《废水厌氧处理之一教学文稿》由会员分享，可在线阅读，更多相关《废水厌氧处理之一教学文稿（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Anaerobic Treatment of Wastewater废水的厌氧生物处理,How to study the course?,为什么找工作难； 而同时人才缺乏 参考消息3月5日转载：香港南华早报2007年2月27日。 “内地就业难题祖宗和破解”称， 一是大学毕业生的质量；二是 真才实学，而不是学位。课堂学习内容过于简单。 工程专业学生要加强实践； 大学生的敬业和综合能力。,同学反映的意见,增强互动，增加讨论、就专题同学自讲评议；1111111 增加试验，参观实验室；111111111 工程实践环节、实例介绍或参观；111111111111 增加讲座，介绍先进技术；1111111 讲课
2、速度放慢，提示难点、重点；1111 讲与课题有关的内容1 推荐著作和论文或翻译材料，布置大作业111,How to study the course?,自学结合课堂学习（1-9周） -课堂学习；讲课约28-30学时。 -课外自学，30学时。 阅读：阅读课本,文献（英文为主）, 学习总结，写综述 -参观实习：实验室；工程参观。 -课堂讨论。,课本与参考资料： 贺延龄：废水的厌氧生物处理，轻工业出版社，1998年 斯皮思（Speece, R.E.), 工业废水的艳阳生物处理，中国建筑工业出版社，2000 胡纪萃，废水厌氧生物处理理论与技术， 中国建筑工业出版社，2002。,Chap.1 Gener
3、ation 概述1.1. Effective Biological Technology,The followings are the widely accepted knowledge: Biological technology (anaerobic and aerobic) -The most important and effective means to remove the dissolved organic pollutants. (chemicals, membrane, adsorption, filtration) -Anaerobic technology includi
4、ng its process and reactors are the fastest developing technology in wastewater treatment field in the recent years. (The progress in microbiology, material science, computer.),1.1 Effective Biological Technology,有机物是我国的主要水污染物：BOD、COD等等 溶解性有机物 有机物 胶体 悬浮物 生物方法是去除有机物的有效、廉价的方法； 对于溶解性有机物而言，实际上常常是唯一方法。 例
5、如：建立二级城市废水处理厂的规定；强化一级处理。,1.1 Effective Biological Technology,厌氧处理和好氧处理一样是以降解BOD、COD为主，但并不局限于此。视具体情况，还可以包括： -BOD、COD以外的其它有机物和某些无机物。 例如排放标准中的其它有机污染物： AOX、有机硫、挥发酚，可以被降解； 某些无机物,某些重金属可以被沉淀在污泥中。 某些物质需要厌氧或者好氧：例如：LCFA; 黑所金。 是脱氮除磷过程中不可少的步骤；可以作为好氧处理的有效预处理。,Chap.1 General 概述1.1. Effective Biological Technology
6、,Anaerobic/aerobic has been widely used for both domestic and industrial wastewater treatment in many different forms. e.g.:,Both Aerobic and anearobic treatment removal organic pollutants through biochemical processes during the growth of microorganisms. 不要忘记 Dont forget: All biological reactors ar
7、e incubators for microbial cells. microbiology and biochemistry are essential. Then, whats the differences between Aerobic and Anaerobic processes ?,1.2. Differences Between Anaerobic and Aerobic Biodegradation in Principle,Anaerobic degradation COD CH4+CO2; SO42- H2S NO3- N2 Me2+ MeS Protein NH4+CO
8、2 +CH4,Aerobic degradation COD H2O+CO2; H2S S SO42- NH4+ NO3-,Little part of organics oxidized, the rest reduced,Completely oxidized by O2.,1.2.Differences between anaerobic and aerobic treatment in principle,1.3. Advantages of Anaerobic WW treatment,Much less energy consumption; - no oxygen needed
