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1、废水厌氧处理之一废水厌氧处理之一How to study the course?为什么找工作难；为什么找工作难； 而同时人才缺乏而同时人才缺乏 参考消息参考消息3月月5日转载：香港南华早报日转载：香港南华早报2007年年2月月27日。日。 “内地就业难题祖宗和内地就业难题祖宗和破解破解”称，称， 一是大学毕业生的质量；二是一是大学毕业生的质量；二是 真才实学，而不是学位。课堂学习内容过真才实学，而不是学位。课堂学习内容过于简单。于简单。工程专业学生要加强实践；工程专业学生要加强实践；大学生的敬业和综合能力。大学生的敬业和综合能力。 1.1 Effective Biological Techno
2、logy1.1 Effective Biological Technology 厌氧处理和好氧处理一样是以降解厌氧处理和好氧处理一样是以降解BODBOD、CODCOD为为主，但并不局限于此。视具体情况，还可以包括：主，但并不局限于此。视具体情况，还可以包括： -BOD -BOD、CODCOD以外的其它有机物和某些无机物。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：例如排放标准中的其它有机污染物： AOX AOX、有机硫、挥发酚、有机硫、挥发酚，可以被降解；，可以被降解； 某些无机物某些无机物, ,某些重金属可以被沉淀在污泥中。某些重金属可以被沉淀在污泥中。 某些物质需要厌氧
3、或者好氧：例如：某些物质需要厌氧或者好氧：例如：LCFA; LCFA; 黑所黑所金。金。是脱氮除磷过程中不可少的步骤；可以作为好氧处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。理的有效预处理。Chap.1 General Chap.1 General 概述概述1.1. Effective Biological Technology1.1. Effective Biological TechnologyAnaerobic/aerobic has been widely used for both domestic and industrial wastewater treatme
4、nt in many different forms. e.g.: Both Aerobic and anearobic treatment removal Both Aerobic and anearobic treatment removal organic pollutants through biochemical organic pollutants through biochemical processes during the growth of microorganisms.processes during the growth of microorganisms. 不要忘记不
5、要忘记 Dont forget: Dont forget: All biological reactors are incubators for All biological reactors are incubators for microbial cells. microbial cells. microbiology and biochemistry are essential. microbiology and biochemistry are essential. Then, whats the differences between Aerobic Then, whats the
6、differences between Aerobic and Anaerobic processes ?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+CO2 +CH4 Aerobic degradation COD H2O+CO2; H2S S SO42- NH4+ NO3-Little par
7、t of organics oxidized, the rest reducedCompletely oxidized by O2.1.2.Differences between anaerobic and aerobic treatment in principleCH478%78%20% 20% CODCOD1-5%1-5%Anaerobic sludgeCODCODCOD CH4 + CO2 + anaerobic sludgeCOD CH4 + CO2 + anaerobic sludgeCOD + O2 H2O + CO2 + anaerobic sludgeCOD + O2 H2O
