厌氧反应部分剖析VIP专享VIP免费

厌氧反应部分厌氧消化反应的机理厌氧消化法是在无氧的条件下，借兼性菌及专性厌氧细菌降解有机污染物，分解的产物是以甲烷为主的消化气(沼气、生物气)。有机物厌氧分解的全过程细分又可分为三个阶段，第一阶段为水解发酵阶段(即酸性消化)，此阶段利用的是兼性水解发酵细菌(即产酸菌)，将复杂有机物---碳水化合物、蛋白质和脂类等发酵成为有机酸、醇类、CO2、H2、NH3和H2S等；第二阶段为产氢产乙酸阶段，此阶段利用的是专性厌氧的产氢产乙酸细菌，将第一阶段细菌的代谢产物---丙酸及其它脂肪酸、醇类和某些芳香酸转化为乙酸、CO2和H2；第三阶段为产甲烷阶段，此阶段利用产甲烷菌将第一、第二阶段产生的乙酸、CO2和H2为主要基质(还有甲酸、甲醇及甲胺)最终转化为甲烷和CO2，产甲烷菌包括两种特异性很强的细菌：一种主要利用H2把CO2还原为CH4；另一种产甲烷菌主要以乙酸为基质(也可利用甲醇和甲胺），把它分解为CH4和CO2。在这一阶段中，据研究还有一种同型产乙酸菌可把CO2和H2合成为乙酸。有机物在厌氧条件下消化降解的过程可简单分为两个阶段，即酸性消化(酸性发酵)阶段和碱性消化(碱性发酵或甲烷消化)阶段。两阶段的示意图：酸性消化阶段：参与的微生物为酸性腐化菌或产酸细菌。在这一阶段中，含碳有机物被水解成单糖，蛋白质被水解成肽和氨基酸，脂肪被水解成甘油脂肪酸。水解的最终产物是包括丁酸、丙酸、乙酸和甲酸在内的有机酸以及醇、氨、CO2、硫化物、氢以及能量，为下一阶段的甲烷消化作准备。酸性腐化细菌对pH值、有机酸及温度的适应性很强，世代短，数分钟到数小时即可繁殖一代，多属于异养型兼性细菌群。在酸性消化阶段，由于有机酸的形成与积累，pH值可下降至6，甚至可达5以下。此后，由于有机酸和溶解性含氮化合物的分解，产生碳酸盐、氨、氮及少量的二氧化碳等，从而使酸性减退，pH值可回升到6.6-6.8左右。经酸性消化后的污泥外观呈黄色或灰黄色，比较粘稠不易脱水，仍易于腐化发臭。碱性消化阶段：参与的微生物是甲烷细菌。甲烷细菌对营养的要求不高，一般的营养盐类、二氧化碳、醇和氨都可作为碳、氮源，属于专性厌氧细菌群。碱性消化阶段就是消化气的形成过程。酸性消化阶段的代谢产物，在甲烷细菌的作用下，进一步分解成消化气，其主要成分是甲烷、二氧化碳。已发现的甲烷细菌属有甲烷球菌属(Metharnococcus)，八叠甲烷球菌属(Me-thanosarcirla)，甲烷杆菌属(Methanobacterium)和甲烷杆菌属(Methano-bacillus)等。甲烷细菌属的特点是：(1)对pH值的适应性较弱，适宜的范围是6.6-7.8，最佳pH值为6.8-7.2；(2)对温度的适应性也较弱，根据对温度的适应范围甲烷细菌可分为中温(30-35℃)及高温(50-60℃)两类。当甲烷细菌在一定的温度内被驯化后，温度增减2℃就可能破坏甲烷消化作用，特别是高温甲烷细菌，温度增减1℃，就有可能使消化过程遭到破坏。因此甲烷消化要求保持温度恒定；(3)甲烷细菌的世代都较长，一般约4-6天繁殖一代；(4)甲烷细菌的专一性很强，每种甲烷细菌只能代谢特定的底物，如甲酸甲烷杆菌(Methanobacteriumformicium)仅能利用H2，CO2和甲酸CHOOH，低氧甲烷杆菌(Methanobacteriumsuboxydans)只能把戊酸分解成乙酸与丙酸。因此，在厌氧消化条件下，有机物分解往往是不完全的；(5)所有的甲烷细菌都能氧化分子状态的氢，并利用CO2作为电子接受体:4H2+CO2-→CH4+2H2O由于甲烷细菌具有上述特点，而且又是专性厌氧细菌，因此甲烷消化阶段控制着厌氧消化的整个过程。1kgCOD产生0.35Nm3CH4(相当于0.25kgCH4)厌氧生物控制指标：厌氧处理装置在实际运行中，主要控制进水水质、负荷、温度、PH值、挥发酸、氮磷营养、沼气组分、有毒物质等。1.温度的控制：分常温(10-34℃)、中温(35-40℃)、高温(50-55℃)三种类型，厌氧消化常采用中温消化。2.PH值、碱度、挥发酸的影响：消化液中的PH值一般应维持在6.5-7.8之间，最佳范围在6.8-7.2左右；碱度(ALK)最佳值在2000-4000mg/L之间，正常值为1000-5000mg/L；酸度(VFA)最佳值在50-500mg/L之间，正常50-2500mg/L。在反应器正常运行时，进水PH值一般在6.0以上。处理因含有机酸而使PH值偏低的废水时，正常运行时PH值可略低，...