厭氧發(fā)酵原理干貨分享

1、厭氧發(fā)酵原理(干貨分享)2020-12-242厭氧生物處理厭氧生物處理概述概述 在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學作用，對有機物進行生在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學作用，對有機物進行生物降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。物降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。 厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體及糞便厭氧生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動植物殘體及糞便等。等。 2020-12-243 i 甲酸 類 甲醇 產(chǎn) 甲胺 通過不同 廢水或污泥 蛋白質 氨基酸

2、物 乙酸等 途徑轉化 中不溶態(tài)大 多 糖 c6h12o6 為 ch4、 分子有機物 脂 類 甘油 ii 丙酸 co2等 脂肪酸 類 丁酸 co2 、 h 產(chǎn) 乳酸 和乙酸 物 乙醇等 水解階段 酸化階段 氣化階段 酸化 i 酸化 ii 不完全厭氧消化(酸發(fā)酵) 發(fā) 酵 菌 發(fā) 酵 菌 甲 烷 菌 產(chǎn)氫 產(chǎn)乙 酸菌 2020-12-244厭氧生物處理厭氧生物處理概述概述厭氧生物處理的方法和基本功能有二：厭氧生物處理的方法和基本功能有二：（1 1）酸發(fā)酵的目的是為進一步進行生物處理提供易生物降解的基質；）酸發(fā)酵的目的是為進一步進行生物處理提供易生物降解的基質；（2 2）甲烷發(fā)酵的目的是進一步降解有

3、機物和生產(chǎn)氣體燃料。）甲烷發(fā)酵的目的是進一步降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料。 2020-12-245厭氧生物處理厭氧生物處理概述概述因兼有降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料的因兼有降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應用。雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應用。2020-12-246厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理一、厭氧消化的生化階段一、厭氧消化的生化階段 復雜有機物復雜有機物的厭氧消化過程要經(jīng)歷數(shù)個階段，由不同的的厭氧消化過程要經(jīng)歷數(shù)個階段，由不同的細菌群接替完成。根據(jù)復雜有機物在此過程中的物態(tài)及物細菌群接替完成。根據(jù)復雜有機物在此過程中的物態(tài)及物性變化，可分三個階段（如表所示）。性變

4、化，可分三個階段（如表所示）。2020-12-247厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理 有機物厭氧消化過程有機物厭氧消化過程生化階段生化階段 物態(tài)變化物態(tài)變化液化（水解）液化（水解）酸化（酸化（1）酸化（酸化（2）氣氣 化化生化過程生化過程大分子不溶大分子不溶態(tài)有機物轉態(tài)有機物轉化為小分子化為小分子溶解態(tài)有機溶解態(tài)有機物物小分子溶解小分子溶解態(tài)有機物轉態(tài)有機物轉化為化為（h2+co2）及及a、b兩類兩類產(chǎn)物產(chǎn)物b類產(chǎn)物轉化類產(chǎn)物轉化為（為（h2+co2）及乙酸等及乙酸等ch4、co2等等菌菌 群群發(fā)酵細菌發(fā)酵細菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌菌甲烷細菌甲烷細菌發(fā)酵工發(fā)酵工藝藝甲烷發(fā)甲烷發(fā)酵酵酸酸 發(fā)

5、發(fā) 酵酵2020-12-248厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理二、發(fā)酵的控制條件二、發(fā)酵的控制條件（以下重點討論甲烷發(fā)酵的控制條件。）（以下重點討論甲烷發(fā)酵的控制條件。）（一）營養(yǎng)與環(huán)境條件一）營養(yǎng)與環(huán)境條件 廢水、污泥及廢料中的有機物種類繁多，只要未達到抑制濃度，都可連續(xù)進行厭氧生物處理。廢水、污泥及廢料中的有機物種類繁多，只要未達到抑制濃度，都可連續(xù)進行厭氧生物處理。對生物可降解性有機物的濃度并無嚴格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟上不合算；水對生物可降解性有機物的濃度并無嚴格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟上不合算；水力停留時間短，生物污泥易流失，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。一般要求力停

