厌氧消化机理及在废水处理中的应用与发展_金成清

一993年7月第9卷第3期沈阳建筑工程学院学报JournalofShenyangArehiteetllralar、dCivilEngi;飞eeringInstjt以teVO工.,No.31993厌氧消化机理及在废水处理中的应用与发展金成清`(城建系)摘要关键词中图号对厌氧消化机理的发展及厌氧消化处理有机废水工艺的发展做了介绍.其中着重对升流式厌氧污泥床(uAsB)反应器处理废水的原理和工艺过程做了阐述.厌氧消化,机理,废水处理,产甲烷细菌,污泥床.TU992.3厌氧消化机理的发展18世纪末期以来一些科学家对厌氧消化机理,诸如消化气体甲烷的产生及其形成过程,厌氧微生物特别是产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的功能和特性等进行了研究和探索.1936年.aBkrer重新分离出omeilansky曾经分离出的氧化乙醇的产甲烷细菌;]967年.Bryant等人采用新的厌氧操作技术发现了另一种细菌,这种细菌能够利用HZ还原co:生成cHI,这类细菌就是产氢产乙酸细菌.由于这两类主要细菌的发现,多年来厌氧消化机理一直被概括地分成两个阶段:有机物经发酵细菌的作用降解为有机酸,这一阶段称为产酸阶段;产甲烷细菌则利用产生的有机酸和HZ/co:生成甲烷(CH。),这一阶段称之为产甲烷阶段.随着厌氧操作技术和微生物现代检测仪器的发展,近20年来.对厌氧微生物的研究不断深入,厌氧消化甲烷的产甲烷细菌和其它细菌之间的相互生态学关系更加清楚.在此基础上,1979年.Braynt等人对厌氧消化机理提出了三阶段理论.其特点是突出了产氢产乙酸细菌的作用,把它独立划分为一个阶段.在这三个阶段中.有机物首先通过发酵细菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等.接着通过产氢产乙酸细菌的降解转化为乙酸与HZc/02,然后再被产甲烷细菌利用,而生成甲烷.从这里也可以看出.发酵细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌之间是存在着互营共生关系的.因为乙酸盐是产甲烷细菌赖以生存的唯一基质,而乙酸盐又是产氢产乙酸细菌对乙醇、丙酸、丁酸和乳酸所降解的产物.乙醇、丙酸、丁酸、乳酸等又是发酵细菌降解一收稿日期1993一02一23*朽岁.男,讲师·沈阳建筑工程学院学报第9卷些长链有机物的产物,而乙酸盐被甲烷细菌所利用的结果又能促进前两个降解过程的进行.这种关系组成了良好的有机物质分解链,致使污泥中甲烷细菌有足够数量和较高的i舌性,有利于有机物的降解和甲烷气体的产生.通过对厌氧消化机理三个阶段理论的了解以及对发酵细菌、产氢产乙酸细菌、产甲烷细菌的分析和研究,促进了厌氧消化处理废水反应器性能和运行方式的研究,从而提高厌氧消化处理废水的能力与效率.与此同时,ezikus提出了厌氧消化机理的四阶段理论,即在三阶段理论基础上增加了同型耗氢产乙酸细菌类群,其代谢特点是从HZ/co,生成酸.这部分乙酸生成量占总乙酸合成的比例较小.厌氧消化机理不管是三阶段理论还是四阶段理论,都是二阶段理论的补充和发展,它使厌氧消化机理的研究进入了一个新阶段.厌氧消化机理如图1所示.其中I、亚、皿为三阶段理论,I、l、皿、VI为四阶段理论.有机物质长链脂)17]内夏月了类乙级交H之CO图1厌氧消化机理的分阶段理论示意图产氢产乙酸细菌对丙酸和丁酸降解为乙酸的理论反应式为:CH3CHZCOOH+ZHZO~CH3COOH+3H:+COZ(l)CH3CHZCH:COOH十ZHZO~ZCH3COOH+2H2(2)产甲烷细菌对乙酸的降解生成甲烷的理论反应式为:第3期金成清:厌氧消化机理及在废水处理中的应用与发展CH3COO一十3H:O~ZCO:十4H:+OH-(3)4H:+CO:~CH、+2H2(4)CH。COO一+H?O~CH,+HCO3-(5)从以上各式中可以看出.乙酸在降解过程中能生成的甲烷有2/3来自乙酸,有1/3来自HZ/CoZ的合成-2废水厌氧消化处理工艺的发展18」年,法国Mouras发明了处理污水自动净化器,当时在污水处理领域得到了很高的评价和重视,一般认为这是人工厌氧处理废水的起始年代.1895年,英国的cameron创造了一种污水处理构筑物一化粪池.后来FraviS提出了污水沉淀和污泥消化分别在上下两层进行的双层构筑物.这种构筑物经德国mIhof的改进,成为目前的双层沉淀池(也称隐化池).后来一些专业工作者试将污水的沉淀和污泥消化分别在两个池子中进行,即采用未用的消化池来降解有机物.但效率很低.1927年,经Ruhrverba。d在未用消化池中采用了污泥加热装置.致使处理效率显著提高.1950年,Morgen和Torpey又在消化池中采用搅拌装置,不仅提高了反应速率和处理能力.同时解决了运行中的一些问题.随着厌氧消化技术的应用.推动了厌氧消化机理的进一步研究(包括微生物学方面的研究).而这些研究所取得的成果又为厌氧消化工艺的发展提供了