厌氧发酵原理干货分享

1、厌氧发酵原理(干货分享)2020-12-242厌氧生物处理厌氧生物处理概述概述 在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。物降解的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法。 厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。等。 2020-12-243 i 甲酸 类 甲醇 产 甲胺 通过不同 废水或污泥 蛋白质 氨基酸

2、物 乙酸等 途径转化 中不溶态大 多 糖 c6h12o6 为 ch4、 分子有机物 脂 类 甘油 ii 丙酸 co2等 脂肪酸 类 丁酸 co2 、 h 产 乳酸 和乙酸 物 乙醇等 水解阶段 酸化阶段 气化阶段 酸化 i 酸化 ii 不完全厌氧消化(酸发酵) 发 酵 菌 发 酵 菌 甲 烷 菌 产氢 产乙 酸菌 2020-12-244厌氧生物处理厌氧生物处理概述概述厌氧生物处理的方法和基本功能有二：厌氧生物处理的方法和基本功能有二：（1 1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2 2）甲烷发酵的目的是进一步降解有

3、机物和生产气体燃料。）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。 2020-12-245厌氧生物处理厌氧生物处理概述概述因兼有降解有机物和生产气体燃料的因兼有降解有机物和生产气体燃料的双重功能，因而得到了广泛的发展和应用。双重功能，因而得到了广泛的发展和应用。2020-12-246厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理一、厌氧消化的生化阶段一、厌氧消化的生化阶段 复杂有机物复杂有机物的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的的厌氧消化过程要经历数个阶段，由不同的细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物细菌群接替完成。根据复杂有机物在此过程中的物态及物性变化，可分三个阶段（如表所示）。性变

4、化，可分三个阶段（如表所示）。2020-12-247厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理 有机物厌氧消化过程有机物厌氧消化过程生化阶段生化阶段 物态变化物态变化液化（水解）液化（水解）酸化（酸化（1）酸化（酸化（2）气气 化化生化过程生化过程大分子不溶大分子不溶态有机物转态有机物转化为小分子化为小分子溶解态有机溶解态有机物物小分子溶解小分子溶解态有机物转态有机物转化为化为（h2+co2）及及a、b两类两类产物产物b类产物转化类产物转化为（为（h2+co2）及乙酸等及乙酸等ch4、co2等等菌菌 群群发酵细菌发酵细菌产氢产乙酸细产氢产乙酸细菌菌甲烷细菌甲烷细菌发酵工发酵工艺艺甲烷发甲烷发酵酵酸酸 发

5、发 酵酵2020-12-248厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理二、发酵的控制条件二、发酵的控制条件（以下重点讨论甲烷发酵的控制条件。）（以下重点讨论甲烷发酵的控制条件。）（一）营养与环境条件一）营养与环境条件 废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求力停

6、留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求codcod大于大于1000mg/l1000mg/l。 codnp=20051 codnp=20051 2020-12-249厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理（1 1）氧化还原电位氧化还原电位（orporp或或eheh） 厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境，主要以体系中的厌氧环境是厌氧消化过程赖以正常进行的最重要的条件。厌氧环境，主要以体系中的氧化还原电位来反映。氧化还原电位来反映。 一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最主要和最直接的一般情况下，氧的溶入无疑是引起发酵系统的氧化还原电位升高的最

7、主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化剂或氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的fefe3+3+、crcr2 2o o7 72-2-、nono3-3-、so4so42-2-以及酸性废水中的以及酸性废水中的h h+ +等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度等），同样能使体系中的氧化还原电位升高。当其浓度达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。达到一定程度时，同样会危害厌氧消化过程的进行。 2020-12-2410厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理高温厌氧消化系统高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电

8、位为适宜的氧化还原电位为-500-600mv-500-600mv；中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于要求的氧化还原电位应低于- -300-380mv300-380mv。产酸细菌产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100-100mv+100-100mv的兼性条的兼性条件下生长繁殖；件下生长繁殖；甲烷细菌甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为最适宜的氧化还原电位为-350mv-350mv或更低。或更低。 2020-12-2411厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理（2 2）温度温度 温度是影响微

9、生物生命活动过程的重要因素之一。温度主要影响微生物的生化反应速温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解速率有关。度，因而与有机物的分解速率有关。 工程上：工程上：中温消化温度为中温消化温度为30383038（以（以33353335为多）；为多）；高温消化温度为高温消化温度为50555055。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于22。温度突变幅度太大，会招致系统的停。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。止产气。 2020-12-2412厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理（3 3）ph

