厌氧的基本原理及影响其效果的因素.doc

. PAGE .. 厌氧生化法的基本原理及影响其效果的因素 一、厌氧生化法的基本原理 废水厌氧生物处理是在无分子氧条件下通过厌氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称为厌氧消化。 厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。因而粗略地将厌氧消化过程分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段，如下图所示： 4% H2 24% 28% 76% 复杂有机物 高级有机酸 CH4 52% 72% 20% 乙酸 （1）水解酸化 （2）产氢产乙酸 （3）产甲烷 第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。含氮有机物分解产生的NH3除了提供合成细胞物质的氮源外，在水中部分电离，形成NH4HCO3 ，具有缓冲消化液PH值的作用。 第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2 ，在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2 。 第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2 和H2 等转化成甲烷 。 虽然厌氧消化过程可分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡。这种动态平衡一旦被PH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，则首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程停滞。 二、影响厌氧处理效果的因素 水解产酸细菌和产氢产乙酸细菌，可统称为不产甲烷菌，它包括厌氧细菌和兼性细菌，尤以兼性细菌居多。与产甲烷菌相比，不产甲烷菌对PH值、温度、厌氧条件等外界环境因素的变化具有较强的适应性，且其增殖速度快。而产甲烷菌是一群非常特殊的、严格厌氧的细菌，它们对环境条件的要求比不产甲烷菌更严格，而且其繁殖的世代期更长。因此，产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。 1、温度条件 温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各种产甲烷菌的适应温度区域不一致，而且最适温度范围较小。根据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温厌氧消化（10—30℃）、中温厌氧消化（35—38℃）和高温厌氧消化（50— 温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。应尽可能采取一定的控温措施，温度变化幅度不超过2—3℃ 2、PH值 每种微生物可在一定的PH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及产甲烷细菌敏感，其适宜的PH值范围较广，在4.5—8.0之间。产甲烷菌要求环境介质PH值在中性附近，最适PH值为7.0—7.2 ，PH6.6—7.4较为适宜 。由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的PH值在6.5—7.5（最好在6.8—7.2）的范围内。 PH值条件失常，首先使产氢产乙酸作用和产甲烷作用受抑制，使产酸过程所形成的有机酸不能被正常地代谢降解，从而使整个消化过程的各阶段间的协调平衡丧失。若PH值降到5以下，对产甲烷菌毒性较大，同时产酸作用本身也受抑制，整个厌氧消化过程即停滞。即使PH值恢复到7.0左右，厌氧装置的处理能力仍不易恢复；而在稍高的PH值时，只要恢复中性，产甲烷菌能较快地恢复活性。所以，厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。 3、氧化还原电位（无氧环境） 无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一。产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感，这是因为它不象好氧菌那样具有过氧化氢酶。对厌氧反应器介质中的氧浓度可根据其与电位的关系来判断，即由氧化还原电位来表达。研究表明，产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不能高于-330mV，相当于2.36×1056 在厌氧消化全过程中，不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成，氧化还原电位为+0.1V—-0.1 V；而在产甲烷阶段，氧化还原电位须控制为-0.3 V— -0.35 V（中温消化）与-0.56V— -0.6V（高温消化），常温消化与中温消化相近。 4、有机负荷 在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3