型差別很大，這要取決于胞外酶能否有效的接觸到底物。因此，大的顆粒比小顆粒底物要難降解很多，比如造紙廢水、印染廢水和制藥廢水的木質素、大分子纖維素就很難水解。 水解速度的可由

30、以下動力學方程加以描述： =o/(1+Kh.T) 可降解的非溶解性底物濃度（g/l）； o非溶解性底物的初始濃度（g/l）； Kh水解常數（d1）； T停留時間（d）。,42,學習交流PPT,一般來說，影響Kh（水解常數）的因素很多，很難確定一個特定的方程來求解Kh，但我們可以根據一些特定條件的Kh，反推導出水解反應器的容積和最佳反應條件。在實際工程實施中，有條件的話，最好針對要處理的廢水作一些Kh的測試工作。通過對國內外一些報道的研究，提出在低溫下水解對脂肪和蛋白質的降解速率非常慢，這個時候，可以不考慮厭氧處理方式。對于生活污水來說，在溫度15的情況下，Kh0.2左右。但在水解階段我們不需要

31、過多的COD去除效果，而且在一個反應器中你很難嚴格的把厭氧反應的幾個階段區(qū)分開來，一旦停留時間過長，對工程的經濟性就不太實用。如果就單獨的水解反應針對生活污水來說，COD可以控制到0.1的去除效果就可以了。,43,學習交流PPT,把這些參數和給定的條件代入到水解動力學方程(=o/(1+Kh.T)中，可以得到停留水解停留時間： T=13.44h 這對于水解和后續(xù)階段處于一個反應器中厭氧處理單元來說是一個很短的時間，在實際工程中也完全可以實現。如果有條件的地方我們可以適當提高廢水的反應溫度，這樣反應時間還會大大縮短。而且一般對于城市污水來說，長的排水管網和廢水中本生的生物多樣性，所以當廢水流到廢水

32、處理場時，這個過程也在很大程度上完成，到目前為止還沒有看到關于水解作為生活污水厭氧反應的限速報道。,44,學習交流PPT,（2）酸化階段：上述的小分子有機物進入到細胞體內轉化成更為簡單的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），同時還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產物產生。 酸化在進行過程中，厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群決定了酸化的末端產物的組成。底物不同，末端產物就會存在很大的差別。比如，蛋白質水解反應生產氨基酸，其酸化底物為氨基酸；而纖維素和淀粉類有機物水解反應就生成糖類分子，說明在不同情況下酸化底物的差異導致酸化末端產物的不同

33、。,45,學習交流PPT,具體來說，以糖為底物，酸化產物主要為丁酸、乙酸、丙酸等，CO2和H2則為酸化的附屬產物。而以氨基酸為底物，酸化主要產物與以糖為底物時基本相同，但不同的是，附屬產物除了CO2和H2外，還有NH3和H2S。若在反應過程中同時也存在產甲烷菌，那么其中的H2 又能相當有效地被產甲烷菌利用。另外，H2也可以被能利用H2的硫酸鹽還原菌或脫氮菌所利用。,46,學習交流PPT,酸化過程的底物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。對于一個穩(wěn)態(tài)的反應器來說，乙酸、二氧化碳、氫氣則是酸化反應的最主要產物。這些都是產甲烷階段所需要的底物。,47,學習交流PPT,在這個階段產生

34、兩種重要的厭氧反應是否正常的底物就是揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和氨氮。VFA過高會使廢水的pH下降，逐漸影響到產甲烷菌的正常進行，使產氣量減小，同時整個反應的自然堿度也會較少，系統平衡pH的能力減弱，整個反應會形成惡性循環(huán)，使得整個反應器最終失敗。氨氮它起到一個平衡的作用，一方面，它能夠中和一部分VFA，使廢水pH具有更大的緩沖能力，同時又給生物體合成自生生長需要的營養(yǎng)物質，但過高的氨氮會給微生物帶來毒性，廢水中的氨氮主要是由于蛋白質的分解帶來的，典型的生活污水中含有20-50mg/l左右的氨氮，這個范圍是厭氧微生物非常理想的范圍。,48,學習交流PPT,另外一個重要指標就是廢水中氫氣的濃度，以含

