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第九章 水环境污染控制与治理的生态工程及微生物学原理,思考题,P322.1-13,自然界水体的生物自净由于受到溶解氧、营养平衡、微生物种属及其它生存条件的限制，净化速度是有限的。提问：如何利用人工手段提高污废水生物处理效率？1.改善微生物生长的环境条件；2.通过基因工程或人工驯化的手段获得高效菌群投加到处理系统中；目前生物处理主要用于水中有机污染物以及氮磷污染的处理。,通常限制：毒物（pH、盐、酸碱、有机毒物等）浓度不能过高、不能处理存在难生物降解物质（多苯环、过长链聚合物等）提问：对于这类废水是否就不能用生物法呢？答案：可以先进行物理化学前处理转化难降解及去除有毒物质（前处理包括臭氧氧化、电解、双氧水氧化、铁碳床、紫外臭氧联合处理等、湿式氧化、超声）筛选驯化、重组制造高效降解菌；这一章我们主要介绍污废水生物处理的微生物的机理。并对废水处理技术作一概括的介绍，具体设备设计操作以及计算大家会在水处理工程中继续学习。,第一节 污废水生物处理中的生态系统,根据处理需氧与否好氧处理和厌氧处理低浓度（COD1500mg/L）适合好氧处理高浓度（COD1500mg/L）用厌氧前处理再好氧处理更为适宜。提问：为什么过高COD的废水不宜用好氧法？有机物浓度过高，好氧生物代谢迅速，水中溶解氧难以即时供应，好氧生物生长受限，很难保证处理质量，而厌氧生物则没有这种限制。,根据微生物所处状态活性污泥法和生物膜法原理：活性污泥法模拟水体自净微生物在设备中呈悬浮状态 生物膜法模拟土壤自净微生物附着于其他物体表面上成附着状态活性污泥既有好氧活性污泥法，也有厌氧活性污泥法，生物膜法既有好氧生物膜法也有厌氧生物膜法。,一、好氧活性污泥法,一、好氧活性污泥法好氧活性污泥法又叫曝气法，最早由英国人于1914年创建而来，经过90多年的发展已成为处理有机废水最主要的方法。,什么是好氧活性污泥,好氧活性污泥是在曝气状态下由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与污(废)水中有机的和无机固体物混凝交织在一起，形成的絮状体或称绒粒。,活性污泥的形成是一种自然现象。例如，如果向一桶含粪便污水中不断地加入空气，并持续维持水中的溶解氧，那末经过一段时间后，就会产生褐色絮花状的泥粒，在显微镜下会看到，污泥里充满了各种各样的微生物，这就是典型的好氧活性污泥。,1.好氧活性污泥的组成和性质,(1)组成好氧微生物和兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物)与其上吸附的固体杂质组成。通过生物学和化学分析，活性污泥由：活性微生物，2550微生物内源呼吸残余物，017吸附在活性污泥上的惰性的不可降解的有机物虽可降解但尚未降解的有机物惰性无机物，2030,（一）好氧活性污泥的微生物群落,565,（2）好氧活性污泥的性质,物理性质：颜色以棕褐色为佳 黑色说明厌氧、白色说明无机物过多，含水率99左右，密度1.0021.006，粒大小为0.020.2mm，比表面积为0100cm2；有沉降能力，有吸附能力化学性质：呈弱酸性（pH约为6.7），具一定的缓冲能力和氧化有机物的能力，生化性质：有生物活性，有自我繁殖能力。,2.好氧活性污泥的存在状态,完全混合式曝气池悬浮态（曝气池任何一点所取活性污泥其微生物群落基本相同）推流式的曝气池各区段之间微生种群和数量有差异（随推流方向种类依次增多）；每一区段中的任何一点，其活性污泥微生物群落基本相同,对含有机物和细菌的污水不断曝气，维持足够的溶解氧，经过一定时间后，就会产生絮状的污泥。在显微镜下观察，可看到各种微生物细菌、霉菌、原生动物、后生动物。从外观上看，活性污泥根据废水水质不同有不同的颜色，有褐色、黄色、灰色和铁红色等。