厌氧微生物生态学
第15章 厌氧生物处理
15.3 厌氧微生物生态学
厌氧技术处理污水的降解过程包括：水解、酸化、产氢产乙酸、产甲烷阶段，一般认为厌氧处理的速度瓶颈在于“产甲烷”。
由于各阶段参与的菌群不同、性质各异、对环境的要求差异很大，因此必须了解各种菌群的特点及影响因素，创造最佳环境，才能发挥最大效能。
15.3.1 影响产酸细菌的主要生态因子
产酸细菌降解有机物，同时为产甲烷菌提供底物。其代谢速率的影响因素包括pH、氧化还原电位、碱度、温度、HRT、有机负荷。
（1）pH值
影响代谢速率、影响发酵类型。一般 pH = 3.5~8，最佳 pH = 6~7。
pH = 4 ~ 4.5时，乙醇型发酵（产物为乙醇）；
pH = 4.5~5 时，主要是丁酸型发酵（产物为丁酸），兼有乙醇产物；
pH = 5 左右时，混合酸型（产物为乙酸、丙酸、丁酸、乙醇）；
pH = 5.5左右时，丙酸型发酵（产物为丙酸）；
pH ≥ 6 时，丁酸型发酵（产物为丁酸）。（以上ORP：-150~-400mV）
如果需要产生甲烷，前三种不适合，因此要求 pH≥5.5。
（2）氧化还原电位ORP
影响生物种群中专性厌氧菌和兼性厌氧菌的比例；也影响发酵类型。一般-200~-300V为宜，也根据水质有变化，研究较多。
（3）碱度
在产酸阶段缓冲pH值持续下降，专性厌氧菌要求pH不能太低。
必要时人为投加碱度，主要是重碳酸盐碱度。
（4）温度
一般30~35℃为宜。
（5）HRT、有机负荷
厌氧过程都要求HRT较长，一般酸化需要4~6h。负荷影响不大，可承受高负荷。
15.3.2 影响产甲烷细菌的主要生态因子
产甲烷菌：专性菌（一种甲烷菌只利用一类底物），严格厌氧，O2有毒性。
对环境要求苛刻，代谢速率慢，世代长，是限速环节。
（1）pH值和碱度
环境pH严重影响产甲烷菌的活性，对pH要求严格，一般 pH = 6.5~7.5，最佳 pH = 7。也有差异，与环境条件有关。碱度调节pH，一般需要加入碳酸氢盐碱度缓冲pH。
（2）氧化还原电位ORP
因为严格厌氧，一般保持-300~-500mV为宜。
（3）有机负荷
容积负荷、污泥负荷时生物处理的重要参数，厌氧中主要关注底物和微生物量之间的平衡。
（4）温度
很宽，一般5~83℃都有厌氧作用，有两个温度区间有机物处理效率和产甲烷量较高（中温区30~39℃，高温区50~60℃）。
原因：专性甲烷菌对温度的特殊要求。
（5）污泥浓度
高污泥量意味着反应总速率快。
（6）接触与搅拌
搅拌不可太快也不可太慢，而且要匀速；
（7）营养
厌氧菌生长缓慢，N、P、盐需求少，一般COD：N：P=500：5：1。
（8）抑制物和激活剂
厌氧菌适应毒性的能力要强于好氧菌，而且有些毒物适量时可促进厌氧菌生长。厌氧菌接受驯化的能力要强于好氧菌，这是其特点之一，因此工艺上置于好氧单元之前。
15.3.3 影响硫酸盐还原菌的主要生态因子
硫酸盐还原菌（SRB）比产甲烷菌适应能力强：生长速率快，利用底物多样化，竞争H2sub.、乙酸的能力远远超过产甲烷菌。
（1）温度
与产甲烷菌类似，有两个温度区间活性较强（中温区30~35℃，高温区50~70℃）。
（2）pH值
比甲烷菌宽，一般 pH = 4.5~9.5，最佳 pH = 6.5~8.0。
（3）氧及ORP
严格厌氧，一般保持-100~-500mV以下。
2-（4）碳硫比（COD/SO4）
不宜过小，大于1.5为宜。
（5）无机盐
硫酸盐还原菌分嗜盐菌、非嗜盐菌。可能与驯化和变异有关
15.3.4 厌氧反应动力学
在厌氧条件下，BOD5去除也遵循一级反应动力学规律，因此好氧反应动力学方程也适用于厌氧反应。
厌氧反应动力学是以产甲烷阶段作为基础建立的。
厌氧反应动力学方程式：
式中，dS/dt=rsu——底物去除速率，mg/(L?d)；kmax——最大比底物利用速率，gCOD/(gVSS?d)；S——可降解的底物浓度，mg/L；Ks——半速度常数，即最大比底物利用速率为一半时的底物浓度，mg/L；X——生物浓度，mg/L；dX/dt=rg——细菌增殖速率，mgVSS/(L?d)；Y——细菌产率系数，mgVSS/mgCOD；Kd——细菌衰亡速率系数，mgVSS/（mgVSS?d）。因此有，细菌比增殖速率
μ——细菌比增殖速率，mgVSS/（mgVSS?d）。
15.3.5 厌氧生物处理微生物优势菌群的演替及关系
厌氧反应是一系列菌群共同完成的，有先后次序（上一级产物是下一级的底物），但是对环境的要求并不同、差异很大。因此系统中必须考虑协同。
（1
） 产酸细菌为产甲烷细菌提供生长繁殖的底物；
（2） 产酸细菌为产甲烷细菌创造了适宜的氧化还原电位；（3） 产酸细菌为产甲烷细菌清除了有毒物质；
（4） 产甲烷细菌为产酸细菌的生化反应解除了反馈抑制；（5） 产酸细菌和产甲烷细菌共同维持环境中的适宜pH。