10、ph值及酸碱度值及酸碱度 由于发酵系统中的由于发酵系统中的coco2 2分压很高（分压很高（20.340.5kpa20.340.5kpa），），发酵液的实际发酵液的实际phph值比在大气条件下的实测值为低。一般认为，实测值应值比在大气条件下的实测值为低。一般认为，实测值应在在7.27.47.27.4之间为好。之间为好。（4 4）毒物毒物 凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质，都可称为毒物。凡对厌氧处理过程起抑制或毒害作用的物质，都可称为毒物。 2020-12-2413厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理（二）控制条件（二）控制条件（1 1）生物量）生物量 各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介

11、于各种反应器要求的污泥浓度不尽相同，一般介于1030gvss/l1030gvss/l之之间。间。 为了保持反应器生物量不致因流失而减少，可采用多种措施，为了保持反应器生物量不致因流失而减少，可采用多种措施，如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流速度和回流污泥量等。如安装三相分离器、设置挂膜介质、降低水流速度和回流污泥量等。 2020-12-2414厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理（2 2）负荷率）负荷率 负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数。负荷率有三种表示方法：容积负荷率、负荷率是表示消化装置处理能力的一个参数。负荷率有三种表示方法：容积负荷率、污泥负荷率、投配率。污泥负荷率、投配率。

12、反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量，称为容积负荷率，单位为反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量，称为容积负荷率，单位为kg/mkg/m3 3dd或或g/ldg/ld。有机物量可用。有机物量可用codcod、bodbod、ssss和和vssvss表示。表示。 反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物量，称为污泥负荷率，单位为反应器内单位重量的污泥在单位时间内接纳的有机物量，称为污泥负荷率，单位为kg/kgdkg/kgd或或g/gdg/gd。 每天向单位有效容积投加的新料的体积，称为投配率，单位为每天向单位有效容积投加的新料的体积，称为投配率，单位为m m3 3/m/m3

13、3dd。投配率的倒数为平均停。投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为留时间或消化时间，单位为d d。投配率有时也用百分数表示，例如，。投配率有时也用百分数表示，例如，0.07m0.07m3 3/m/m3 3dd的投配率也可的投配率也可表示为表示为7%7%。2020-12-2415厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理 厌氧消化装置的负荷率是怎样确定的呢？厌氧消化装置的负荷率是怎样确定的呢？ 一个重要的原则是：在两个转化（酸化和气化）速率保持稳定平衡的条件下，求得最大的处一个重要的原则是：在两个转化（酸化和气化）速率保持稳定平衡的条件下，求得最大的处理目标（最大处理量或最大产气量）。理目标（最大

14、处理量或最大产气量）。 一般而言，厌氧消化微生物进行酸化转化的能力强，速率快，对环境条件的适应能力也强；一般而言，厌氧消化微生物进行酸化转化的能力强，速率快，对环境条件的适应能力也强；而进行气化转化的能力相对较弱，速率也较慢，对环境的适应能力也较脆弱。这种前强后弱的而进行气化转化的能力相对较弱，速率也较慢，对环境的适应能力也较脆弱。这种前强后弱的特征使两个转化速率保持稳定平衡颇为困难，因而形成了三种发酵状态。特征使两个转化速率保持稳定平衡颇为困难，因而形成了三种发酵状态。 2020-12-2416厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理 当有机物负荷率很高时，当有机物负荷率很高时，由于供给产酸菌的食物

15、相当充分，致使作为其代谢产物的有机物酸产量很大，超过了甲烷细菌的吸收利用能力，导致有机酸在消化液中的积累和ph值（以下均指大气压条件下的实测值）下降，其结果是使消化液显酸性（ph7）。这种在酸性条件下进行的厌氧消化过程称为酸性发酵状态，它是一种低效而又不稳定的发酵状态，应尽量避免。 2020-12-2417厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理 当有机负荷率适中时，当有机负荷率适中时，产酸细菌代谢产物中的有机酸基本上能被甲烷细菌及时地吸收利用，并转化为沼气，溶液中残存的有机酸量一般为每升数百毫克。此时消化液中ph值维持在77.5之间，溶液呈弱碱性。这种在弱碱性条件下进行的厌氧消化过程称之为弱碱性发酵