轻轻搅动，易于呈悬浮物状；静止片刻，也易沉下。活性污泥无臭味，具有微微的土腥味。,3好氧活性污泥中的微生物群落,结构和功能的中心：菌胶团（由能起絮凝作用的细菌形成的），在其上生长着其他微生物。其它微生物：酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物和某些微型后生动物(轮虫、线虫等)，及病原微生物。A菌胶团在微生物学领域里，将动胶菌属形成的细菌团块称为菌胶团。在水处理工程领域内，则将所有具有荚膜或粘液的絮凝性细菌互相絮凝聚集成的菌胶团块都称为菌胶团。,提问：菌胶团在活性污泥中哪些功能？吸附和氧化分解有机物；菌胶团是细菌的存在形式，细菌占到活性污泥中微生物总量的99%,有107108个/ml，他们是生物处理的主力军，一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则活性污泥法对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力。为原、后生动物提供了良好的生存环境；例如菌胶团本身为原生动物、微型后生动物提供附着场所；菌胶团中的细菌可以去除毒物、自身作为动物食料。,a.菌胶团的功能,如何形成菌胶团呢？,粘性多糖的粘着作用很多细菌荚膜相互间粘着时就会形成一个由许多细菌共有的大荚膜，当细菌进入老龄后，细菌分泌的的粘稠多糖聚合物增多，更加速了细菌大荚膜的增大，这样就形成了菌胶团的雏形。,b.菌胶团的形成机理,纤维素性质多糖的勾连作用将菌胶团置于电子显微镜下观察时发现，在大荚膜增大的同时，在其外侧出现了许多类似于纤维素网状的物质，如图所示,活性污泥菌胶团外的纤维丝电镜照片,原生动物分泌的胞外粘液的粘着作用；实验证明小口钟虫、累枝虫和尾草履虫等纤毛虫能分泌一些促进凝聚的糖类，在促进自身粘附在活性污泥上的同时，加速菌胶团的进一步增大；,小口钟虫,c.菌胶团中微生物生态,细菌除动胶菌属外其他优势菌主要是与特定废水中物质种类有关中心是能起絮凝作用的细菌形成的菌胶团，,4.好氧活性污泥中微生物的浓度和数量,浓度的表示方法：MLSS 混合液悬浮固体（包括无机和有机的固体）：1L活性污泥混合液中含有多少毫克恒重的干固体）MLVSS 混合液挥发性悬浮固体（包括有机固体微生物）：1L活性污泥混合液中含有多少毫克恒重、干的挥发性固体）一般城市污水处理：MLVSS：MLSS保持在2000-3000mg/L工业废水处理：MLSS保持在3000mg/L高浓度工业废水处理：MLSS保持在3000-5000mg/L数量：1mL好氧活性污泥中的细菌有107-108,5.活性污泥的沉降浓缩性能,(1)污泥沉降比（SV30）混合液在量筒内静置30min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以表示。作用：反应曝气池正常运行的污泥量；控制剩余污泥的排放量；及早发现污泥膨胀等异常现象的发生。,(2)污泥体积指数(污泥指数，SVI)曝气池出口处混合液经30min静置沉淀后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以mL计,单位mL/g。,一般常控制SVI在50150之间为宜。,显微镜下的活性污泥,(二)好氧活性污泥净化废水的作用机理,好氧活性污泥的净化作用机理见下图好氧活性污泥吸附和降解,用框图表示见下图,分离回用或后处理,后处理,曝气池,沉淀池,污泥回流,净水外排,污泥及余渣消化罐,活性污泥的优势：可以连续反复使用好氧活性污泥由于是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，且易于分离，而化学药剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。