8、 + CO2 + anaerobic sludgeH2O+CO260%60%10% COD10% CODCODCOD+ + OO2 230%30%Aerobic sludge1.3. Advantages of Anaerobic WW treatment Much less energy consumption;Much less energy consumption; - no oxygen needed (kwh) - no oxygen needed (kwh) - biogas production. - biogas production.Much less sludge prod
9、uction; Much less sludge production; for Aerobic, 30-50% excess sludge of BOD produced; for Aerobic, 30-50% excess sludge of BOD produced; as for Anaerobic, it is only about 5%; as for Anaerobic, it is only about 5%; save of investment and operation cost for sludge save of investment and operation c
10、ost for sludge disposal disposal Less chemicals consumption; -Nutrients and dewater Less chemicals consumption; -Nutrients and dewater agentagentLess land requirement.Less land requirement.All these can be shown economically:All these can be shown economically:1.4. A comparison between anaerobic and
11、 1.4. A comparison between anaerobic and aerobic in terms of economics aerobic in terms of economics Unit: 1000 US$Unit: 1000 US$ItemItemAct. sludgeAct. sludgeAna/Aer.Ana/Aer.Basis for Basis for calculationcalculationScale, t COD/dScale, t COD/d165165165165InvestmentInvestment1590159014101410Specifi
12、ed Specified annual annual operationoperationcostcostInterest for loan, 10%Interest for loan, 10%159159141141Depreciation, 15 yearsDepreciation, 15 years1061069494PowerPower1181182929ChemicalsChemicals44443737MaintenanceMaintenance26262626LaborLabor21212121SewerSewer10101010TotalTotal484484358358Ste
13、am producedSteam produced- -109109Net costNet cost484484249249Chapter 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ATPADP+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 Microbiology and Biochemistry of Anaerobic Digestion 厌氧处理的微生物学和生物
14、化学厌氧处理的微生物学和生物化学厌氧处理的微生物学和生物化学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复杂废水厌氧降解的四个阶段大分子有机物降解：大分子有机物降解：大分子有机物降解：大分子有机物降解：水解水解水解水解- -发酵产酸（酸化）发酵产酸（酸化）发酵产酸（酸化）发酵产酸（酸化）- -产氢、乙酸产氢、乙酸产氢、乙酸产氢、乙酸- -产甲烷产甲烷产甲烷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；过程是同时发生的，各阶段产物是同时存在的，不是分开的；过程是同时发生的，各阶段产物是同时存在的，不是分开的；过程是同时发生的，各阶段产物是同时存在的，不是分开的；
