廢水(shuǐ)厭(yàn)氧處理原理全方位詳解

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在污水(shuǐ)處理過程中，廢水(shuǐ)厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理在早期又(yòu)被稱為(wèi)厭(yàn)氧消化、厭(yàn)氧發酵；是指在厭(yàn)氧條件(jiàn)下(xià)由多(duō)種（厭(yàn)氧或兼性）微生(shēng)物(wù)的共同作用下(xià)，使有機(jī)物(wù)分解并産生(shēng)CH4和CO2的過程。

一(yī)、厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理中的基本生(shēng)物(wù)過程

1、三階段理論厭(yàn)氧微生(shēng)物(wù)學的研究表明，産甲烷菌是一(yī)類十分特别的古細菌（Archea），除了在分類學和其特殊的學報(bào)結構外，其最主要的特點是：産甲烷細菌隻能(néng)利用一(yī)些簡單有機(jī)物(wù)作為(wèi)基質，其中主要是一(yī)些簡單的一(yī)碳物(wù)質如甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，兩碳物(wù)質中隻有乙酸，而不能(néng)利用其它含兩碳或以上(shàng)的脂肪酸和甲醇以外的醇類。①水(shuǐ)解、發酵階段：②産氫産乙酸階段：産氫産乙酸菌，将丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為(wèi)乙酸、H2/CO2；③産甲烷階段：産甲烷菌利用乙酸和H2、CO2産生(shēng)CH4；一(yī)般認為(wèi)，在厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理過程中約有70%的CH4産自(zì)乙酸的分解，其餘的則産自(zì)H2和CO2。

2、四階段理論：實際上(shàng)，是在上(shàng)述三階段理論的基礎上(shàng)，增加了一(yī)類細菌——同型産乙酸菌，其主要功能(néng)是可以将産氫産乙酸細菌産生(shēng)的H2/CO2合成為(wèi)乙酸。但研究表明，實際上(shàng)這一(yī)部分由H2/CO2合成而來的乙酸的量較少，隻占厭(yàn)氧體系中總乙酸量的5%左右。總體來說，“三階段理論”、“四階段理論”是目前公認的對厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理過程較全面和較準确的描述。

二、厭(yàn)氧消化過程中的主要微生(shēng)物(wù)主要介紹其中的發酵細菌（産酸細菌）、産氫産乙酸菌、産甲烷菌等。

1、發酵細菌（産酸細菌）：發酵産酸細菌的主要功能(néng)有兩種：①水(shuǐ)解——在胞外酶的作用下(xià)，将不溶性有機(jī)物(wù)水(shuǐ)解成可溶性有機(jī)物(wù)；②酸化——将可溶性大分子有機(jī)物(wù)轉化為(wèi)脂肪酸、醇類等；主要的發酵産酸細菌：梭菌屬、拟杆菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐杆菌屬等；水(shuǐ)解過程較緩慢(màn)，并受多(duō)種因素影響（pH、SRT、有機(jī)物(wù)種類等），有時會(huì)成為(wèi)厭(yàn)氧反應的限速步驟；産酸反應的速率較快；大多(duō)數是厭(yàn)氧菌，也有大量是兼性厭(yàn)氧菌；可以按功能(néng)來分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、澱粉分解菌、蛋白(bái)質分解菌、脂肪分解菌等。

2、産氫産乙酸菌：産氫産乙酸細菌的主要功能(néng)是将各種高(gāo)級脂肪酸和醇類氧化分解為(wèi)乙酸和H2；為(wèi)産甲烷細菌提供合适的基質，在厭(yàn)氧系統中常常與産甲烷細菌處于共生(shēng)互營關系。主要的産氫産乙酸反應有：注意：上(shàng)述反應隻有在乙酸濃度很低(dī)、系統中氫分壓也很低(dī)時才能(néng)順利進行，因此産氫産乙酸反應的順利進行，常常需要後續産甲烷反應能(néng)及時将其主要的兩種産物(wù)乙酸和H2消耗掉。主要的産氫産乙酸細菌多(duō)為(wèi)：互營單胞菌屬、互營杆菌屬、梭菌屬、暗(àn)杆菌屬等；多(duō)數是嚴格厭(yàn)氧菌或兼性厭(yàn)氧菌。3、産甲烷菌産甲烷細菌的主要功能(néng)是将産氫産乙酸菌的産物(wù)——乙酸和H2/CO2轉化為(wèi)CH4和CO2，使厭(yàn)氧消化過程得以順利進行；主要可分為(wèi)兩大類：乙酸營養型和H2營養型産甲烷菌，或稱為(wèi)嗜乙酸産甲烷細菌和嗜氫産甲烷細菌；一(yī)般來說，在自(zì)然界中乙酸營養型産甲烷菌的種類較少，隻有Methanosarcina（産甲烷八疊球菌）Methanothrix（産甲烷絲狀菌），但這兩種産甲烷細菌在厭(yàn)氧反應器(qì)中居多(duō)，特别是後者，因為(wèi)在厭(yàn)氧反應器(qì)中乙酸是主要的産甲烷基質，一(yī)般來說有70%左右的甲烷是來自(zì)乙酸的氧化分解。典型的産甲烷反應：産甲烷菌有各種不同的形态，常見(jiàn)的有：①産甲烷杆菌；②産甲烷球菌；③産甲烷八疊球菌；④産甲烷絲菌；等等。産甲烷菌都是嚴格厭(yàn)氧細菌，要求氧化還(hái)原電(diàn)位在-150～-400mv，氧和氧化劑對其有很強的毒害作用；産甲烷菌的增殖速率很慢(màn)，繁殖世代時間長(cháng)，可達4～6天，因此，一(yī)般情況下(xià)産甲烷反應是厭(yàn)氧消化的限速步驟。