,可以降解水中的溶解性有机物，这也是物理化学方法难以做到的。,(三)好氧活性污泥法的几种处理工艺流程,1普通活性污泥法 好氧活性污泥法的处理工艺很多，最为普遍使用的活性污泥法工艺如下图,废水先通过初沉池，除掉一些悬浮固体（一级处理的目的），然后进入一个有曝气装置的构筑物，活性污泥就在这种装置中将废水中的BOD降解掉（二级处理的目的），并产生新的活性污泥。当BOD降到一定程度时，混合液一起流入二次沉淀池，进行固液分离，上清液排放，沉淀下来的污泥一部分回流到曝气池中，一部分作为剩余污泥而排放。,2改进型的活性污泥法,在普通型的基础上加以改造，使之性能提高的好氧活性污泥法中有推流式活性污泥法、完全混合式活性污泥法、接触氧化稳定法、分段布水推流式活性污泥法、氧化沟式活性污泥法，它们都是对普通活性污泥法的改进，如下图所示,例 齐鲁石化一净化的生化处理工艺,一级隔油浮选后污水,调节池,一级曝气池（脱碳）,二级曝气池（硝化脱氮）,二沉池,后浮选,排水,A 推流式活性污泥法,B 完全混合式活性污泥法,C 接触氧化稳定法,D 分段布水推流式活性污泥法,E 氧化沟活性污泥法,F 序批式活性污泥法,序批式活性污泥法（英文简称SBR法）是国内外近年来开发的一种活性污泥法，它的工艺特点是将曝气池与沉淀池合而为一，生化反应呈分批进行。基本周期可由进水、反应、沉降、排水和闲置五个阶段组成。如下图所示。,这种方法由于较其它活性污泥法构造简单，投资少、操作灵活、污泥产率低、脱氮效果好等特点越来越得到广泛的重视。,（四）氧化塘（或氧化沟）中的微生物群落及其处理污（废）水机制,氧化塘的工艺是特殊的活性污泥法，是一种人工的、接近自然生态系统的活性污泥法。(本质上就是一个长时间盛放污水的池塘，通常局部曝氧）,在氧化塘内，藻类和细菌共存于同一环境中，保持互生关系，见下图氧化塘的互生原理。,1.指示生物作用,依据原生动物数量、种类、优势、个体活性与水质的相关规律。,优越性提问:与水质分析及细菌观察、计数相比好处何在?.观察测量容易,仅需低倍显微镜即可活体观察,（六）原生动物及微型后生动物的作用,.快速预报,通常污水处理厂每天都要对本厂的出水进行水质监测，若超过国家规定的标准，就要及时追查原因，以求解决。,湖南石油化工厂的曝气池中的有柄纤毛虫与BOD5统计数据,各厂情况不同，需独立总结。,但有些数据当天得不到如BOD5，根据原生动物与BOD5的对应关系，则可以作出快速的判断，缩短发现问题、解决问题的时间。,微生物出现的先后次序是：细菌植物性鞭毛虫肉足类(变形虫)动物性鞭毛虫游泳型纤毛虫固着型纤毛虫轮虫。(1)根据微生物的演替判断水质和污水处理程度及判断活性污泥培养成熟程度,(2)根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏 固着型纤毛虫、轮虫等出现，说明活性污泥正常、出水水质好；草履虫属、眼虫属等出现，说明活性污泥结构松散，出水水质差；线虫出现则说明缺氧。,(3)根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题。,如若发现群体的纤毛虫缩成一团钟虫的柄脱落纤毛虫接合生殖（即有性生殖）、或形成孢囊表明水中？存在有毒物质或其他条件如温度、pH等的不适宜。,.水质毒物判断*,有些原生动物对水中的溶解氧变化十分敏感。如钟虫细胞前端出现气泡，运动迟缓，说明水中充氧不足，或溶氧过高，水质将变坏。反之则表明溶解氧情况适中良好。如图钟虫带有气泡图。,.溶解氧判断,.曝气池处理效果的判断*,2.净化废水作用提问:有哪些作用?直接参与废物的去除捕食水中的悬浮的有机废物颗粒（细菌主要吃溶解性污染物）,吞噬细菌，净化出水水质,提问：？