15、 在一定条件下，某一过程进行缓慢，影响到整个过程。在一定条件下，某一过程进行缓慢，影响到整个过程。在一定条件下，某一过程进行缓慢，影响到整个过程。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温度和停留时间对不同组分Kh的影响的影响停留时间，停留时间，dayday温度温度o oC CFat and lipidFat and lipidcellulosecelluloseproteinprotein15
16、156060151560601515606015150 00 00.030.030.0180.0180.020.020.010.0125250.090.090.030.030.270.270.160.160.030.030.010.0135350.110.110.040.040.620.620.210.210.030.030.010.012.1.2 发酵产酸阶段 发酵产酸：溶解性有机物发酵产酸：溶解性有机物 转化为转化为 以挥发性以挥发性 脂肪脂肪酸为主的低分子量产物；酸为主的低分子量产物； 产酸细菌（定义？）的特点：产酸细菌（定义？）的特点： 数量和种类多；包括几乎所有水解菌、大多数的数量和
17、种类多；包括几乎所有水解菌、大多数的其他细菌；为什么？其他细菌；为什么？对环境适应能力强，特别是对对环境适应能力强，特别是对pHpH适应能力强；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。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。酸化过程容易，很快。因此：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
18、化为甲烷；2）酸化过程有脱氢作用，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。氨基酸的酸化：脱氨基作用。 例如，例如，SticklandStickland反应为主反应为主: : 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。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。 CH CH3 3CHNHCHNH2 2COOH + 2 HCOOH + 2 H2 2OCHOCH3 3COOH+COCOOH+CO2 2+NH+
19、NH3 3+4H+4H+ + 丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸 + +）2 CH2 CH2 2NHNH2 2COOH + 4 HCOOH + 4 H+ +2CH2CH3 3COOH+2NHCOOH+2NH3 3 甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸- CH CH3 3CHNHCHNH2 2COOH+ 2 CHCOOH+ 2 CH2 2NHNH2 2COOH 2 HCOOH 2 H2 2O - 3CHO - 3CH3 3COOH+ 3NHCOOH+ 3NH3 3 + + COCO2 2氨基酸降解使氨基酸降解使氨基酸降解使氨基酸降解使PhPh上升上升上升上升. NH. NH3 3有毒性。有毒性。有毒性。有毒性。高级脂
20、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) CH CH3 3 (CH (CH2 2) )14 14 COOCOO- - +14 H+14 H2 2O - 8 CHO - 8 CH3 3 COO COO- - + 7 H+ 7 H+ + +14H +14H2 2 17个碳的脂肪酸：CHCH3 3 (CH (CH2 2) )15 15 COOCOO- - +14 H+14 H2 2O - 7 CHO - 7 CH3 3 COO COO- - + CH+ CH3 3 CH CH2 2 COOCOO- - + + 7 H7 H+ + +14H
21、+14H2 2产生大量氢气，并使产生大量氢气，并使pH下降。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氢和乙酸的消耗是有机物持续降解的关键氢和乙酸的消耗是有机物持续降解的关键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、整个酸化和乙酸化末端反应产物是乙酸、整个酸化和乙酸化末端反应产物是乙酸、整个酸化和乙酸化末端反应产物是乙酸、H H2 2，COCO2 2；最重要的产甲烷过程：最重要的产甲烷过程：最重要的产甲烷过程：最重要的产甲烷过程： CH CH3 3COOCOO- - + H+ H2