35、碳17的脂肪酸降解為例： CH3(CH2)15COO-+14H2O 7CH3COO-+CH3CH2COO-+7H+14H2 脂肪酸的降解都會產生大量的氫氣，如果要使上述反應得以正常進行，必須在下一反應中消耗掉足夠的氫氣，來維持這一反應的平衡。如果廢水的氫氣指標過高，表明廢水的產甲烷反應已經受到嚴重抑制，需要進行修復，一般來說氫氣濃度升高是伴隨pH指標降低的，所以不難監(jiān)測到廢水中氫氣的變化情況，但廢水本身有一定的緩沖能力，所以完全通過pH下降來判斷氫氣濃度的變化有一定的滯后性，所以通過監(jiān)測廢水中氫氣濃度的變化是對整個反應器反應狀態(tài)一個最快捷的表現形式。,49,學習交流PPT,發(fā)酵細菌要想產生更多

36、的供其氧化并從中獲得能量的中間產物，去除氫是一個很好的途徑。大多數發(fā)酵細菌也可通過兩個途徑利用發(fā)酵過程中產生的質子：一是使用自身的代謝產物，例如形成乙醇；二是在氫化酶作用下把質子轉化為H2，2H+2e-H2。這種氫化酶反應，其酸化過程的產物幾乎只有乙酸。,50,學習交流PPT,酸化過程是由大量的、多種多樣的發(fā)酵細菌來完成的，在這些細菌中大部分是專性厭氧菌，只有1是兼性厭氧菌，但正是這1的兼性菌在反應器受到氧氣的沖擊時，能迅速消耗掉這些氧氣，保持廢水低的氧化還原電位，同時也保護了產甲烷菌的運行條件。,51,學習交流PPT,（3）產乙酸階段： 末端產物是乙酸。在發(fā)酵酸化反應階段，由于底物結構、性質

37、的差別，經過反應之后末端產物是不同的。發(fā)酵酸化已經有部分乙酸生成，但還會伴有其他物質，如丁酸、乳酸等。乙酸菌具有將它們進一步轉化成乙酸、H2和CO2的功能。因為完全厭氧反應的產甲烷過程只能利用一種底物，就是乙酸。,52,學習交流PPT,乙醇、丁酸和丙酸在形成乙酸的反應過程中要求反應器中H2的分壓很低，否則反應無法進行，產甲烷反應是消耗氫的反應，所以能否高效進行產乙酸反應，可以利用高效產甲烷反應來保證。 有研究測算，產酸過程中所產生的氫從產生到被消耗平均移動距離為0.1mm，這個距離恰恰在絮體污泥或顆粒污泥的范圍之內，這表明在污泥中，特別是厭氧的顆粒污泥中形成了一個良好的微生態(tài)系統。即產乙酸菌會

38、靠近可以消耗氫的細菌生長，而需要利用氫的細菌就會靠近產生氫的產酸菌和產乙酸菌生長，這樣就形成了一種互利共生的生態(tài)關系。,53,學習交流PPT,如果每個聚集的細菌群體內都包含有嗜氫菌和產氫菌（即產甲烷菌和產氫菌），且兩類細菌能夠在氫的產生和利用上達到平衡，那么氫的傳遞效率就可以大大地提高。一個細菌的聚集體內細菌之間的距離只有分散時間距的幾十分之一到幾百分之一，所以氫的傳遞速率可以獲得幾十倍甚至幾百倍的提高。這就是顆粒污泥的凈化效率和污染負荷可以大大提高的理論依據。,54,學習交流PPT,（4）產甲烷反應階段 有機物厭氧消化經過一些列反應后，最后一個反應階段就是由產甲烷菌主導反應進行的產甲烷反應階

39、段。有機物厭氧降解食物鏈的最后一類微生物就是產甲烷菌，它們在自然界碳循環(huán)厭氧生物鏈中處于末端的位置。產甲烷菌可以利用甲醇和甲基胺質以及利用乙酸形成甲烷。H2和CO2也是大多數產甲烷菌可利用的底物，氧化氫將二氧化碳還原為甲烷。,55,學習交流PPT,在厭氧反應中，大約有70左右的甲烷由乙酸歧化菌產生，這也是這幾個階段中遵循莫諾方程反應的階段。 另一類產生甲烷的微生物是由氫氣和二氧化碳形成的。在正常條件下，他們大約占30左右。其中約有一半的嗜氫細菌也能利用甲酸產生甲烷。最主要的產甲烷過程反應有： CH3COO-+H2OCH4+HCO3- G0=-31.0KJ/MOL HCO3-+H+4H2CH4+