细菌（尤其使游离细菌）本身也是有机污染物；,提问：游离细菌转化为原生动物同样是有机污染物，净化何在呢？,3kg,1kg,同理可知：食物链越长，净化效果远好。,3.促进絮凝和沉淀作用,活性污泥颗粒主要是由细菌絮凝而成，实验证明小口钟虫、累枝虫和草履虫等纤毛虫能分泌一些粘性多糖，使他们能够附着在小的絮凝体上，同时促进絮凝体进一步黏附细菌使污泥絮体增大。生产上常常发现在活性污泥培养初期，一旦处理系统中出现固着型纤毛虫，随后就可看到活性污泥絮体的形成并逐渐增大。,二、好氧生物膜法,好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等。好氧生物膜法：生物填料表面附着的生物薄膜进行污染物降解的生物处理法。于19世纪末，在研究土壤净化污水的过滤田的基础上，开发并应用于生产。由于效果不如后来出现的活性污泥法，一度被长期搁置，20世纪60年代以后，由于新型合成材料的大量生产和环境保护对于水要求的进一步提高，生物膜法又获得了新的发展。,构筑物：是指与生产设备配套用的各种土建设施，就是不具备、不包含或不提供人类居住功能的人工建造物，比如水塔、水池、过滤池、澄清池、沼气池、排气、排毒烟囱、排水沟、设备的混凝土框架（如栈桥、塔架、管架等）、围墙、厂区道路、界石、水准点、座标点及地下混凝土管网等。等。构筑物的称谓在给排水教科书中提得比较多。建筑物：是指一般具备、包含或提供人类居住功能的人工建造物。如生产车间、辅助车间、储运部门、办公等生产用房屋，包括砖墙、楼板、房梁、屋面、防水层、落水管、防腐层、玻璃门窗及建筑装饰等。,生物填料,悬浮型生物填料,投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧或 好氧或 厌氧生物塘 厌氧滤池占反应池体积%8-13 5 15-25 3-5 40-60,悬挂型填料 弹性立体填料 网片式立体填料,软性填料,生物填料上的生物膜,普通生物滤池,1.好氧生物膜,好氧生物膜：是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物黏附在生物滤池或生物转盘盘片上的一层粘性、薄膜状的微生物混合群体。是生物膜法净化污废水的工作的主体。,(一)好氧生物膜中的微生物群落,2.好氧生物膜中的微生物群落及其功能,根据位置与功能不同生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物。普通滤池内生物膜的微生物群落表（纵横向看）,横向纵向各不相同,滤扫生物,膜面生物,膜生物,生物滤池（塔）中的分层特征表(纵向看),相当于多污带,相当于中污带,相当于寡污带,3.好氧生物膜的结构,生物滤池分上、中、下层。,4.好氧生物膜的净化作用机理,有机物从流动水中通过扩散作用转移到附着水中去，同时氧也通过流动水、附着水进入生物膜的好氧层；,生物膜中的有机物进行好氧分解；代谢产物如CO2、H2O等无机物沿相反方向排至流动水层及空气中；,内部厌氧层的厌氧菌利用死亡的好氧菌及部分有机物进行厌氧代谢；代谢产物如有机酸等转移到好氧层或流动水层中。,在生物滤池中，好氧代谢起主导作用，是有机物去除的主要过程。,横向看：,纵向看：,在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。,同一类型废水好氧活性污泥法与生物滤池法处理效果对比,据微生物生态学,优缺点对比,1.自然挂膜法 2.活性污泥挂膜法 3.优势菌种挂膜法,（二）好氧生物膜的培养,第二节 活性污泥膨胀和控制对策,提问：什么是活性污泥膨胀？正常的活性污泥颗粒体积膨胀，继而分裂为沉降性很差的小颗粒污泥，引起二沉池池面飘泥严重，出水水质急剧变差的现象。本质污泥密度变小或黏附能力下降。分非丝状菌污泥膨胀与丝状菌污泥膨胀两类SVI200mL/g标志着活性污泥发生膨胀。