8.工业污染物微生物治理中的生物化学（课件）- 《环境生物化学》同步教学（机工版·2020）

8. 工业污染物微生物治理中的生物化学 1 8.1 造纸废水微生物治理中的生物化学 8.1.1造纸废水概述 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 2 8.1.2造纸废水微生物处理中的生物化学法原理 1.厌氧微生物处理中的生物化学法原理 利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物的处理技术。 复杂有机物 厌氧处理 简单、稳定的化合物 + 能量 大部分能量以甲烷形式出现 石灰草浆蒸煮废液、石灰法稻草浆浓废液、碱法制浆废水等都具有pH高、COD、色度高而BOD5/CODCr较低等特点，所以直接好氧生化困难很多，厌氧法则较有前途。目前一大批高效的厌氧生物处理工艺和设备相继出现，包括有厌氧生物滤池、上流式厌氧滤池、升流式厌氧污泥床 (UASB)、厌氧流化床(AFB)、厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)以及厌氧浮动生物膜反应器(AFBBR)和厌氧折流板反应器(ABR)等。 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 3 (1)厌氧微生物种类 对制浆造纸废水降解的厌氧微生物主要是细菌，分为产酸细菌和甲烷细菌二大类。 产酸细菌 甲烷细菌 ：是产甲烷阶段的主要细菌，种类不同，有多种形态，在 生理上具有非常相似的高度专一性 专性厌氧菌 ：梭状芽孢菌属、拟杆菌属、双岐杆菌属等，对有机物降解起主要作用 兼性厌氧菌：主要为严格厌氧细菌创造有利于生长的厌氧条件，包括假单孢菌属、芽孢杆菌属、链状菌属、黄杆菌属产碱菌属、埃希氏菌属和产气杆菌属等 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 4 (2)厌氧微生物处理机理 (四个阶段 ) 1)水解阶段 有机物 细菌胞外酶 小分子化合物 能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用 2)发酵(或酸化)阶段 小分子化合物 发酵细菌 更简单的化合物 分泌到细胞外 这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸(简写作VFA)、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 5 以葡萄糖酵解为例： 经酵解，一个分子葡萄糖可氧化分解产生2个分子丙酮酸。丙酮酸在厌氧条件下可以被厌氧微生物转化形成许多种代谢产物，由于无氧条件，这些中间产物不能进一步气化成CO2和水而在环境中积累。这种生物学过程，就是人们常说的发酵，如： 乙醇发酵 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 6 乳酸发酵 除此之外，丙酮酸还能发酵成乙酸、丙酸等。 发酵阶段反应式： C6H12O6 + 2H2O + 2NAD+ → 2CH3COO- + 2H2 + 2CO2(aq) + 2NADH + 4H+ C6H12O6 + 2NADH + 2H+ → 2CH3CH2COO- + 2H2O + 2NAD+ + 2H+ C6H12O6 + 2NADH + 2H+ → 2CH3CH2OH + 2H2 + 2CO2(aq) + 2NAD+ 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 7 3)产乙酸阶段 上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质 产氢产乙酸过程 CH3CH2COO- + 2H2O → CH3COO- + 3H2 + CO2(aq) CH3CH2CH2COO- + 2H2O → 2CH3COO- + 2H2 + H+ CH3CH2OH + H2O → CH3COO- + 2H2 + H+ 同型产乙酸过程 有一类产乙酸菌能使用氢作为电子供体将二氧化碳还原为乙酸，此即同型产乙酸过程。 2CO2(aq) + 4H2 → CH3COO- + 2H2O + H+ 第8章 工业污染物微生物治理中的生物化学 8 4)产甲烷阶段 这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。 在厌氧消化过程中，70%以上的甲烷来自乙酸的降解：CH3COO- + H+ → CH4 + CO2；另一类产甲烷的微生物是能由氢气和二氧化碳形成甲烷的细菌(可称作嗜氢甲烷菌)。在反应器正常条件下，它们形成占总量30％的甲烷：4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O 大约一半嗜氢甲烷菌也能利用甲酸，这个过程可以直接进行： 4HCOO- + 4H+ → CH4 + 3CO2 + 2H2O 甲醇的降解在自然界的生态