9、(kwh) - biogas production. Much less sludge production; for Aerobic, 30-50% excess sludge of BOD produced; as for Anaerobic, it is only about 5%; save of investment and operation cost for sludge disposal Less chemicals consumption; -Nutrients and dewater agent Less land requirement. All these can be
10、 shown economically:,1.4. A comparison between anaerobic and aerobic in terms of economics Unit: 1000 US$,Chapter 2. 厌氧生物处理的生物化学基础,分解 代谢,部分分解产物,合成 代谢,ATP,ADP+Pi,废热,废弃产物,营养物,细胞物质,废弃产物,营养物,微生物：厌氧，好氧， 兼性 厌氧微生物：基本上全是细菌。 好氧微生物：细菌，真菌（酵母，霉菌），藻类，原生动物，后生动物 生物污泥：Biological sludge; biomass,生物反应器 生物污泥,Chapt.2 M
11、icrobiology and Biochemistry of Anaerobic Digestion 厌氧处理的微生物学和生物化学,2.1 复杂废水厌氧降解的四个阶段 大分子有机物降解： 水解- 发酵产酸（酸化）- 产氢、乙酸- 产甲烷 过程是同时发生的，各阶段产物是同时存在的，不是分开的； 在一定条件下，某一过程进行缓慢，影响到整个过程。,2.1.1 水解阶段,水解： 常见的聚合物 碳水化合物：纤维素、淀粉、半纤维素、 （其他：果胶、糖原、.) 脂肪； 脂肪酸，甘油 （类脂） 蛋白质；氨基酸 其它：多种多样,温度和停留时间对不同组分Kh的影响,2.1.2 发酵产酸阶段,发酵产酸：溶解性有机
12、物 转化为 以挥发性 脂肪酸为主的低分子量产物； 产酸细菌（定义？）的特点： 数量和种类多；包括几乎所有水解菌、大多数的其他细菌；为什么？ 对环境适应能力强，特别是对pH适应能力强； 它们其中含有兼性厌氧菌，可以保护严格厌氧菌。 酸化过程容易，很快。 因此：.,2.1.2 发酵产酸阶段,发酵产酸产物： 复习：发酵，微生物的产能代谢 糖作为主要底物，产物为： 丁酸、丙酸、乙酸、乙醇、二氧化碳、氢气。 但是，这一过程如果持续地进行，最终都会转化为，乙酸、二氧化碳、氢气，再由它们转化为甲烷。 残留一部分,酸化过程的持续： 产生的末端产物应当被不断消耗； 1）通过产乙酸，转化为甲烷； 2）酸化过程有脱
13、氢作用，氢的去除对算话也很重要。质子氢转化为氢气，转化为乙醇，转化为甲烷（结合二氧化碳）。 因此：. 1) 酸化发生在任何过程；2）酸化降低废水的pH; 3) 传质和菌群的形成。,氨基酸的酸化,氨基酸的酸化：脱氨基作用。 例如，Stickland反应为主: 一个脱氮并产生质子，产生的质子使另外两个氨基酸的还原脱氨。 CH3CHNH2COOH + 2 H2OCH3COOH+CO2+NH3+4H+ 丙氨酸 +）2 CH2NH2COOH + 4 H+2CH3COOH+2NH3 甘氨酸 - CH3CHNH2COOH+ 2 CH2NH2COOH 2 H2O - 3CH3COOH+ 3NH3 + CO2
14、氨基酸降解使Ph上升. NH3有毒性。,高级脂肪酸,高级脂肪酸的降解： 氧化过程 即，每次从羧基所在末段脱下两个碳，形成乙酸； 例如棕榈酸（16C) CH3 (CH2)14 COO- +14 H2O - 8 CH3 COO- + 7 H+ +14H2 17个碳的脂肪酸： CH3 (CH2)15 COO- +14 H2O - 7 CH3 COO- + CH3 CH2 COO- + 7 H+ +14H2 产生大量氢气，并使pH下降。,2.1.3 产乙酸阶段,2.1. 复杂废水厌氧降解的四个阶段2.1.4 产甲烷阶段,氢和乙酸的消耗是有机物持续降解的关键 整个酸化和乙酸化末端反应产物是乙酸、H2，C
15、O2； 最重要的产甲烷过程： CH3COO- + H2O = CH4 + HCO3- 通过 乙酸 HCO3- + H+4H2 = CH4 + 3H2O 碳酸盐和氢 4HCOO- + 2H+ = CH4 + CO2 + 2HCO3- 碳酸盐和质子 CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O 二氧化碳 4 CH3OH = 3CH4 + CO2 + 2H2O 甲醇或甲酸 实际上： 1）伴随着甲烷的生成，乙酸和氢气被除去， 酸浓度降低、H2分压降低； 2）约有2/3甲烷从乙酸生成；,2.1. 复杂废水厌氧降解的四个阶段2.1.4 产甲烷阶段,甲烷菌的活性成为关键； 为什么？ （1）产物的去除使化学反应持续进行； （2）甲烷菌的生长非常缓慢，得到的能量很少，生长条件较为苛刻； 因此，维持甲烷菌的活性是产甲烷厌氧反应器控制的最重要目标。,2.1.5 有机物的其它厌氧降解过程,（1）硫酸盐还原 （无氧呼吸之一种） 硫酸盐通过SRB可以氧化： H2, 乙酸，其它脂肪酸 和产甲烷菌竞争底物；有硫酸盐的废水必然会有SBR生长； 生成H2 S有毒（尤其对产甲烷菌），部分溶解 SBR也可以氧化有机物，但是去除COD较少，因为有机物转化为H2S，仍消耗氧气。,2.1.5 有机物的其它厌氧降解过程（1）硫酸盐还原,多少SO4-可以完全氧化1mol的COD, 或者说多少COD
