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1、第一章 基本知识1.1 废水厌氧处理常用基本参数及介绍丄常用术语丄pH:被测水溶液中氢离子活度的负对数，既pH二-f .pH7表示水呈碱性, pHV7表示水呈酸性。丄DO （溶解氧）：表示水中溶解的分子氧的含量。丄BOD（生化需氧量）：生化需氧量全称为生物化学需氧量，它表示在温度为20C和 有氧的条件下，由于好氧微生物分解水中有机物的生物化学氧化过程中消耗的 溶解氧量，也就是水中可生物降解有机物稳定化所需要的氧量.丄COD（化学需氧量）：化学需氧量是指在一定条件下，水中有机物与强氧化剂作用 所消耗的氧化剂折合成氧的量，以氧的叫mg/L计。当用重铬酸钾作为氧化剂时, 水中有机物几乎可以全部（90
2、-95）被氧化，此时所消耗的氧化剂折合成氧的 量即是通常所称的化学需氧量，常简写为COD。Cr丄SS （悬浮固体）：指水中不可过滤物质。丄VSS（挥发性悬浮固体）：将悬浮固体在600C高温灼烧后挥发掉的物质，可以用 VSS粗略的表示悬浮固体中有机物的含量。丄MLSS（混合液污泥浓度）：单位容积混合液所含有的活性污泥的固体物的总质量, 表示的是混合液中的活性污泥浓度。丄MLVSS（混合液挥发性污泥浓度）：混合液活性污泥中有机固体的浓度。丄SV （污泥沉降比）：混合液在量筒内静止30分后形成的沉淀污泥容积所占混合液30容积的比例，以%表示。丄SVI（污泥容积指数）：混合液经过30min静止沉淀后，
3、每克干污泥所形成的沉淀污 泥所占的容积，单位以ml/g计。丄HRT（水力停留时间）：指水流在处理构筑物内的平均驻留时间“为保证微生物完成代谢降解有机物提供的时间”。丄SRT（污泥龄）：污泥在构筑物内的平均停留时间。代谢降解有机物所提供的时间。 实质上是为保证微生物能在生物处理系统内增殖并占优势地位且保持足够的生 物量所提供的时间。丄 挥发性脂肪酸（VFA）:在生物降解有机物的过程中，需氧微生物及大多数厌氧 微生物将复杂的有机物水解转化成低分子量的化合物，如短链脂肪酸（乙酸， 正丁酸）。这些低分子量脂肪酸称为挥发性脂肪酸，因为它们在大气压力下易 蒸发。丄 厌氧反应器：指用于对污水进行厌氧处理的装
4、置。丄处理水量或进水流量：表示流入到厌氧反应器内的污水水量，单位为m3/d或 m/h。3丄COD容积负荷：单位厌氧反应器容积每天可以接纳的COD量。丄 三相分离器：安装在厌氧反应器的出水部位，截留厌氧污泥、分离沼气和水的 装置。丄布水系统：安装在厌氧反应器的池底部，将进水均匀地分布在厌氧反应器横断 面上，使其形成均匀向上流动的水流的装置。进水：流入到本厌氧处理设备中的污水。丄参数计算公式丄 1） COD 负荷（Kg/d）=COD（mg/l） / 1000 X 流量 （ms/d）丄 2） %COD 去除率= CODIn-CODout （mg/l） / CODIn X 100%丄3）容积负荷（Kg
5、COD/m3.d）=COD负荷（Kg/d） /反应池体积（m3）丄 4）污泥容积指数SVI： SVI=10XSV/MLSS（g/l）丄5）水力停留时间（h）=反应池体积（m3）/进水流量（m3/h）丄6）理论气体产量（m3/d）=COD负荷X %COD去除率X 0.45丄7）污泥平衡丄污泥增长量二Kg COD负荷X %COD去除率X0.05丄污泥流失量二处理水量X出水中夹带的污泥（SS）1.2 啤酒生产污水特征啤酒生产污水由啤酒发酵污水和啤酒产品包装污水两大部分构成。啤酒发 酵污水主要来自糖化、酿造车间，其特点是COD浓度高，pH值低。啤酒产品 包装污水主要来自洗瓶机，其特点是 COD 浓度低