6、留時間短，生物污泥易流失，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。一般要求codcod大于大于1000mg/l1000mg/l。 codnp=20051 codnp=20051 2020-12-249厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理（1 1）氧化還原電位氧化還原電位（orporp或或eheh） 厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進行的最重要的條件。厭氧環(huán)境，主要以體系中的厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進行的最重要的條件。厭氧環(huán)境，主要以體系中的氧化還原電位來反映。氧化還原電位來反映。 一般情況下，氧的溶入無疑是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接的一般情況下，氧的溶入無疑是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最

7、主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質的存在（如某些工業(yè)廢水中含有的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質的存在（如某些工業(yè)廢水中含有的fefe3+3+、crcr2 2o o7 72-2-、nono3-3-、so4so42-2-以及酸性廢水中的以及酸性廢水中的h h+ +等），同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當其濃度等），同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當其濃度達到一定程度時，同樣會危害厭氧消化過程的進行。達到一定程度時，同樣會危害厭氧消化過程的進行。 2020-12-2410厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理高溫厭氧消化系統(tǒng)高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電

8、位為適宜的氧化還原電位為-500-600mv-500-600mv；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應低于要求的氧化還原電位應低于- -300-380mv300-380mv。產(chǎn)酸細菌產(chǎn)酸細菌對氧化還原電位的要求不甚嚴格，甚至可在對氧化還原電位的要求不甚嚴格，甚至可在+100-100mv+100-100mv的兼性條的兼性條件下生長繁殖；件下生長繁殖；甲烷細菌甲烷細菌最適宜的氧化還原電位為最適宜的氧化還原電位為-350mv-350mv或更低?；蚋?。 2020-12-2411厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理（2 2）溫度溫度 溫度是影響微

9、生物生命活動過程的重要因素之一。溫度主要影響微生物的生化反應速溫度是影響微生物生命活動過程的重要因素之一。溫度主要影響微生物的生化反應速度，因而與有機物的分解速率有關。度，因而與有機物的分解速率有關。 工程上：工程上：中溫消化溫度為中溫消化溫度為30383038（以（以33353335為多）；為多）；高溫消化溫度為高溫消化溫度為50555055。厭氧消化對溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于厭氧消化對溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于22。溫度突變幅度太大，會招致系統(tǒng)的停。溫度突變幅度太大，會招致系統(tǒng)的停止產(chǎn)氣。止產(chǎn)氣。 2020-12-2412厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理（3 3）ph

10、ph值及酸堿度值及酸堿度 由于發(fā)酵系統(tǒng)中的由于發(fā)酵系統(tǒng)中的coco2 2分壓很高（分壓很高（20.340.5kpa20.340.5kpa），），發(fā)酵液的實際發(fā)酵液的實際phph值比在大氣條件下的實測值為低。一般認為，實測值應值比在大氣條件下的實測值為低。一般認為，實測值應在在7.27.47.27.4之間為好。之間為好。（4 4）毒物毒物 凡對厭氧處理過程起抑制或毒害作用的物質，都可稱為毒物。凡對厭氧處理過程起抑制或毒害作用的物質，都可稱為毒物。 2020-12-2413厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理（二）控制條件（二）控制條件（1 1）生物量）生物量 各種反應器要求的污泥濃度不盡相同，一般介

11、于各種反應器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于1030gvss/l1030gvss/l之之間。間。 為了保持反應器生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，為了保持反應器生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離器、設置掛膜介質、降低水流速度和回流污泥量等。如安裝三相分離器、設置掛膜介質、降低水流速度和回流污泥量等。 2020-12-2414厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理（2 2）負荷率）負荷率 負荷率是表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)。負荷率有三種表示方法：容積負荷率、負荷率是表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)。負荷率有三種表示方法：容積負荷率、污泥負荷率、投配率。污泥負荷率、投配率。

