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厌氧生物处理的基本原理，厌氧生物处理的机理

生物
2023-05-30

目录
厌氧生物处理的三个阶段
厌氧消化四阶段理论图
厌氧生物处理的机理
厌氧处理污水的原理
好氧和厌氧生物处理原理

厌氧生物处理的三个阶段

厌氧生物一般进行无氧呼吸，把葡萄糖分解成肆棚贺乳酸，醋酸和顷和酒精获取少量能量，酒，醋，裂派酸奶，泡菜都是靠它们的无氧呼吸得来的

厌氧消化四阶段理论图

根据厌氧四阶段来解前渗肢释

（1）第一阶段:水解、发酵阶段（发酵性细菌）

由厌氧或兼性厌氧慧世发酵性细菌起主要作用.主要功能有两种：（1）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；（2）酸化-将可溶性大分子有机物转化成脂肪酸、醇类等.

这些细菌的水解过程较缓慢,并受多种因素（pH、SRT、有机物种类等）影响,有时会成为厌氧反应的限速步骤.

(2)第二阶段:产氢产乙酸阶段阶段（产氢产乙酸菌）

厌氧或兼性厌氧产氢产乙酸细菌在厌氧消化中的生理功能是将第一阶段的发酵产物如高级脂肪酸和醇类等氧化分解成乙酸、 H2和CO2 ,为产甲烷菌提供合适的基质.

主要的反应过程如下：

CH3CH2COOH +2H2O→CH3COOH+CO2+3H2

CH3CH2OH+H2O→CH3COOH+2H2

(3)第三阶段:耗氢产乙酸阶段阶段（同型产乙酸菌）

同型产乙酸菌,它们既能利用H2、CO2生成乙酸,也能代谢糖类生成乙酸.

2CO2+4H2→CH3COOH+2H2O

C6H12O6→3CH3COOH

（4）第四阶段:产甲烷阶段（耗乙酸产喊腔甲烷菌、耗氢产甲烷菌）

由严格厌氧的产甲烷菌群来完成,其主要功能是将产乙酸菌的产物乙酸、甲醇、甲胺、H2/CO2等转化为CH4和CO2 .

生成CH4的主要反应如下：

CH3COOH→CH4+CO2

CH3COONH4+H2O→CH4+NH4HCO3

4H2+CO2→CH4+2H2O

4HCOOH→CH4+3CO2+2H2O

4CH3OH→3CH4+CO2+2H2O

在此过程中,可降解的有机物逐渐被厌氧菌群分解利用,产生沼气,有机氮被分解形成氨氮,有机分解形成磷酸盐,导致厌氧消化液的高氨氮高磷特性.

厌氧生物处理的机理

厌氧生物处理的基本原理如下：

其基本原理是通过控制厌氧微生物的生长和代谢过程,将有机废水中的有机物质转化为沼气和有机肥料,从而达到净化态简水质的目的。

水的净化方法：物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。

水的净化方法不只静置沉淀、吸附沉淀、过滤、蒸馏，这些归类在物理净化中，大量的净化水，如实验室用水一般用去离子水，采用离子交换的方法获得，属于物化方法。具体的净化水方法有四大类：即物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。

物理处理法，通过物理作用，以分离、回收废水中不溶解的呈悬浮状态污染物质（包括油膜和油珠），常用的有重力分离法、离心分离法、过滤法等。

化学处理法，向污水中投加某种化学物质，利用化学反应来分离、回收污水中的污染物质，常用的有化学沉淀法、混凝法、中和法、氧化还原（包括电解）法等。

物理化学法，利用物理化学作纤和用去除废水中的污染物质，主要有吸附法、离子交换法、膜分离法、萃取法等。

生物处理法，通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机性污染物质转化为稳定、无害的物质，可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法。

常用的水净化方法如下：

静置沉淀法：利用明矾溶于水后生成的胶状物对杂质的吸附，使杂质沉淀，来达到净水的目的。

吸附沉淀法：用具有吸附作用的固体过滤液体，可以滤去液体中的不溶性物质，还可以吸附一些溶解的杂质，除去臭味。如：有些净水器就是利用活性炭来吸附、过滤水中的杂质的。经过净化后的水虽然边澄清了，但所得的水仍然不是纯水。

过滤：把不溶于液体的固体物质与液体分开的一种方法。

蒸馏：根据各物质沸点不同的原理把相互溶解的液体物质进行分离的一种方法。净化程度相对较高。制取蒸馏水的过程是物理变化。

杀菌：水中含有细菌、病菌。可放入适量的药物进行杀菌、消毒。如：漂白粉、氯气及新帆竖裤型消毒剂二氧化氯等。

煮沸：溶有较多含钙、镁物质的水是硬水，长期饮用硬水对人体健康不利，生活中可用煮沸的方法减少或消除硬水的危害。

净水器净化：可以过滤水中的一些致癌物质和杀死的病毒等。

厌氧处理污水的原理

高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。

高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。水解过程通常较缓慢，因此被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。多种因素如温度、有机物的组成、水解产物的浓度等可能影响水解的速度与氏瞎水解的程度。水解速度的可由以下动力学方程加以描述：ρ=ρo/(1+Kh.T)

ρ ——可降解的非溶解性底物浓度（g/L）；

ρo———非溶解性底物的初始浓度（g/L）；

Kh——水解常数（d^-1）；

T——停留时间（d）发酵可定义为有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。

在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。

在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐衡核罩受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程，因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。

其某些反应式如下：

CH3CHOHCOO-+2H2O —咐闹> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG’0=-4.2KJ/MOL

CH3CH2OH+H2O－> CH3COO-+H++2H2O ΔG’0=9.6KJ/MOL

CH3CH2CH2COO-+2H2O－> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG’0=48.1KJ/MOL

CH3CH2COO-+3H2O－> CH3COO-+HCO3-+H++3H2 ΔG’0=76.1KJ/MOL

4CH3OH+2CO2－> 3CH3COO-+2H2O ΔG’0=-2.9KJ/MOL

2HCO3-+4H2+H+－>CH3COO-+4H2O ΔG’0=-70.3KJ/MOL 这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷的过程有两种生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。

最主要的产甲烷过程反应有：

CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL

HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL

4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL

4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

在甲烷的形成过程中，主要的中间产物是甲基辅酶M（CH3-S-CH2-SO3-）。

需要指出的是：一些书把厌氧消化过程分为三个阶段，把第一、第二阶段合成为一个阶段，称为水解酸化阶段。在这里我们则认为分为四个阶段能更清楚反应厌氧消化过程。

上述四个阶段的反应速度依废水的性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物的废水，产甲烷易成为限速阶段。虽然厌氧消化过程可分为以上四个过程，但是在厌氧反应器中，四个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡。该平衡一旦被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，甚至导致整个消化过程停滞。