SVI200mL/g为正常活性污泥，一般在50150mL/g，最好在100mL/g左右；,一、非丝状污泥膨胀的成因,曝气力度过大，污泥碎裂膨胀提问：原因？气泡夹带,密度降低；气泡机械破碎；细菌处于对数期多糖分泌减少缺氧、厌氧膨胀漂泥提问：原因？二沉池底部淤泥厌氧产气（反硝化N2、CH4)进水水质有过量的表面活性物质和油脂类化合物；提问：原因？油及泡沫降低污泥密度,生物中毒污泥膨胀（pH波动大、补碱过量、温度过高、CODcr浓度骤然升高、含酚及其衍生物，醇、醛和某些有机酚、硫化物、重金属及卤化物过高等）原因？细菌休克死亡、粘液分泌减少新污泥膨胀现象未驯化污泥对新类型废水不适应，不沉降或沉降极慢，长时间曝气驯化后恢复正常；提问：原因？类似中毒,BOD/N过高,假菌丝或后生动物钻噬污泥膨胀大肠埃希氏菌及芽孢杆菌形成暂时性假丝状生长或后生动物钻噬而形成的膨胀污泥。（很少见）,原因高含水率菌胶团占优势,二、活性污泥丝状膨胀的成因（95污泥膨胀）（一）活性污泥丝状膨胀的致因微生物 由于丝状细菌（球衣菌、硫细菌）或真菌优势过度生长引起的活性污泥膨胀称为活性污泥丝状膨胀。致因微生物常见的有诺卡氏菌属、浮游球衣菌属、微丝菌属、发硫菌属、贝日阿托氏菌属等,（二）活性污泥丝状膨胀的成因（丝状菌优势生长条件）A.曝气池DO长期维持在较低（0.10.2mg/l）B.水温过高（25）、pH过低（6.5）C.硫化物过高硫细菌（丝状菌一种）以硫化氢为食,C.营养失衡 废水C/N比高，N少；无机金属离子较少原因菌丝体储备营养物稀少、表面积大，在稀溶液中争夺营养物质的能力强，更适合于贫瘠环境（包括溶解氧、各种营养物）的生长；D.毒物冲击原因菌丝体耐受能力强,（三）活性污泥丝状膨胀的机理,可用表面积与容积比假说解释：在单位体积中，呈丝状扩展生长的丝状细菌的表面积与容积之比较絮凝性菌胶团细菌的大，对有限制性的营养和环境条件的争夺占优势，絮凝性菌胶团细菌处于劣势，丝状细菌就能大量生长繁殖成优势菌，从而引起活性污泥丝状膨胀。优势竞争表现在如下几方面：对DO的竞争；对可溶性有机物的竞争；对氮、磷的竞争；有机物冲击负荷影响。,三.污泥膨胀的预防与控制对策,提问：基于上述原理如何预防污泥膨胀？A.设调节池(及事故池)控制高负荷（BOD、毒物）冲击B.控制溶解氧溶解氧浓度必须控制在34mg/L。C 调节废水的营养配比尽量逼近BOD5与N和P的比例BOD5：N：P100：5：1。补N尿素或含氮量高的污泥消化池上清液补P磷酸钠,D.改革工艺将活性污泥法改为生物膜法在曝气池中加填料改为生物接触氧化法SBR(即序批式间歇曝气反应器)法,提问：发生后如何处理？A投加次氯酸钠（1020mg/L内）、H2O2（100200mg/L内）有选择的控制丝状微生物的过渡生长B投加混凝剂FeSO4和FeCl3、干污泥或浓缩消化污泥增加絮体密度、强度，使已膨胀的污泥恢复正常C.强化补氮（C:N100：2030）D.替换污泥（最直接的方法）,三、微生物泡沫及其预防与控制对策,气泡附着于大量丝状菌上（Nocardia spp.and Microthrix parvicella）影响？飘泥产生条件(1)高油脂含量;(2)污泥龄（污泥总量/外排剩余污泥量）过长（9d);(3)低溶解氧 or septicity.,第三节 厌氧污泥法和厌氧生物膜法,高浓度有机废水或剩余活性污泥多用厌氧消化法处理。高浓度有机废水还可用有机光合细菌处理。厌氧消化法也有活性污泥法和生物膜法。但微生物群落与有氧环境中的不同，包括专性厌氧菌、兼性厌氧菌、厌氧或兼性厌氧的游泳型纤毛虫。,提问：厌氧法的优点有哪些？1产生的沼气可用于发电或作为能源,沼气中的主要成分是甲烷，含量5075%之间，是一种很好的燃料。以日排COD10t的工厂为例，若COD去除率为80%，甲烷产量为理论的80%时，则可日产甲烷2240m3,其热值相当于3.85t原煤，可发电5400度电。