22、 2O = CHO = CH4 4 + HCO + HCO3 3- - 通过通过通过通过 乙酸乙酸乙酸乙酸 HCOHCO3 3- - + H+ H+ +4H+4H2 2 = CH = CH4 4 + 3H + 3H2 2O O 碳酸盐和氢碳酸盐和氢碳酸盐和氢碳酸盐和氢 4HCOO 4HCOO- - + 2H+ 2H+ + = CH = CH4 4 + CO + CO2 2 + 2HCO+ 2HCO3 3- - 碳酸盐和质子碳酸盐和质子碳酸盐和质子碳酸盐和质子 CO CO2 2 + 4H + 4H2 2 = CH = CH4 4 + 2H + 2H2 2O O 二氧化碳二氧化碳二氧化碳二氧化碳
23、4 CH 4 CH3 3OH = 3CHOH = 3CH4 4 + CO + CO2 2 + 2H+ 2H2 2O O 甲醇或甲酸甲醇或甲酸甲醇或甲酸甲醇或甲酸 实际上：实际上：实际上：实际上： 1 1）伴随着甲烷的生成，乙酸和氢气被除去，）伴随着甲烷的生成，乙酸和氢气被除去，）伴随着甲烷的生成，乙酸和氢气被除去，）伴随着甲烷的生成，乙酸和氢气被除去， 酸浓度降低、酸浓度降低、酸浓度降低、酸浓度降低、H H2 2分压降分压降分压降分压降低；低；低；低； 2 2）约有）约有）约有）约有2/32/3甲烷从乙酸生成；甲烷从乙酸生成；甲烷从乙酸生成；甲烷从乙酸生成； 2.1. 复杂废水厌氧降解的四个阶
24、段2.1.4 产甲烷阶段甲烷菌的活性成为关键；甲烷菌的活性成为关键； 为什么？为什么？（1）产物的去除使化学反应持续进行；）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）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；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。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 1）硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原硫酸盐还原 （无氧呼吸之一种）（无氧呼吸之一种）（无氧呼吸之一种）（无氧呼吸之一种）硫酸盐通过硫酸盐通过硫酸盐通过硫酸盐通过SRBS
25、RB可以氧化：可以氧化：可以氧化：可以氧化： H H2 2, , 乙酸，其它脂肪酸乙酸，其它脂肪酸乙酸，其它脂肪酸乙酸，其它脂肪酸 和产甲烷菌竞争底物；有硫酸盐的废水必然会和产甲烷菌竞争底物；有硫酸盐的废水必然会和产甲烷菌竞争底物；有硫酸盐的废水必然会和产甲烷菌竞争底物；有硫酸盐的废水必然会有有有有SBRSBR生长；生长；生长；生长；生成生成生成生成H H2 2 S S有毒（尤其对产甲烷菌），部分溶解有毒（尤其对产甲烷菌），部分溶解有毒（尤其对产甲烷菌），部分溶解有毒（尤其对产甲烷菌），部分溶解SBRSBR也可以氧化有机物，但是去除也可以氧化有机物，但是去除也可以氧化有机物，但是去除也可以氧化
26、有机物，但是去除CODCOD较少，因较少，因较少，因较少，因为有机物转化为为有机物转化为为有机物转化为为有机物转化为H H2 2S S，仍消耗氧气。，仍消耗氧气。，仍消耗氧气。，仍消耗氧气。2.1.5 有机物的其它厌氧降解过程（1）硫酸盐还原多少多少多少多少SOSO4 4- -可以完全氧化可以完全氧化可以完全氧化可以完全氧化1mol1mol的的的的COD, COD, 或者说多少或者说多少或者说多少或者说多少CODCOD可以还原可以还原可以还原可以还原1mol1mol的的的的SOSO4 4- -? ? 1mol SO 1mol SO4 4- -等于等于等于等于2mol O2mol O2 2，也就
27、是说也就是说也就是说也就是说: : 1g SO 1g SO4 4- -等于等于等于等于0.67g O0.67g O2 2, , 结论：要完全还原结论：要完全还原结论：要完全还原结论：要完全还原SOSO4 4- -，理论上，理论上，理论上，理论上COD/ SOCOD/ SO4 4- -不能不能不能不能小小小小0.670.67。但是注意目的和不同的条件：但是注意目的和不同的条件：但是注意目的和不同的条件：但是注意目的和不同的条件： 在产甲烷反应器中，在产甲烷反应器中，在产甲烷反应器中，在产甲烷反应器中，COD/COD/应大于应大于应大于应大于1010，硫化物会没，硫化物会没，硫化物会没，硫化物会没
28、有明显的抑制作用。有明显的抑制作用。有明显的抑制作用。有明显的抑制作用。在此过程，在此过程，在此过程，在此过程，CODCOD去除效率不高。去除效率不高。去除效率不高。去除效率不高。CODCOD从有机物变从有机物变从有机物变从有机物变成成成成S S2-2-2.1.5 有机物的其它厌氧降解过程（2）脱氮（硝酸盐还原）一般情况下，含有硝酸盐或亚硝酸盐时，它们成一般情况下，含有硝酸盐或亚硝酸盐时，它们成一般情况下，含有硝酸盐或亚硝酸盐时，它们成一般情况下，含有硝酸盐或亚硝酸盐时，它们成为电子受体，发生脱氮作用；为电子受体，发生脱氮作用；为电子受体，发生脱氮作用；为电子受体，发生脱氮作用； 同样，完全的