12、反應器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為容積負荷率，單位為反應器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為容積負荷率，單位為kg/mkg/m3 3dd或或g/ldg/ld。有機物量可用。有機物量可用codcod、bodbod、ssss和和vssvss表示。表示。 反應器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為污泥負荷率，單位為反應器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為污泥負荷率，單位為kg/kgdkg/kgd或或g/gdg/gd。 每天向單位有效容積投加的新料的體積，稱為投配率，單位為每天向單位有效容積投加的新料的體積，稱為投配率，單位為m m3 3/m/m3

13、3dd。投配率的倒數(shù)為平均停。投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為留時間或消化時間，單位為d d。投配率有時也用百分數(shù)表示，例如，。投配率有時也用百分數(shù)表示，例如，0.07m0.07m3 3/m/m3 3dd的投配率也可的投配率也可表示為表示為7%7%。2020-12-2415厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理 厭氧消化裝置的負荷率是怎樣確定的呢？厭氧消化裝置的負荷率是怎樣確定的呢？ 一個重要的原則是：在兩個轉化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處一個重要的原則是：在兩個轉化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標（最大處理量或最大產(chǎn)氣量）。理目標（最大

14、處理量或最大產(chǎn)氣量）。 一般而言，厭氧消化微生物進行酸化轉化的能力強，速率快，對環(huán)境條件的適應能力也強；一般而言，厭氧消化微生物進行酸化轉化的能力強，速率快，對環(huán)境條件的適應能力也強；而進行氣化轉化的能力相對較弱，速率也較慢，對環(huán)境的適應能力也較脆弱。這種前強后弱的而進行氣化轉化的能力相對較弱，速率也較慢，對環(huán)境的適應能力也較脆弱。這種前強后弱的特征使兩個轉化速率保持穩(wěn)定平衡頗為困難，因而形成了三種發(fā)酵狀態(tài)。特征使兩個轉化速率保持穩(wěn)定平衡頗為困難，因而形成了三種發(fā)酵狀態(tài)。 2020-12-2416厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理 當有機物負荷率很高時，當有機物負荷率很高時，由于供給產(chǎn)酸菌的食物

15、相當充分，致使作為其代謝產(chǎn)物的有機物酸產(chǎn)量很大，超過了甲烷細菌的吸收利用能力，導致有機酸在消化液中的積累和ph值（以下均指大氣壓條件下的實測值）下降，其結果是使消化液顯酸性（ph7）。這種在酸性條件下進行的厭氧消化過程稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應盡量避免。 2020-12-2417厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理 當有機負荷率適中時，當有機負荷率適中時，產(chǎn)酸細菌代謝產(chǎn)物中的有機酸基本上能被甲烷細菌及時地吸收利用，并轉化為沼氣，溶液中殘存的有機酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時消化液中ph值維持在77.5之間，溶液呈弱堿性。這種在弱堿性條件下進行的厭氧消化過程稱之為弱堿性發(fā)酵

16、狀態(tài)，它是一種高效而又穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負荷率應達此狀態(tài)。 2020-12-2418厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理 當有機物負荷率偏小時，當有機物負荷率偏小時，供給產(chǎn)酸細菌的食物不足，產(chǎn)酸量偏少，不能滿足甲烷細菌的需要。此時，消化液中的有機酸殘存量很少，ph值偏高，在ph值偏高（大于7.5）的條件下進行的厭氧消化過程，稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。如前所述，由于負荷偏低，因而是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。 2020-12-2419厭氧生物處理厭氧生物處理原理原理（3 3）加熱）加熱 為把料液控制到要求的發(fā)酵溫度，則必須加熱。據(jù)估算，為把料液控制到要求的發(fā)酵溫度，則必須加熱。據(jù)估算，去除去除8000