40、3H2O G0=-135.6KJ/MOL 4CH3OH3CH4+CO2+2H2O G0=-312KJ/MOL 4HCOO-+2H+CH4+CO2+2HCO3- G0=-32.9KJ/MOL,56,學習交流PPT,上述四個階段中，有人認為第二個階段和第三個階段可以分為一個階段，在這兩個階段的反應是在同一類細菌體類完成的。前三個階段的反應速度很快，如果用莫諾方程來模擬前三個階段的反應速率的話，,式中的Ks（半速率常數）可以在50mg/l以下，可以達到5KgCOD/KgMLSS.d。,57,學習交流PPT,而第四個反應階段通常很慢，同時也是最為重要的反應過程，在前面幾個階段中，廢水的中污染物質只是形

41、態(tài)上發(fā)生變化，COD幾乎沒有什么去除，只是在第四個階段中污染物質變成甲烷等氣體，使廢水中COD大幅度下降。同時在第四個階段產生大量的堿度這與前三個階段產生的有機酸相平衡，維持廢水中的pH穩(wěn)定，保證反應的連續(xù)進行。,58,學習交流PPT,2.2厭氧生物處理的特點 2.2.1厭氧生物處理的優(yōu)點 厭氧生物處理與好氧生物處理相比具有許多優(yōu)點： （1）厭氧生物處理減少了有機物的污染。避免了能引起水體富營養(yǎng)化的瀝出液的污染；避免了對動物、土壤產生惡性循環(huán)的病原體的污染；避免了影響周圍環(huán)境的臭氣和蠅類的繁殖。 （2）廢水處理工藝中，厭氧消化工藝比傳統的好氧工藝產生的污泥量少，并且剩余污泥脫水性能好，濃縮時可

42、以不使用脫水劑。因為厭氧微生物生長緩慢，因此處理同類數量的廢水僅產生相當于好氧處理1/101/6的剩余污泥。,59,學習交流PPT,（3）厭氧生物處理工藝的副產品之一是清潔能源沼氣，與傳統的管道煤氣和天然氣相比：沼氣具有較高熱值，可作為管道煤氣或汽車的燃料；沼氣燃燒后釋放的碳氫化合物較少，可減少對大氣環(huán)境的污染。 （4）厭氧生物處理能夠提高廢水中營養(yǎng)成分的可利用率，將不易吸收的有機氮轉化成氨或硝酸鹽。 （5）厭氧生物處理的副產品土壤改良劑，可以極大地改善土壤的持水率、土壤的透氣性，這對半干旱地區(qū)具有重要的意義。,60,學習交流PPT,（6）厭氧生物處理對營養(yǎng)物質的需求量小。有機廢水一般含有一定

43、量的氮、磷以及多種微量元素，所以厭氧方法可以不添加或少添加營養(yǎng)物質。 （7）厭氧生物處理可以處理高濃度的有機廢水。當廢水濃度過高時，不需要大量的稀釋水。 （8）厭氧生物處理可以節(jié)省動力消耗。在厭氧生物處理過程中，由于細菌分解有機物是營無分子氧呼吸，所以不必給系統提供氧氣，這樣就節(jié)省了設備所消耗的電能，可以同時獲得經濟效益與環(huán)境效益。,61,學習交流PPT,2.2.2厭氧生物處理的缺點 （1）厭氧生物處理啟動時間較長。由于厭氧微生物的世代期長，增長速率較低，污泥增長緩慢，因此厭氧反應器的啟動時間較長，一般啟動期長達3-6個月，甚至更長。 （2）厭氧生物處理后的廢水不能達到排放標準。厭氧法雖然負荷

44、高，去除有機物的絕對量和進液濃度高，但是其出水COD濃度高于好氧處理，去除有機物不夠徹底，因此一般單獨采用厭氧生物處理不能達到排放標準，必須把厭氧處理與好氧處理結合起來使用。,62,學習交流PPT,（3）厭氧微生物對有毒物質較為敏感，因此，如果對有毒廢水性質了解不足或者操作不當，可能會導致反應器運行條件的惡化。但隨著人們對厭氧微生物研究的不斷深入，這一問題將得到解決。（如何解決？） （4）厭氧生物處理可能造成二次污染。一般廢水都含有硫酸鹽，在厭氧條件下會產生硫酸鹽還原作用而釋放出硫化氫等氣體。硫化氫氣體是一種有毒和惡臭的氣體，如果反應器不能完全密閉，就會散發(fā)出臭氣，引起二次污染。因此厭氧處理系

