厭氧消化過程中的主要微生物.doc

二、厭氧消化過程中的主要微生物 主要介紹其中的發(fā)酵細菌（產酸細菌）、產氫產乙酸菌、產甲烷菌等。1、發(fā)酵細菌（產酸細菌）：發(fā)酵產酸細菌的主要功能有兩種： 水解在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶性有機物； 酸化將可溶性大分子有機物轉化為脂肪酸、醇類等；主要的發(fā)酵產酸細菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；水解過程較緩慢，并受多種因素影響（pH、SRT、有機物種類等），有時回成為厭氧反應的限速步驟；產酸反應的速率較快；大多數是厭氧菌，也有大量是兼性厭氧菌；可以按功能來分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌等。2、產氫產乙酸菌：產氫產乙酸細菌的主要功能是將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解為乙酸和H2；為產甲烷細菌提供合適的基質，在厭氧系統(tǒng)中常常與產甲烷細菌處于共生互營關系。主要的產氫產乙酸反應有：乙醇： 丙酸： 丁酸： 注意：上述反應只有在乙酸濃度很低、系統(tǒng)中氫分壓也很低時才能順利進行，因此產氫產乙酸反應的順利進行，常常需要后續(xù)產甲烷反應能及時將其主要的兩種產物乙酸和H2消耗掉。主要的產氫產乙酸細菌多為：互營單胞菌屬、互營桿菌屬、梭菌屬、暗桿菌屬等；多數是嚴格厭氧菌或兼性厭氧菌。3、產甲烷菌20世紀60年代Hungate開創(chuàng)了嚴格厭氧微生物培養(yǎng)技術之后，對產甲烷細菌的研究才得以廣泛進行；產甲烷細菌的主要功能是將產氫產乙酸菌的產物乙酸和H2/CO2轉化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進行；主要可分為兩大類：乙酸營養(yǎng)型和H2營養(yǎng)型產甲烷菌，或稱為嗜乙酸產甲烷細菌和嗜氫產甲烷細菌；一般來說，在自然界中乙酸營養(yǎng)型產甲烷菌的種類較少，只有Methanosarcina（產甲烷八疊球菌）和Methanothrix（產甲烷絲狀菌），但這兩種產甲烷細菌在厭氧反應器中居多，特別是后者，因為在厭氧反應器中乙酸是主要的產甲烷基質，一般來說有70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解；典型的產甲烷反應： 根據產甲烷菌的形態(tài)和生理生態(tài)特征，可將其分類如下：產甲烷桿菌目產甲烷桿菌科產甲烷球菌目產甲烷球菌科產甲烷微菌目產甲烷微菌科產甲烷八疊球菌科產甲烷桿菌屬產甲烷桿短菌屬甲酸產甲烷桿菌瘤胃產甲烷桿菌產甲烷球菌屬范氏產甲烷球菌產甲烷微菌屬產甲烷菌屬產甲烷螺菌屬產甲烷八疊球菌屬產甲烷絲菌屬運動產甲烷微菌黑海產甲烷微菌亨氏產甲烷螺菌巴氏產甲烷八疊球菌索氏產甲烷絲菌屬最新的分類（Bergys細菌手冊第九版），共分為：三目、七科、十九屬、65種；產甲烷菌有各種不同的形態(tài)，常見的有：產甲烷桿菌；產甲烷球菌；產甲烷八疊球菌；產甲烷絲菌；等等。在生物分類學上，產甲烷菌（Methanogens）屬于古細菌（Archaebacteria），大小、外觀上與普通細菌（Eubacteria）相似，但實際上，其細胞成分特殊，特別是細胞壁的結構較特殊；在自然界的分布，一般可以認為是棲息于一些極端環(huán)境中（如地熱泉水、深?；鹕娇凇⒊练e物等），但實際上其分布極為廣泛，如污泥、瘤胃、昆蟲腸道、濕樹木、厭氧反應器等；產甲烷菌都是嚴格厭氧細菌，要求氧化還原電位在-150-400mv，氧和氧化劑對其有很強的毒害作用；產甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代時間長，可達46天，因此，一般情況下產甲烷反應是厭氧消化的限速步驟三、厭氧生物處理的影響因素產甲烷反應是厭氧消化過程的控制階段，因此，一般來說，在討論厭氧生物處理的影響因素時主要討論影響產甲烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還原電位、營養(yǎng)物質、F/M比、有毒物質等。1、溫度：溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著；厭氧細菌可分為嗜熱菌（或高溫菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相應地，厭氧消化分為：高溫消化（55C左右）和中溫消化（35C左右）；高溫消化的反應速率約為中溫消化的1.51.9倍，產氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低；當處理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或污泥時，高溫消化可取得較好的衛(wèi)生效果，消化后污泥的脫水性能也較好；隨著新型厭氧反應器的開發(fā)研究和應用，溫度對厭氧消化的影響不再非常重要（新型反應器內的生物量很大），因此可以在常溫條件下（2025C）進行，以節(jié)省能量和運行費用。2、pH值和堿度：pH值是厭氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一般認為，其最適pH值范圍為6.87.2，在8.2時，產甲烷菌會受到嚴重抑制，而進一步導致整個厭氧消化過程的惡化；厭氧體系中的pH值受多種因素的影響：進水pH值、進水水質（有機物濃度、有機物種類等）、生化反應、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體系是一個pH值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；一般來說：系統(tǒng)中脂肪酸含量的增加（累積），將消耗，使pH下降；但產甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產生，使系統(tǒng)的pH值回升。堿度曾一度在厭氧消化中被認為是一個至關重要的影響因素，但實際上其作用主要是保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，維持合適的pH值；厭氧體系一旦發(fā)生酸化，則需要很長的時間才能恢復。3、氧化還原電位：嚴格的厭氧環(huán)境是產甲烷菌進行正常生理活動的基本條件；非產甲烷菌可以在氧化還原電位為+100 -100mv的環(huán)境正常生長和活動；產甲烷菌的最適氧化還原電位為-150 -400mv，在培養(yǎng)產甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于-330mv；4、營養(yǎng)要求：厭氧微生物對N、P等營養(yǎng)物質的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；多數厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或氨基酸的功能，所以有時需要投加：K、Na、Ca等金屬鹽類；微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；有機微量物質：酵母浸出膏、生物素、維生素等。5、F/M比：厭氧生物處理的有機物負荷較好氧生物處理更高，一般可達510kgCOD/m3.d，甚至可達5080 kgCOD/m3.d；無傳氧的限制；可以積聚更高的生物量。產酸階段的反應速率遠高于產甲烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有機負荷；高的有機容積負荷的前提是高的生物量，而相應較低的污泥負荷；高的有機容積負荷可以縮短HRT，減少反應器容積。6、有毒物質：常見的抑制性物質有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機物；硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化過程中被還原成硫化物；可溶的硫化物達到一定濃度時，會對厭氧消化過程主要是產甲烷過程產生抑制作用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-