16、状态，它是一种高效而又稳定的发酵状态，最佳负荷率应达此状态。 2020-12-2418厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理 当有机物负荷率偏小时，当有机物负荷率偏小时，供给产酸细菌的食物不足，产酸量偏少，不能满足甲烷细菌的需要。此时，消化液中的有机酸残存量很少，ph值偏高，在ph值偏高（大于7.5）的条件下进行的厌氧消化过程，称为碱性发酵状态。如前所述，由于负荷偏低，因而是一种虽稳定但低效的厌氧消化状态。 2020-12-2419厌氧生物处理厌氧生物处理原理原理（3 3）加热）加热 为把料液控制到要求的发酵温度，则必须加热。据估算，为把料液控制到要求的发酵温度，则必须加热。据估算，去除去除8000

17、mg/l8000mg/l的的codcod所产生的沼气，能使一升水升温所产生的沼气，能使一升水升温1010。 （4 4）phph值的控制值的控制 如果料液会导致反应器内液体的如果料液会导致反应器内液体的phph值低于值低于6.56.5或高或高于于8.08.0时，则应对料液预先中和。当有机酸的积累而使反应液的时，则应对料液预先中和。当有机酸的积累而使反应液的phph值值低于低于6.876.87时，应适当减小有机物负荷或毒物负荷，使时，应适当减小有机物负荷或毒物负荷，使phph值恢复到值恢复到7.07.0以上（最好为以上（最好为7.27.47.27.4）。若）。若phph低于低于6.56.5，应停止

18、加料，并及时投，应停止加料，并及时投加石灰中和。加石灰中和。2020-12-2420厌氧生物处理厌氧生物处理主要构筑物及工艺主要构筑物及工艺 一、早期用于处理废水的厌氧消化构筑物是化粪池和双层沉淀池。一、早期用于处理废水的厌氧消化构筑物是化粪池和双层沉淀池。 化粪池化粪池是一个矩形密闭的池子，用隔墙分为两室或三室，各室之间用水下连接管接通。废水由是一个矩形密闭的池子，用隔墙分为两室或三室，各室之间用水下连接管接通。废水由一端进入，通过各室后由另一端排出。悬浮物沉于池底后进行缓慢的厌氧发酵。各室的顶盖上一端进入，通过各室后由另一端排出。悬浮物沉于池底后进行缓慢的厌氧发酵。各室的顶盖上设有人孔，可

19、定期（数月）将消化后的污泥挖出，供作农肥。这种处理构筑物通常设于独立的设有人孔，可定期（数月）将消化后的污泥挖出，供作农肥。这种处理构筑物通常设于独立的居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步处理粪便废水。居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步处理粪便废水。2020-12-2421厌氧生物处理厌氧生物处理主要构筑物及工艺主要构筑物及工艺 双层沉淀池双层沉淀池上部有一个流槽，槽底呈上部有一个流槽，槽底呈v v形。废水沿槽缓慢流过时，悬浮物便沉降下来，并从形。废水沿槽缓慢流过时，悬浮物便沉降下来，并从v v形形槽底缝滑落于大圆形池底，在那里进行厌氧消化。这两种处理构筑物仅起截留和降解有机悬浮槽底缝滑

20、落于大圆形池底，在那里进行厌氧消化。这两种处理构筑物仅起截留和降解有机悬浮物的功用，产生的沼气难以收集利用。物的功用，产生的沼气难以收集利用。2020-12-2422厌氧生物处理厌氧生物处理主要构筑物及工艺主要构筑物及工艺二、普通消化池，主要用于处理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多二、普通消化池，主要用于处理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加顶盖的筒状。建成加顶盖的筒状。生污泥从池顶进入，通过搅拌与池内污泥混合，进行厌氧消化。分解生污泥从池顶进入，通过搅拌与池内污泥混合，进行厌氧消化。分解后的污泥从池底排出。产生的生物气从池顶收集。普通消化池需要后的污泥从池底排出。产生的生物气从池顶收集。普通消化池需要加热，以维持高的生化速率。加热，以维持高的生化速率。这种处理构筑物通常是这种处理构筑物通常是每天加排料各每天加排料各1212次，次，与此同时进行数小时的与此同时进行数小时的搅拌混合。搅拌混合。 2020-12-2423h4h3h2h1dd2d1圆筒形厌氧消化池圆筒形厌氧消化池 蛋形厌氧消化池蛋形厌氧消化池 2020-12-2424厌氧生物处理厌氧生物处理主要构筑物及工艺主要构筑物及工艺 三、厌氧接触系统三、厌氧接触系统 普通消化池用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物与池内厌氧普通消化池用于处理高浓度有机废水时，为了强化有机物与池内厌氧污