厌氧微生物学与污水处理_环境科学食品科学_工程科技

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1、厌氧微生物学与污水处理2012年12月厌氧微生物学与污水处理1、厌氧微生物学2、废水厌氧生物处理的生物化学原理3、影响厌氧生物处理的环境因素4、厌氧生物处理的废水特征5、生物脱氮除磷6、厌氧生物处理工艺7、生物制氢8、硫酸盐还原菌厌氧生物处理废水9、废水厌氧生物处理中的共基质代谢和种间协同代谢作用10、难降解有机物的厌氧生物降解11、厌氧生物处理的研究和分析方法1、厌氧微生物学1.1厌氧消化原理1967年，布赖恩特(Bryant)报告认为消化经历四个阶段：先是水解阶段，固态有机物被细菌的胞外酶所水解；第二个阶段是酸化；在第三阶段乙

2、酸化阶段。进入甲烷化阶段之前，代谢中间液态产物都要乙酸化，称乙酸化阶段；第四阶段是甲烷化阶段。厌氧生物处理过程又称厌氧消化，是在厌氧条件下由多种微生物的共同作用，使有机物分解生成ＣＨ4和ＣＯ2的过程。整个过程可以分为三个阶段：第一阶段是复杂有机物在发酵细菌(产酸细菌)作用下进行水解和发酵。例如，多糖先水解为单糖，再通过酵解途径进一步发酵成乙醇和脂肪酸，如丙酸、丁酸、乳酸等；蛋白质则先水解为氨基酸，再经脱氨基作用产生脂肪酸和氨。第二阶段称为产氢，产乙酸阶段,是由一类专门的细菌，称为产氢产乙酸细菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙

3、酸,Ｈ2和ＣＯ2。第三阶段称为产甲烷阶段，由产甲烷细菌利用乙酸和Ｈ2,ＣＯ2产生ＣＨ4。细菌分为不产甲烷菌和产甲烷菌不产甲烷菌包括三类：发酵细菌、产氢产乙酸细菌和同型产乙酸细菌1.2不产甲烷菌及其作用1.2.1发酵细菌发酵细菌是一个非常复杂的混合细菌群，主要属于专性厌氧细菌，包括梭菌属、丁酸弧菌属和真细菌属等。该类细菌可以在厌氧条件下将多种复杂有机物水解为可溶性物质，并将可溶性有机物发酵，主要生成乙酸、丙酸、丁酸、H2和CO2，所以也有人称其为水解发酵细菌和产氢产酸菌。1.2.1.1发酵细菌种类、数量和营养发酵细菌是复杂的混合菌群

4、、主要包括纤维素分解菌、半纤维素分解菌、淀粉分解菌、脂肪分解菌、蛋白质分解菌等。1976年曾报道了18个属的51种。到目前为止，已研究过的就有几百种，在中温消化过程中，有梭状芽孢杆菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细菌属、双歧杆菌属和螺旋体等属的细菌；在高温厌氧消化器中，有梭菌属和无芽孢的革兰氏阴性杆菌。在中温发酵的水污泥中，每毫升中发酵细菌的数量为108－109个，而以每克挥发性固体计算含1010－1011个。发酵细菌利用基质中存在的碳水化合物作为生长的能源物质，有些利用基质代谢的中间产物，如乳酸盐、甘油或碳水化合物的水解产物。有些

5、发酵细菌利用化合物作为能源表现出多样性，如溶纤维丁酸弧菌和栖瘤拟杆菌常发酵糖苷、多糖类和其他许多糖类。少数发酵细菌利用氨基酸、多肽作为生长的主要能源。有些发酵细菌利用化合物具有专一性，如嗜淀粉拟杆菌，仅利用淀粉和淀粉的水解产物、糊精、麦芽糖。1.2.1.2发酵细菌的功能和生存环境发酵细菌在厌氧消化中起着特别重要的作用。（1）将大分子不溶性有机物水解成小分子的水溶性有机物，水解作用是在水解酶的催化作用下完成的。水解酶是一种胞外酶，因此水解过程是在细菌表面或周围介质中完成的。发酵细菌群中仅有一部分细菌种属具有合成水解酶的功能，而水解产

6、物却一般可被其他的发酵细菌群所吸收利用。(细菌之间的协同作用)（2）发酵细菌将水解产物吸收进细胞体内，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，渗入细胞外的水溶液里，成为参与下一阶段生化反应细菌群吸收利用的基质（主要是有机酸、醇、酮等）。（细胞外→细胞内→细胞外）发酵基质的种类对主要发酵细菌的种群有十分明显的影响。在富含蛋白质的厌氧消化液（如处理奶酪厂废水的消化池）里，存在着蜡状芽孢杆菌、环状芽孢杆菌、球状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、变异微球菌、大肠杆菌、副大肠杆菌以及假单胞菌属的一些种。在含有纤维素的

7、厌氧消化液中，如处理植物残体以及食草动物粪便的消化液中，存在蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、产粪产碱杆菌、普通变形菌、铜绿色假单胞菌、溶纤维丁酸弧菌、栖瘤胃拟杆菌等。在富含淀粉的厌氧消化液（如处理淀粉废液、酒精发酵残渣等的消化池）中，存在着变异微球菌、尿素微球菌、亮白微球菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌以及假单胞菌属的某些种。在硫酸盐含量高的消化液（如处理硫酸盐制浆黑液的厌氧消化池）里，存在着大量属于专性厌氧菌的脱硫弧菌属细菌。在处理生活垃圾和鸡场废弃物的消化池里，属于兼性厌氧菌的大肠杆菌和链球菌将会大量出现。发酵细菌的世代期短，数分钟

8、到数十分钟即可繁殖一代，另外，发酵细菌大多数为异养型细菌群，对环境条件适应性特别强。1.2.1.3发酵细菌的生化反应在厌氧消化过程中，发酵细菌最主要的基质是蛋白质、淀粉、脂肪和纤维素。这些有机物首先在水解酶作用下分解为水溶性的简单化合物，其中包括单