45、統的各處理構筑物應盡可能做成密閉，以防臭氣散發(fā)。,63,學習交流PPT,3、影響厭氧生物處理的環(huán)境因素 3.1厭氧微生物處理的酸堿平衡及pH值調控 厭氧處理的這個pH值范圍是指反應器內反應區(qū)的pH值，而不是進水的pH值。(原因?),64,學習交流PPT,3.1.1厭氧微生物適應的PH值 pH范圍：厭氧處理中，水解菌與產酸菌對pH有較大的適應性，大多數這類菌在pH為5. 08. 5范圍生長良好，一些產酸菌在pH小于5. 0時仍可生長。但通常對pH敏感的甲烷菌適宜生長的pH為6. 57. 8，這也是通常情況下厭氧處理所控制的pH范圍。,65,學習交流PPT,pH值影響酶活力的原因（1）過酸或過堿會

46、影響酶蛋白的構相，甚至使酶變性而失活；（2）當pH變化不是很劇烈時，酶雖不變性，但活力受影響；（3）pH影響分子中另一些基團的解離，這些基團的離子化狀態(tài)與酶的專一性及酶分子的活性中心有關。,66,學習交流PPT,將反應器內的pH維持在使產甲烷菌保證較好活性的范圍是非常重要的，否則反應器內產酸的能力就會超過酸消耗的能力，從而不可避免的引起整個反應系統的“酸化”。實際上，厭氧系統中的pH值會受到多種因素的影響，如：進水的pH值、進水水質(有機物濃度、有機物種類等)、反應器中所發(fā)生的生化反應、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等。,67,學習交流PPT,就一般工程控制的角度來說：厭氧系統中脂肪酸含量的增

47、加(累積)，將會導致系統的pH值下降。而產甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產生致堿物質如HC03-等，而使系統的pH值回升。堿度是厭氧消化中一個至關重要的影響因素，保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，以維持合適的pH值。,68,學習交流PPT,不同廢水類型對pH值的影響：對pH值影響最大的因素是酸的形成，特別是乙酸的形成。因此含有大量溶解性碳水化合物（如糖、淀粉）的廢水進入反應器后pH值將迅速降低，而已經酸化的廢水進入反應器后pH值將上升。對于含大量蛋白質或氨基酸的廢水，由于氨的形成，pH值會略有上升。對不同特性的廢水，可選擇不同的進液pH值。,69,學習交流PPT,3.1.2厭氧微生物處

48、理的緩沖體系 影響pH值波動的化學物質：VFA和CO2 厭氧消化體系中主要的共扼酸堿有：H2CO3HCO3-、HCO3-CO32-、H2SHS-、HS-S2-、HACH+、NH4NH3等。,70,學習交流PPT,71,學習交流PPT,3.2溫度對厭氧生物處理的影響 3.2.1溫度對厭氧微生物的影響 影響：溫度主要是通過對厭氧微生物體內某些酶活性的影響而對微生物的生長速率和微生物對基質的代謝速率，因而會影響到廢水厭氧生物處理工藝中污泥的產生量和有機物的去除速率；溫度還影響有機物在生化反應中的流向和某些中間產物的形成，因而與沼氣的產量和成分等有關；溫度還可能影響污泥的成分與性狀；溫度也影響到微生物

49、所在環(huán)境的理化性質，液體的粘度隨溫度的降低而變大，這使得有機物在廢水中的擴散及顆粒沉降緩慢；氣體的溶解度也隨溫度的降低而變大。,72,學習交流PPT,如溶解氧更有利于兼性菌生長，抑制厭氧菌的繁殖；CO2過多會使pH值降低，有可能導致酸化；CH4在水中的溶解量增大，影響出水質量；H2的積累會使丙酸鹽的降解受抑制，導致出水VFA和COD變高；NH3和H2S的溶解量增大會對微生物產生更大的毒性?？梢?，加強攪拌作用有助于厭氧處理。,73,學習交流PPT,適宜的溫度范圍：厭氧細菌可分為嗜冷菌(生長溫度20 ) ,嗜溫菌(生長溫度3035 ),嗜熱菌(生長溫度5055 )。相應地，厭氧污水處理也分為低溫、