29、反硝化同样需要足够的同样，完全的反硝化同样需要足够的同样，完全的反硝化同样需要足够的同样，完全的反硝化同样需要足够的COD. COD. 回忆，硝化需要低的回忆，硝化需要低的回忆，硝化需要低的回忆，硝化需要低的CODCOD浓度，因此反硝化往浓度，因此反硝化往浓度，因此反硝化往浓度，因此反硝化往往补充有机废水。往补充有机废水。往补充有机废水。往补充有机废水。 比例：比例：比例：比例：1mol NO1mol NO3 3- -相当于相当于相当于相当于 0.8mol O 0.8mol O2 2 但是：但是：但是：但是： 气气液液平平衡衡 HCO3 CO32 液相平衡液相平衡Ac Pro Bu VaHCO
30、3NH4+ LCFAH2S 反硝化反硝化硫酸盐还原硫酸盐还原SO42 NO3 N2固固液液平平衡衡沼气沼气气泡气泡 CH4 CO2 H2S H2 N2 气气 相相沉淀沉淀Ca2+ Fe2+Zn2增殖增殖微生物微生物物物化化过过程程HS 出水出水液液 相相惰性物惰性物脂类碳水化合物碳水化合物蛋白质发酵产酸发酵产酸Hac Hpro Hbu HVa CO2 NH3 LCFA氨基酸氨基酸单糖单糖 水水 解解程程过过生生化化进水进水不溶性化合物不溶性化合物产氢产乙酸产氢产乙酸 HAc H2CH4产产 甲甲 烷烷CO2复习Chap.1 Chap.1 概述概述概述概述1.1. Effective Biolo
31、gical Technology1.1. Effective Biological Technology1.2. Differences Between Anaerobic and Aerobic 1.2. Differences Between Anaerobic and Aerobic Biodegradation in PrincipleBiodegradation in Principle1.3. Advantages of Anaerobic1.3. Advantages of Anaerobic WW treatment WW treatment1.4. A comparison
32、between anaerobic and 1.4. A comparison between anaerobic and aerobic in terms of economics aerobic in terms of economics Chapt.2 Chapt.2 厌氧处理的微生物学和生物化学厌氧处理的微生物学和生物化学厌氧处理的微生物学和生物化学厌氧处理的微生物学和生物化学2.1 2.1 复杂废水厌氧降解的四个阶段复杂废水厌氧降解的四个阶段看图看图p25p252.2 厌氧处理动力学原理厌氧动力学厌氧动力学厌氧动力学厌氧动力学 （1 1）厌氧处理系统和反应器设计的理论依据）厌氧处理系
33、统和反应器设计的理论依据）厌氧处理系统和反应器设计的理论依据）厌氧处理系统和反应器设计的理论依据 影响微生物保留量、活性、传质、底物利用的因素；影响微生物保留量、活性、传质、底物利用的因素；影响微生物保留量、活性、传质、底物利用的因素；影响微生物保留量、活性、传质、底物利用的因素； （2 2）帮助、理解和操作反应器）帮助、理解和操作反应器）帮助、理解和操作反应器）帮助、理解和操作反应器任何情况下都在平衡的状态下运转，没有中间产物的积累；任何情况下都在平衡的状态下运转，没有中间产物的积累；任何情况下都在平衡的状态下运转，没有中间产物的积累；任何情况下都在平衡的状态下运转，没有中间产物的积累；大量
34、不同类型的微生物，他们之间的相互作用大量不同类型的微生物，他们之间的相互作用大量不同类型的微生物，他们之间的相互作用大量不同类型的微生物，他们之间的相互作用( (互生、共互生、共互生、共互生、共生、寄生、竞争、拮抗）；生、寄生、竞争、拮抗）；生、寄生、竞争、拮抗）；生、寄生、竞争、拮抗）；不同微生物的动力学特征，底物利用速率、亲和力；不同微生物的动力学特征，底物利用速率、亲和力；不同微生物的动力学特征，底物利用速率、亲和力；不同微生物的动力学特征，底物利用速率、亲和力； 产物的抑制作用；产物的抑制作用；产物的抑制作用；产物的抑制作用；物理化学因素和其它的环境因素、毒性等的影响等等物理化学因素和
35、其它的环境因素、毒性等的影响等等物理化学因素和其它的环境因素、毒性等的影响等等物理化学因素和其它的环境因素、毒性等的影响等等 2.2.1 不溶性底物转化速率（1 1）水解阶段不溶性底物的转化速率水解阶段不溶性底物的转化速率水解阶段不溶性底物的转化速率水解阶段不溶性底物的转化速率对于不溶性底物，水解是限速反应。对于不溶性底物，水解是限速反应。对于不溶性底物，水解是限速反应。对于不溶性底物，水解是限速反应。 - -理解：没有溶解理解：没有溶解理解：没有溶解理解：没有溶解CODCOD的大量积累的大量积累的大量积累的大量积累例如：例如：例如：例如： 粪肥厌氧消化，溶解性粪肥厌氧消化，溶解性粪肥厌氧消化