,2对营养物的需求量少好氧方法BOD：N：P=100：5：1，而厌氧方法为（350500）：5：1，相比而言对N、P的需求要小的多，因此厌氧处理时可以不添加或少添加营养盐。3产生的污泥量少，运行费用低?繁殖慢；不需要曝气 基于这些优点，厌氧处理在食品、酿造、制糖等工业中得到了广泛的应用。但厌氧处理也存在缺点,1出水的有机物浓度高于好氧处理；发酵分解有机物不完全；2对温度变化较为敏感；工业中需要设置进水的控温装置，37。3厌氧微生物对有毒物质较为敏感；但经过毒物驯化处理的厌氧菌对毒物的耐受力常常会极大地提高。,提问：厌氧法的缺点？,4.初次启动过程缓慢,处理时间长好氧处理体系的活性污泥或生物膜通常只需要7天就可以培育成功，而厌氧处理体系的活性污泥或生物膜一般需要812周才可以培育成功 5处理过程中产生臭气和有色物质提问：是什么？臭气主要是SRB形成的具有臭味的硫化氢气体以及硫醇、氨气、有机酸等的臭气。同时硫化氢还会与水中的铁离子等金属离子反应形成黑色的硫化物沉淀，使处理后的废水颜色较深，需要添加后处理设施，进一步脱色脱臭。,一、厌氧消化法甲烷发酵,厌氧消化法：是指在无氧条件下，由兼性微生物及专性厌氧微生物的作用下，将有机物降解，最终产物为二氧化碳和甲烷气的生物处理方法。沼气发酵，已有年的研究历史，常用于将城市的垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等的处理，并从中获得可燃性气体沼气（甲烷，CH4）常用的构筑物为发酵罐或消化池。甲烷发酵的微生物群落与有氧环境中的不同，它们是由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成。,（二）厌氧活性污泥净化废水的作用机理,复杂污染物的厌氧降解过程可以分为四个阶段水解阶段、发酵阶段（又称酸化阶段）、产乙酸阶段、产甲烷阶段框图表示见下图,1水解阶段在细菌胞外酶的作用下大分子的有机物水解为小分子的有机物2发酵阶段 梭状芽孢杆菌、拟杆菌等酸化细菌吸收并转化为更为简单的化合物分泌到细胞外，产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨等,复杂有机物,1水解 2发酵,脂肪酸,乙酸,H2+CO2,3产乙酸,CH4+CO2,H2S+CO2,硫酸盐还原,硫酸盐还原,3产乙酸阶段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，这一阶段的主导细菌是乙酸菌。同时水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原菌参与产乙酸过程。4产甲烷阶段乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷和以及甲烷菌细胞物质。经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。,有28的甲烷来自H2的氧化和CO2的还原。72的甲烷来自乙酸盐的裂解。由于大部分甲烷和二氧化碳逸出，氨(NH3)以亚硝酸铵(NH4NO2)、碳酸氢铵(NH4HCO3)形式留在污泥中，它们可中和第一阶段产生的酸，为产甲烷菌创造了生存所需的弱碱性环境。氨可被产甲烷菌用作氮源。,研究表明：,由酸和醇的甲基形成甲烷。,14CH3COOH,14CH4+CO2,414CH3OH,314CH4+CO2+2H2O,施大特曼(stadtman)和巴克尔(Barker)及庇涅(Pine)和维施尼(vishhnise),1951和1957年用14C示踪原子标记乙酸的甲基碳原子,证明甲烷是由甲基直接形成,甲烷产生的机制：,14CH4+2C3H7COOH,1949年，施大特曼和巴克尔于用同位素14CO2使乙醇和丁醇氧化，产生带同位素14C的甲烷，证明甲烷可由CO2还原形成。