50、中溫和高溫三類。高溫厭氧工藝較中溫厭氧工藝、中溫厭氧工藝較低溫厭氧工藝反應速度要快得多，其相應的污泥活性和反應器負荷也高得多。例如：在550C用UASB反應器處理乙酸廢水，其污泥負荷高達4. 67.3kgCOD/(kgVSSd)，反應器容積負荷高達147kgCOD/(m3d)。在30 用UASB反應器處理乙酸廢水，其污泥負荷為2. 22. 4kgCOD/ (kgVSSd)。在1025 變化時，負荷較低。,74,學習交流PPT,新型厭氧污水處理裝置特點以提高反應器中的污泥濃度(即酶濃度)為宗旨，從而促進反應速度。賀延齡用UASB反應器處理低濃度的城市污水，溫度15290C, HRT為6h, CO

51、D去除率在73%左右。,75,學習交流PPT,3.2.2溫度對厭氧反應過程中動力學參數的影響 從反應動力學的角度來看，溫度主要影響厭氧消化過程的兩個參數，即最大比基質去除速率k和半飽和常數Ks。如果由于溫度的不同導致k的變化，會影響整個厭氧反應系統對進水中有機物的處理速率。同樣，由于半飽和常數的倒數1Ks，所表示的是微生物對基質的親和力，該值越大或是半飽和常數越小，就說明這種基質對于這種微生物來說越容易降解；反之，則表示這種基質較難降解，因此，如果溫度的變化對Ks值產生影響，就必然會影響厭氧微生物對相應基質的降解。,76,學習交流PPT,3.2.3溫度突變對厭氧消化的影響 厭氧微生物在每一個溫

52、度區(qū)間，隨溫度上升，生長速率逐漸上升并達到最大值，相應的溫度為細菌的最適生長溫度，過此溫度后細菌生長速率迅速下降。在每個區(qū)間的上限，將導致細菌死亡，如果溫度過高或持續(xù)時間足夠長，當溫度恢復后，細菌（或污泥）的活性也不能恢復。而當溫度下降并低于溫度范圍的下限，從整體上講，細菌不會死亡，而只是逐漸停止或減弱其代謝活動，菌中處于休眠狀態(tài)，其生命力可維持相當長時間。,77,學習交流PPT,厭氧微生物對反應器溫度的突變十分敏感。將溫度從35突然降至15，并持續(xù)15min后再升溫至35，結果發(fā)現，溫度突降時，反應器的產氣量會立即下降；當溫度恢復到35后，產氣量也迅速得到恢復，但略低于降溫前?？梢娚锘钚缘?/p>

53、恢復需要一個過程，產氣量的恢復滯后于溫度的恢復。 另外，對于厭氧微生物來說，降溫幅度愈大低溫持續(xù)時間愈長，產氣量的下降就更嚴重，升溫后產氣量的恢復愈困難，也就是恢復微生物活性愈困難。 厭氧消化對溫度的敏感程度隨負荷的增加而增加。當反應器在較高負荷下運行時，應特別注意控制溫度，在較低負荷下運行時，溫度對運行效果的影響有時并不是十分嚴重。,78,學習交流PPT,3.2.4厭氧消化反應溫度的選擇與控制 選擇厭氧反應器溫度需考慮的因素：處理效果和能源的消耗 高溫消化所能達到的處理負荷高，自身產能也高，處理效果好，但為維持較高的反應器溫度需要消耗大量的能量，因此，只有在廢水溫度較高（如4870）或者是有

54、大量廢熱可以利用的條件下才宜選用。高溫厭氧消化對廢水中的致病菌的殺滅效果更好，所以對于某些小水量但必須進行嚴格消毒才允許排放的廢水或污泥，為了實行高溫消毒，也可采用高溫消化工藝處理。一般情況下，正在運行的厭氧消化工藝都是在中溫條件下運行，這樣既可以獲得較穩(wěn)定、高效的處理效果，也可節(jié)能。,79,學習交流PPT,3.3厭氧消化過程中的營養(yǎng)物質與微量元素 （1）碳源：產甲烷菌只能利用簡單的碳水化合物，常見的基質包括H2/CO2、甲酸、乙酸、甲醇、甲胺類等。 （2）氮源：產甲烷菌均能利用氨態(tài)氮為氮源，氮對氨基酸的利用能力較差。 （3）生長因子：有些產甲烷菌必需某些維生素類尤其是乙族維生素物質，或者維生