6、， pH 值高。糖化阶段将产生麦汁冷却水，装置洗涤水（糖化锅洗涤水，过滤槽洗涤水和沉淀槽洗涤水），麦糟，热凝固物和酒花糟。发酵工段-加酒花后的澄清麦汁冷却至6.58.0C,接种酵母，发酵正式 开始。酵母对以麦芽糖为主的麦汁进行发酵，产生乙醇和CO2。发酵工段中除 产生大量的冷却水外，还产生发酵罐洗涤水、废消毒液、酵母漂洗水和冷凝固 物。成品酒阶段酒桶与酒瓶洗涤水。1.2.1 啤酒废水水质水量简表废水种类来源废水量CODmg/l综合废水咼浓度有 机废水麦槽水和糖化车间的刷锅水5-1020000-40000发酵车间的前 酵罐和后酵罐 洗涤水和洗酵 母水20-252000-30001500-3000
7、低浓度有 机废水灌装车间酒桶 瓶洗涤水，洗棉 水等30-40500-800冷却水及 其它冷凝水和冷却水其它杂菌水基本无污染物废碱性洗涤液的单独处理洗瓶工序中使用碱性洗涤液，使用一定时间后需要更换。废碱性洗涤液中含 有大量的游离NaOH、洗涤剂、纸浆、染料和无视杂质。当其集中排放时，使废 水的 pH 值在 11 以上，废水的 COD 值也随之上升，并持续数小时之久。这对生物 处理装量中的微生物无疑是毁灭性的打击因此废碱性洗涤液不允许直接排入排 污沟中，应考虑单独处置。1.3 厌氧反应微生物学及生化原理污水厌氧处理过程中，污水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终 转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化
8、氢和氨。在此过程中，不同微生物的代谢过 程相互影响，相互制约，形成复杂的生态系统。对于成分复杂的污水(即指那 些高分子的有机物，这些有机物在污水中以悬浮物或胶体形式存在)而言，其 厌氧降解过程可以被分为四个阶段： 水解阶段高分子有机物因相对分子质量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌 直接利用。因此，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。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。水解过程属于 酶促反应，通常较为缓慢，因此被认为是含高分子有机物或悬浮物污水厌氧降 解的限速阶段，多种因素可能影响水
9、解的速率与水解的程度，例如：a、水解温 度；b、有机质在反应器内的保留时间；c、有机质的组成，例如木素、碳水化 合物、蛋白质与脂肪的质量分数；d、有机质颗粒的大小；e、pH值；f、氨的 浓度；g、水解产物的浓度(例如挥发性脂肪酸)。胞外酶能否有效接触到底物 对水解速率的影响很大，因此大的颗粒比小颗粒底物降解要缓慢的多。 酸化阶段酸化可以被定义为有机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 此这一过程被称之为酸化。酸化过程是由大量的、多种多样的发酵细菌完成的。 其中重要的类群有梭状芽抱杆菌(Clostridium)和拟杆菌
10、(Bacteriodes)。这些 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象甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑 制。酸化的末端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。例如，如果酸化过程在一个专门的酸化反应器（作为两相厌氧处理 的第一步）里进行，糖作为主要的底物，则末端产物将是丁酸、乙酸、丙酸、 乙醇、二氧化碳和氢气的混合物。而在一个稳定的一步反应器（即酸化与产甲 烷在同一反应器重进行）中，则乙酸、二氧化碳和氢气是酸化细菌最主要的末 端产物，其中氢气被相当有效的被产甲烷菌利用，故在反应器中往往只能检测 到乙