36、，溶解性粪肥厌氧消化，溶解性CODCOD只有只有只有只有7%. 7%. 因此，甲因此，甲因此，甲因此，甲烷化速率等于水解速率。烷化速率等于水解速率。烷化速率等于水解速率。烷化速率等于水解速率。 水解速率：水解速率：水解速率：水解速率： r r水解水解水解水解 = r = r气气气气 = K= Kp p (mmol/l d) (mmol/l d) -可生物降解的固体有机物浓度，可生物降解的固体有机物浓度，可生物降解的固体有机物浓度，可生物降解的固体有机物浓度，mmol/lmmol/l K Kp p 水解常数，水解常数，水解常数，水解常数，d d-1 -1 水解常数：水解常数：水解常数：水解常数：
37、1 1）极大地取决于温度极大地取决于温度极大地取决于温度极大地取决于温度；2 2）有机质在反应器内的保留时间；）有机质在反应器内的保留时间；3 3）有机质种类和组成；）有机质种类和组成；底物性质（脂肪、碳水化合底物性质（脂肪、碳水化合底物性质（脂肪、碳水化合底物性质（脂肪、碳水化合物、物、物、物、.） 4 4）pH; pH; 5) 5) 水解产物浓度等。水解产物浓度等。 2.2.2 溶解性底物转化速率与细胞产率（1）溶解性底物的转化速率(酶促反应） 符合米氏方程： U = U U = U max max S/(K S/(Ks s + S)+ S) 其中其中U-U-溶解性底物的转化速率溶解性底物
38、的转化速率( (利用速率）利用速率）污污染物的去除速率，染物的去除速率，gCOD/mgCOD/m3 3.d.d； U Umaxmax- -最大比底物利用速率；最大比底物利用速率； K Ks s- - ，或半速度常数，或半速度常数，K Ks s =S (=S (当当U=0.5UU=0.5Umax max S S 底物浓度底物浓度, gCOD/m3, gCOD/m3。（Ks: Ks: 取决于微生物种类、底物种类、温度）取决于微生物种类、底物种类、温度） U = U max S/(Ks + S)理解：理解：理解：理解：1 1）当）当SKSKs s时，时， U = U U = Umaxmax； 2 2
39、）当）当S KSKSKs s， = = maxmax- b =YU- b =YUmaxmax b b CH478%78%20% 20% CODCOD1-3%1-3%Anaerobic sludgeCODCODCOD CH4 + CO2 + anaerobic sludgeCOD CH4 + CO2 + anaerobic sludge底物转化率：底物转化率：1）厌氧降解中，底物在酸化阶段转化为）厌氧降解中，底物在酸化阶段转化为VFA和细胞，若细胞得率为和细胞，若细胞得率为Ya; 2)甲烷化阶段，甲烷化阶段， COD转化为甲烷和细胞，细胞得率转化为甲烷和细胞，细胞得率Ym. 单位可以用单位可以用
40、gCODcell/gCODrem可以进行物料平衡的计算可以进行物料平衡的计算厌氧处理中，厌氧处理中， Ym Ya; 所以：所以：-未酸化的废水产生更多的未酸化的废水产生更多的污泥；污泥；-未酸化的废水在处理时污未酸化的废水在处理时污泥容易形成；泥容易形成；-废水处理的酸化池，必须废水处理的酸化池，必须考虑排泥。考虑排泥。（见书（见书p40,biao 2.4)此外，在反应器中会有悬浮物的截留。Double Double time /dtime /dY YA AgCOD/gCOD/gVSS.gVSS.d dK K活性污泥活性污泥0.030.030.400.4057570.250.25厌氧酸化厌氧酸
41、化菌菌0.1250.1250.140.144040- -厌氧产乙厌氧产乙酸菌酸菌3.53.50.030.036.66.60.400.40嗜氢甲烷嗜氢甲烷菌菌0.50.50.070.0719.619.60.0040.004甲烷丝菌甲烷丝菌7.07.00.020.025.05.00.300.30甲烷球菌甲烷球菌1.51.50.040.0411.611.65.05.0Chapter 3 影响厌氧处理的环境因素3.1 温度三类微生物和三类工艺三类微生物和三类工艺 psychrophilic mesophilicthermophilic psychrophilic mesophilicthermophi