,由醇的氧化使二氧化碳还原形成甲烷及有机酸,2CH3CH2OH+14CO2,14CH4+2CH3COOH,2C3H7CH2OH+14CO2,CH4+4CH3COOH,脂肪酸有时用水作还原剂或供氢体产生甲烷,2C3H7COOH+CO2+2H2O,1906 年索根(Soehnge，)及费舍尔(Fisher)观察到：,利用H2使CO2还原形成甲烷,4H2+CO2,CH4+2H2O,在H2和H2O存在时，巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkerii)与甲酸甲烷杆菌(Methanobacterium formicicum)能将CO还原形成甲烷。,3H2+CO,CH4+H2O,2H2O+4CO,CH4+3CO2,巴氏甲烷八叠球菌,甲酸甲烷杆菌,几种物质沼气发酵的产气量,沼气发酵实例,农村沼气池产生的沼气成为农村重要的能源物质；大型养殖场的畜禽废水处理采用沼气发酵消除污染；高浓度的生活污水亦可采用沼气发酵技术去除有机污染物；,（二）厌氧活性污泥的培养,1.厌氧活性污泥的菌种来源 牛、羊、猪、鸡等禽畜粪便含有丰富的水解型细菌和产甲烷菌。城市生活污水处理厂的浓缩污泥 同类水质处理厂的厌氧活性污泥 2.厌氧活性污泥的驯化与培养,3.厌氧污泥的性质和组成厌氧污泥：由兼性厌氧菌和专性厌氧菌与废水中的有机杂质形成的污泥颗粒。呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能；颗粒厌氧活性污泥的直径在05mm以上。微生物的组成主要有六种：由外到内水解细菌、发酵细菌、氢细菌和乙酸菌、甲烷菌、硫酸盐还原菌、厌氧原生动物其中产甲烷菌是厌氧活性污泥的中心骨架,（三）厌氧污泥处理的工艺流程,其中厌氧活性污泥反应器是工艺中的核心,废水,调节池,热交换器,37,厌氧活性污泥反应器,气柜,沉淀池,出水,回流污泥,剩余污泥,二、厌氧生物膜法,主要指厌氧滤器（AF）,沼气,出水,进水,AF,三、厌氧生物反应器发展,工作原理2级(平流沉淀+厌氧污泥消化),全国各地使用广泛，为生活污水的预处理液固分离处理污泥及厌氧杀寄生虫及病菌,第一代厌氧反应器化粪池,缺点：污泥量少、易被带出，静态消化,污水间歇地或连续地进入消化池，上部排水，顶部排沼气，水力或机械搅拌装置充分混合，水力停留时间等于固体停留时间，无污泥回流。活性污泥浓度不高，一般5。停留时间2530d。,厌氧接触消化池在常规消化池的基础上增设了污泥回流装置。污泥浓度增至10甚至20左右，效率较高，停留时间约为110d。,挡板式厌氧反应器(anaerobic baffled reactor,ABR),克服了第一代的缺点，且处理污水效果比较好,第二代厌氧反应器,UASB反应器（升流式厌氧污泥床）,Sludge bed,反应器是一个无填料的空容器，运行时污水以一定流速自下进入反应器，通过一个悬浮的污泥层，料液和污泥菌体接触反应并产生沼气小气泡，气泡托起使污泥上升，在上部有一个关键装置气液固三相分离器，使污泥下沉，气水分离。折流式厌氧反应器(ABR)，效率更高。,工业级UASB装置,http:/,http:/,钢制圆形结构,混凝土方形结构（便于施工及分离器设置）,全世界有几千座UASB反应器，占所有厌氧反应器（第二代以上）总数的64%，应用广泛,64,(2)Anaerobic Filter 厌氧滤床(AF),第三代厌氧生物反应器,厌氧膨胀颗粒污泥床 内循环反应器 升流式污泥床过滤器,填料,EGSB IC UBF,以前通常能不用厌氧法处理的就不用，不得已时结合厌氧处理与好氧处理先后处理，现在厌氧反应器发展迅速逐渐成为水处理的新的主力设备。,