11、酸和二氧化碳。氢气也可以被能利用氢的硫酸盐还原菌或脱氮菌所利用。 在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程在 pH 下 降到4时仍可以进行，但是产甲烷过程的最佳pH值在6.57.5间，因此pH的 下降将会减少甲烷生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。 一些产物如丙酸会大量生成，甲烷菌活力下降，厌氧降解过程因之恶化，严重 时可使甲烷的形成完全中止。 产乙酸阶段酸化阶段的产物在产乙酸阶段被产乙酸菌转化为乙酸、氢气和二氧化碳。 本阶段微生物主要是产氢产乙酸菌和同型产乙酸菌，在产氢产乙酸菌的作用下， 一些脂肪酸和醇类等物质转化为乙酸。经过产乙酸阶段后，进水中约 70%
12、的 COD 被转化为乙酸。通常在厌氧颗粒污泥中存在微生态系统。在此系统中，产乙酸 菌靠近利用氢的细菌生长，因此氢可以很容易被消耗掉并使产乙酸过程顺利进 行。 产甲烷阶段在这一阶段，乙酸等被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。甲烷细菌 是参与有机物厌氧消化过程的最后一类也是最重要的一类细菌群，甲烷细菌的 形态多种多样，但大致可分为球状、杆状、螺旋状、和八叠状四类。它们能利 用的能源和碳源物质十分有限，即H刀C02、甲酸、甲醇、甲胺和乙酸，其中乙 酸是形成甲烷的主要基质，大约70%的甲烷来源于乙酸。一般认为，甲烷细菌 生长繁殖的很慢，倍增时间长达几小时至几十小时，而好氧细菌的倍增时间进 需数十分钟
13、。甲烷细菌对环境条件的要求很高，大多数中温甲烷的最适pH值 范围约在 6.87.2 之间，另外，对氧化还原电位、温度变化及营养都有较严格 的要求。在上述四个主要阶段里，还包含着以下这些过程：a、水解阶段里有蛋白质 水解、碳水化合物的水解和脂类水解；b、酸化阶段包含氨基酸和糖类的厌氧 氧化与较高级的脂肪酸和醇类的厌氧氧化；c、产乙酸阶段里有从中间产物中形成乙酸和氢气和由氢气和二氧化碳形成乙酸；d、甲烷化阶段包括由乙酸形成甲烷和从氢气和二氧化碳形成甲烷。除以上这些过程之外，当污水中含有硫酸 盐时还会有硫酸盐还原过程。水解发酵细菌这是一种不完全或不彻底的有机物厌氧降解过程，最终发酵产物主要是水溶性的
14、有机物及少量醇和酮等。发酵的目的仅在于使复杂的有机 物经过水解和发酵，转化为简单的有机物。水解发酵中，溶液的COD或BOD值的变化可能有三种情况：a) 降低了，但最大不超过 20%30%。b) 基本上未降低，如由葡萄糖转化为丙酸，乙酸和甲酸所发酵；c) 个别情况会有升高，如将难化学氧化物转化为易化学氧化物时在厌氧消化系统中，发酵细菌的功能可概括为两方面：a) 将大分子不溶性有机物水解成小分子的水溶性有机物。b) 发酵细菌将水解产物吸收进细胞内，经细胞内复杂的酶系统的催 化转化，将一部分供能源使用的有机物转化为代谢产物排入细胞 外的水溶液里成为参与下一阶段生化反应的细胞群(主要是产氢 产乙酸细菌
15、)吸收利用的基质(主要是有机酸，醇，酮等)。发酵细菌所进行的生化反应受两方面的因素制约：a) 基质的组成及浓度。基质浓度大时，一般均能加快生化反应的速 率。基质组成不同时，有时会影响物质的流向，形成不同的代谢 产物。b) 代谢产物的种类及其后续生化的情况。代谢产物的积累，一般会阻碍生化反应的顺利进行。特别是发酵产物中有氢气产生(如丁酸发酵)而出现积累时，因此，保持发酵细菌与后续的产氢产乙 酸细菌和甲烷细菌的平衡和协同代谢是至关重要的。 甲烷细菌甲烷细菌是参与有机厌氧消化过程的最重要的一类细菌群。它与一般细菌 细胞的结构有显著差异，特别是细胞壁的结构，其没有或缺少肽聚糖。另一特 点是对氧和其它氧化剂十分敏感，属于严格的专性厌氧菌。影响的环境条件为：a 氧化还原电位。其高低对甲烷细菌的影响极为明显。甲烷细菌细胞内具 有许多低氧化还原电位的酶系。当体系中氧化态物质的标准电位高和浓度大时， 这些酶系将被高电位不可逆转地氧化破坏，使细菌生长受到抑制，甚至死亡。b 温度。其影响明显表现在生长繁殖速度和甲烷产量两个方面。在温度范 围25 35C内，每升高10 15C，生化速度增快1 2倍。降温幅度越大，低 温持续时间越长，对产气量的影响越大；亦对生物活性的影响越大，恢复生物 活性越困难。c PH 值。其影响