42、lic 5-20; 5-20; 20-40; (20-40) 20-40; (20-40) 40-75 (50-65) 40-75 (50-65)过高的温度会如何？过高的温度会如何？4242度，度，1 1小时后开始死亡。小时后开始死亡。过低的温度？过低的温度？中温细菌在低温下如何？首先，生长速率减缓，逐中温细菌在低温下如何？首先，生长速率减缓，逐渐大于死亡率。但是，中温细菌在低温下仍有活渐大于死亡率。但是，中温细菌在低温下仍有活性。性。低温下，厌氧细菌的死亡很慢。更容易保存。低温下，厌氧细菌的死亡很慢。更容易保存。温度波动和温度的影响 -对微生物的影响，生长速率； -微生物的生化过程；-物理化
43、学性质：气体溶解度、毒性、出水性质3.2 pH与废水的缓冲能力（1）pH的影响两个含义：pH及其波动对不同微生物的影响；甲烷菌的敏感性；为什么控制pH很重要,酸化速率、甲烷菌的敏感和生长速率。废水废水pH pH 和反应器中的和反应器中的pHpH： - -正常情况下的产酸、产乙酸，乙酸的毒性；正常情况下的产酸、产乙酸，乙酸的毒性； - -特别情况下的过程。例如大量过程是特别情况下的过程。例如大量过程是pHpH降低的过降低的过程，因为产酸，尤其是未酸化废水；程，因为产酸，尤其是未酸化废水； 但是：升高的情况也有：但是：升高的情况也有： 1 1）已酸化的废水如酸性的柠檬酸废水、果汁；）已酸化的废水如
44、酸性的柠檬酸废水、果汁； 2 2）含蛋白质废水；）含蛋白质废水； 3 3）中性的甲酸盐和乙酸盐）中性的甲酸盐和乙酸盐 参见书参见书p.48p.483.2 pH与废水的缓冲能力（2 2）废水的）废水的pHpH缓冲能力缓冲能力 意义意义意义意义： 弱酸及其盐形成的缓冲溶液；弱酸及其盐形成的缓冲溶液； HA HA H H+ + + A + A- -, K, KDefinition: K=HDefinition: K=H+ +AA- -/HA HA 取对数，变形后得到取对数，变形后得到 pH = p pH = p K K + lg + lg AA- -/HA HA 缓冲体系接受质子，而不使缓冲体系接受
45、质子，而不使pHpH变化过于迅速，这变化过于迅速，这就是缓冲能力。但是，弱酸缓冲体系的作用有其就是缓冲能力。但是，弱酸缓冲体系的作用有其范围，我们需要在微生物生长的范围的缓冲体系。范围，我们需要在微生物生长的范围的缓冲体系。废水的废水的废水的废水的pHpH缓冲系统缓冲系统缓冲系统缓冲系统， CO CO2 2大量产生，大量产生，CO2CO2在水中的溶解的量，取决于存在在水中的溶解的量，取决于存在于水中的强碱的量和废水的组成。于水中的强碱的量和废水的组成。因此在废水厌氧处理中的缓冲体系主要是：因此在废水厌氧处理中的缓冲体系主要是： H H2 2 CO CO3 3 H H+ + + + HCOHCO
46、3 3- - K K1 1 ( (中性范围，中性范围，nuetrolnuetrol H H+ +CO+CO3 32-2- .K.K2 2 ( (碱性范围）碱性范围）这里，这里， CO CO3 3和和HCOHCO3 3- -都可以接受质子，起到都可以接受质子，起到pHpH的缓冲的缓冲作用，对于这个缓冲体系，碱度作用，对于这个缓冲体系，碱度(Alkalinity)(Alkalinity)就是：就是： HCO HCO3 3- - +CO +CO3 32-2- , , 表示接受质子的能力（表示接受质子的能力（proton)proton)Alkalinity的定义 （表达了酸中和能力） 中和H+离子能力
47、的所有碱的当量的总和。 除CO32-和HCO3-是碱； 用强酸滴定到等当点的碱的总量。厌氧过程是产酸的过程。产生VFA H+首先与HCO3-结合，只有当大部分的HCO32-消耗后，pH才会下降。碳酸氢盐碱度(bicarbonate alkalinity)H2 CO3 H+ + HCO3- K1 H H+ +CO+CO3 32-2- .K.K2 2 在在pH8.3pH8.3时，时， pH = p K + lg HCO3-/H2 CO3 此时，此时，OHOH- -, , CO3 2-2- 已经消耗完毕； 碳酸氢盐碱度的测定（determination of bicarbonate alkalini
48、ty)在在pH8.3-4.6pH8.3-4.6范围滴定范围滴定(Titrate)(Titrate)，测得的碱度就是测得的碱度就是(两步法）两步法）在厌氧处理中，实际起到缓冲作用的主要是在厌氧处理中，实际起到缓冲作用的主要是 HCO HCO3 3- -，碳酸氢盐碱度是指，碳酸氢盐碱度是指HCOHCO3 3- - 。 其次HS-, H2PO4-也是。他们的存在使pH变化不至于激烈。碳酸氢盐碱度的意义：碳酸氢盐碱度的意义： 碳酸氢盐的缓冲范围是碳酸氢盐的缓冲范围是pH3.8-8.3pH3.8-8.3，最大的缓冲，最大的缓冲能力在能力在pH6.4(pH6.4(两种离子浓度相等时）两种离子浓度相等时）;