17、mg/l8000mg/l的的codcod所產(chǎn)生的沼氣，能使一升水升溫所產(chǎn)生的沼氣，能使一升水升溫1010。 （4 4）phph值的控制值的控制 如果料液會導致反應器內(nèi)液體的如果料液會導致反應器內(nèi)液體的phph值低于值低于6.56.5或高或高于于8.08.0時，則應對料液預先中和。當有機酸的積累而使反應液的時，則應對料液預先中和。當有機酸的積累而使反應液的phph值值低于低于6.876.87時，應適當減小有機物負荷或毒物負荷，使時，應適當減小有機物負荷或毒物負荷，使phph值恢復到值恢復到7.07.0以上（最好為以上（最好為7.27.47.27.4）。若）。若phph低于低于6.56.5，應停止

18、加料，并及時投，應停止加料，并及時投加石灰中和。加石灰中和。2020-12-2420厭氧生物處理厭氧生物處理主要構筑物及工藝主要構筑物及工藝 一、早期用于處理廢水的厭氧消化構筑物是化糞池和雙層沉淀池。一、早期用于處理廢水的厭氧消化構筑物是化糞池和雙層沉淀池。 化糞池化糞池是一個矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水下連接管接通。廢水由是一個矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水下連接管接通。廢水由一端進入，通過各室后由另一端排出。懸浮物沉于池底后進行緩慢的厭氧發(fā)酵。各室的頂蓋上一端進入，通過各室后由另一端排出。懸浮物沉于池底后進行緩慢的厭氧發(fā)酵。各室的頂蓋上設有人孔，可

19、定期（數(shù)月）將消化后的污泥挖出，供作農(nóng)肥。這種處理構筑物通常設于獨立的設有人孔，可定期（數(shù)月）將消化后的污泥挖出，供作農(nóng)肥。這種處理構筑物通常設于獨立的居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步處理糞便廢水。居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步處理糞便廢水。2020-12-2421厭氧生物處理厭氧生物處理主要構筑物及工藝主要構筑物及工藝 雙層沉淀池雙層沉淀池上部有一個流槽，槽底呈上部有一個流槽，槽底呈v v形。廢水沿槽緩慢流過時，懸浮物便沉降下來，并從形。廢水沿槽緩慢流過時，懸浮物便沉降下來，并從v v形形槽底縫滑落于大圓形池底，在那里進行厭氧消化。這兩種處理構筑物僅起截留和降解有機懸浮槽底縫滑

20、落于大圓形池底，在那里進行厭氧消化。這兩種處理構筑物僅起截留和降解有機懸浮物的功用，產(chǎn)生的沼氣難以收集利用。物的功用，產(chǎn)生的沼氣難以收集利用。2020-12-2422厭氧生物處理厭氧生物處理主要構筑物及工藝主要構筑物及工藝二、普通消化池，主要用于處理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多二、普通消化池，主要用于處理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加頂蓋的筒狀。建成加頂蓋的筒狀。生污泥從池頂進入，通過攪拌與池內(nèi)污泥混合，進行厭氧消化。分解生污泥從池頂進入，通過攪拌與池內(nèi)污泥混合，進行厭氧消化。分解后的污泥從池底排出。產(chǎn)生的生物氣從池頂收集。普通消化池需要后的污泥從池底排出。產(chǎn)生的生物氣從池頂收集。普通消化池需要加熱，以維持高的生化速率。加熱，以維持高的生化速率。這種處理構筑物通常是這種處理構筑物通常是每天加排料各每天加排料各1212次，次，與此同時進行數(shù)小時的與此同時進行數(shù)小時的攪拌混合。攪拌混合。 2020-12-2423h4h3h2h1dd2d1圓筒形厭氧消化池圓筒形厭氧消化池 蛋形厭氧消化池蛋形厭氧消化池 2020-12-2424厭氧生物處理厭氧生物處理主要構筑物及工藝主要構筑物及工藝 三、厭氧接觸系統(tǒng)三、厭氧接觸系統(tǒng) 普通消化池用于處理高濃度有機廢水時，為了強化有機物與池內(nèi)厭氧普通消化池用于處理高濃度有機廢水時，為了強化有機物與池內(nèi)厭氧污