55、素能夠刺激它的生長。 （4）微量元素：所有產甲烷菌的生長都需要鎳、鈷和鐵，培養(yǎng)基中15molL的鎳能滿足其生長，鎳的吸收率為1780g/g細胞干重，鎳是產甲烷菌中F430和氫酶的一種重要成分；鈷的吸收率為17120g/g細胞干重，對鐵的需要量較大，吸收率也較高，為1 3mg/g細胞干重。,80,學習交流PPT,3.4厭氧消化過程中的抑制物質 3.4.1無機抑制物質 （1）重金屬離子的毒性 重金屬離子對厭氧微生物的抑制作用是非常明顯的,但厭氧微生物對重金屬離子有適應性。日本的松田和野池采用間歇及半連續(xù)方式,就Cu2+、Ni2+、Cd2+、Zn2+、Cr6+對城市污泥厭氧消化的影響進行了試驗研究,

56、結果表明:在間歇投料試驗中,由于微生物初次接觸這些毒物,即使是很低的濃度也有危害性;在連續(xù)投料試驗中,由于馴化作用,微生物對這些毒物的忍耐力提高,即使在較高的濃度下也影響不大。這幾種金屬離子毒性大小順序為:Cr6+Cd2+Cu2+Zn2+Ni2+。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心的研究結果表明:Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cd2+共同存在時比一種離子單獨存在時的毒性大。,81,學習交流PPT,（2）NH3的毒性 NH4+及蛋白質含量高的工業(yè)廢水中存在著NH3的毒性問題。NH3比NH4+毒性大得多。NH3的離子化與系統的pH及溫度有關。Angelidaki和Ahring報道,當系統中NH4+-N濃度較高

57、時,降低系統溫度到55以下,氣體產率上升（？）,出水VFA(揮發(fā)性脂肪酸)濃度降低,系統穩(wěn)定。降低溫度,會改變NH4+的電離平衡,降低NH3的濃度,從而降低出水的VFA濃度。Angelidaki和Ahringh又報道,當系統溫度由55降到40時,乙酸鹽的質量濃度由2400mg/L降到900mg/L,丙酸鹽質量濃度先由1800mg/L提高到3700mg/L,最后降到790mg/L。系統溫度由55上升到60,氣體產率降低。,82,學習交流PPT,Speece和Parkin報道,當系統中NH4+-N的質量濃度為10000mg/L時,甲烷產氣率迅速降為0,看起來好象細菌已死亡,但經歷10d幾乎不產氣后

58、,從第11d開始恢復產氣,產氣5d之后氣體產率迅速恢復到原來的70%。這表明NH3不是殺菌的,而是抑菌的。,83,學習交流PPT,（3）硫化物的毒性 厭氧消化過程中存在的硫化物,一般有硫酸鹽、亞硫酸鹽和其他硫化物。硫化物的毒性主要是由未離解的H2S所引起的。一些廢水中可能不含有H2S,但其他硫化物在厭氧條件下極易被轉化為H2S。亞硫酸鹽是比H2S毒性更大的物質,它也能轉化為H2S或其他硫化物。SO32-抑制產甲烷菌活性的質量濃度為150200mg/L,污泥經馴化后可以減少這種抑制。SO42-本身無毒,但由它所引起的問題有兩方面,一是它轉化為有毒的H2S,二是它帶有的高濃度的陽離子可能有毒。,8

59、4,學習交流PPT,3.4.2有機抑制性物質 （1）硝化物的毒性 在厭氧條件下往系統中加入乙醇,能將2,4-二硝基甲苯轉化為2,4-胺基甲苯,但不能進一步降解。如繼續(xù)進行好氧處理,則能將2,4-二胺基甲苯完全無機化。 （2）抗生素的毒性 據報道,四環(huán)素、紅霉素質量濃度分別為225mg/L、50mg/L時,不會對甲烷菌產生抑制;痢特靈質量濃度為150mg/L時,在間歇或半連續(xù)反應器中運行時,對甲烷菌活性的最大抑制程度(考察系統生物活性與對照系統生物活性之差/時照系統生物活性)為10%。氯霉素對甲烷菌會產生強烈抑制,經過很長時間馴化后,甲烷產量也只能達到原來的5%。這表明甲烷菌是不能對氯霉素產生馴化的。Speece報道,青霉素質量濃度低于10mg/L時,不會對利用乙酸的甲烷菌產生抑制。,85,學習交流PPT,（3）氰化物和氯仿的毒性 Yang研究了氰化物和氯仿對利用乙酸的甲烷菌的毒性,試驗結果表明,氰化物和氯仿的濃度不同抑制期也不同,濃度越高抑制期越長,而且氯仿的抑制期比氰化物長。產氣率的很快恢復表明,在長時間的抑制期中甲烷菌沒有死亡,而是代謝受到抑制。因細菌生長需要1