49、 ; 甲烷菌的安全的生长范围甲烷菌的安全的生长范围pH 6.5-7.8(pH 6.5-7.8(控制控制6.8-7.5)6.8-7.5)； 碱度的调节 需要的碱度大小与废水性质相关。需要的碱度大小与废水性质相关。需要的碱度大小与废水性质相关。需要的碱度大小与废水性质相关。 按照中和按照中和按照中和按照中和1g1g乙酸所需的碱量计算结果。乙酸所需的碱量计算结果。乙酸所需的碱量计算结果。乙酸所需的碱量计算结果。 碱度过低，而废水容易酸化，则需要增大碱度；碱度过低，而废水容易酸化，则需要增大碱度；碱度过低，而废水容易酸化，则需要增大碱度；碱度过低，而废水容易酸化，则需要增大碱度； 碱度的调节碱度的调节
50、碱度的调节碱度的调节 Theoretically, Theoretically, 添加碳酸氢钠添加碳酸氢钠添加碳酸氢钠添加碳酸氢钠( (NaHCONaHCO3 3) )最好。最好。最好。最好。 因为因为因为因为HCOHCO3 3 - -是缓冲是缓冲是缓冲是缓冲pHpH的最主要的碱的最主要的碱的最主要的碱的最主要的碱. .实际上，添加实际上，添加实际上，添加实际上，添加NaNa2 2COCO3 3, Ca, Ca（OHOH）2 2，NaOH NaOH 冶、可冶、可冶、可冶、可以增加碱度。以增加碱度。以增加碱度。以增加碱度。 Na Na2 2COCO3 3,+H2O+ ,+H2O+ COCO2 2
51、= 2 NaHCO= 2 NaHCO3 3 Ca Ca（OHOH）2 2 + 2C+ 2COO2 2 = 2Ca(HCO = 2Ca(HCO3 3) )2 2 NaOH + CO2 = NaHCO NaOH + CO2 = NaHCO3 3措施：加入石灰或纯碱；措施：加入石灰或纯碱；措施：加入石灰或纯碱；措施：加入石灰或纯碱； 出水回流出水回流出水回流出水回流3.3 营养物和微量元素简易计算：简易计算： CODbd:N:P = 500:5:1 CODbd:N:P = 500:5:1 ( (酸化的水和未酸化的水）酸化的水和未酸化的水）=CODbdY=CODbdYcellcell 1.14 1.1
52、4 营养物浓度，营养物浓度，mg/l;mg/l; Y- Y-细胞产率，细胞产率，gVSS/gCODbd;gVSS/gCODbd; cellcell- -该元素在甲烷菌中的化学组成，该元素在甲烷菌中的化学组成， mg/(g mg/(g细胞）细胞）Y Y的理论值：未酸化废水，的理论值：未酸化废水，Y=0.15;(Y=0.15;(大约大约350350：5 5：1 1） 酸化的废水：酸化的废水：Y=0.03Y=0.03 （大约（大约10001000：5 5：1 1）实际更小，可以根据污泥的实际增加量计算更加准确。实际更小，可以根据污泥的实际增加量计算更加准确。参见书：表参见书：表部分微生物的动力学参数
53、BacteriaBacteriaTouble Touble timetimed dY YgVSS/gVSS/gCOD.gCOD.细胞活性细胞活性gCOD/ggCOD/gVSS.dVSS.dKsKsmmolmmol好氧活性污泥好氧活性污泥0.030.030.400.4057.857.80.250.25厌氧酸化菌厌氧酸化菌0.1250.1250.140.1439.639.6- -厌氧产乙酸菌厌氧产乙酸菌3.53.50.030.036.66.60.400.40产产甲甲烷烷菌菌嗜氢菌嗜氢菌0.50.50.070.0719.619.60.0040.004甲烷丝菌甲烷丝菌7 70.020.025.05.0
54、0.300.30八叠球菌八叠球菌1.51.50.040.0411.611.65.05.0Methane methanogenic bacteria;Acidogenesisacidogenic bacteria acetogenic bacteriaHydrogen-generating H-consuming bacteria; hydrogenotrophic3.4 废水性质因素毒性toxicity 无机毒性物质：inorganic toxic compounds 盐类、salt 重金属heavy metals 氨氮 ammonium nitrogen 硫sulphur; 氧 Oxygen
55、 有机毒性物质有机毒性物质 VFA , LCFA, VFA , LCFA, Apolar phenolic compounds Apolar phenolic compounds Detergent Detergent Resin compoundsResin compoundsTannic compoundsTannic compoundsPhenolic amino acidsPhenolic amino acidsChlorinated carbohydratresChlorinated carbohydratresFormaldehydeFormaldehydeAntibioticsAntibioticspetrochemicalspetrochemicals可降解性 SS 吸附的影响氧化还原电位 低浓度废水处理SS;SS;氧化还原电位氧化还原电位 ：低浓度：低浓度