三、厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理的影響因素産甲烷反應是厭(yàn)氧消化過程的控制階段，因此，一(yī)般來說，在讨論厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理的影響因素時主要讨論影響産甲烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還(hái)原電(diàn)位、營養物(wù)質、F/M比、有毒物(wù)質等。

1、溫度：溫度對厭(yàn)氧微生(shēng)物(wù)的影響尤為(wèi)顯著；厭(yàn)氧細菌可分為(wèi)嗜熱菌（或高(gāo)溫菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相(xiàng)應地，厭(yàn)氧消化分為(wèi)：高(gāo)溫消化（55°C左右）和中溫消化（35°C左右）；化的反應速率約為(wèi)中溫消化的1.5~1.9倍，産氣率也較高(gāo)，但氣體中甲烷含量較低(dī)；當處理含有病原菌和寄生(shēng)蟲卵的廢水(shuǐ)或污泥時，高(gāo)溫消化可取得較好的衛生(shēng)效果，消化後污泥的脫水(shuǐ)性能(néng)也較好；随著(zhe)新型厭(yàn)氧反應器(qì)的開(kāi)發研究和應用，溫度對厭(yàn)氧消化的影響不再非常重要（新型反應器(qì)内的生(shēng)物(wù)量很大），因此可以在常溫條件(jiàn)下(xià)（20~25°C）進行，以節省能(néng)量和運行費(fèi)用。

2、pH值和堿度：pH值是厭(yàn)氧消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：産甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一(yī)般認為(wèi)，其最适pH值範圍為(wèi)6.8~7.2，在<6.5或>8.2時，産甲烷菌會(huì)受到(dào)嚴重抑制，而進一(yī)步導緻整個(gè)厭(yàn)氧消化過程的惡化；厭(yàn)氧體系中的pH值受多(duō)種因素的影響：進水(shuǐ)pH值、進水(shuǐ)水(shuǐ)質（有機(jī)物(wù)濃度、有機(jī)物(wù)種類等）、生(shēng)化反應、酸堿平衡、氣固液相(xiàng)間的溶解平衡等；厭(yàn)氧體系是一(yī)個(gè)pH值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；一(yī)般來說：系統中脂肪酸含量的增加（累積），将消耗？HCO3，使pH下(xià)降；但産甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還(hái)會(huì)産生(shēng)？HCO3，使系統的pH值回升。堿度曾一(yī)度在厭(yàn)氧消化中被認為(wèi)是一(yī)個(gè)至關重要的影響因素，但實際上(shàng)其作用主要是保證厭(yàn)氧體系具有一(yī)定的緩沖能(néng)力，維持合适的pH值；厭(yàn)氧體系一(yī)旦發生(shēng)酸化，則需要很長(cháng)的時間才能(néng)恢複。3、氧化還(hái)原電(diàn)位：嚴格的厭(yàn)氧環境是産甲烷菌進行正常生(shēng)理活動的基本條件(jiàn)；非産甲烷菌可以在氧化還(hái)原電(diàn)位為(wèi)+100~-100mv的環境正常生(shēng)長(cháng)和活動；産甲烷菌的最适氧化還(hái)原電(diàn)位為(wèi)-150~-400mv，在培養産甲烷菌的初期，氧化還(hái)原電(diàn)位不能(néng)高(gāo)于-330mv；4、營養要求：厭(yàn)氧微生(shēng)物(wù)對N、P等營養物(wù)質的要求略低(dī)于好氧微生(shēng)物(wù)，其要求COD：N：P=200：5：1；多(duō)數厭(yàn)氧菌不具有合成某些必要的維生(shēng)素或氨基酸的功能(néng)，所以有時需要投加：①K、Na、Ca等金屬鹽類；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有機(jī)微量物(wù)質：酵母浸出膏、生(shēng)物(wù)素、維生(shēng)素等。5、F/M比：厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理的有機(jī)物(wù)負荷較好氧生(shēng)物(wù)處理更高(gāo)，一(yī)般可達5~10kgCOD/m3.d，甚至可達50~80kgCOD/m3.d；無傳氧的限制；可以積聚更高(gāo)的生(shēng)物(wù)量。産酸階段的反應速率遠(yuǎn)高(gāo)于産甲烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有機(jī)負荷；高(gāo)的有機(jī)容積負荷的前提是高(gāo)的生(shēng)物(wù)量，而相(xiàng)應較低(dī)的污泥負荷；高(gāo)的有機(jī)容積負荷可以縮短HRT，減少反應器(qì)容積。6、有毒物(wù)質：常見(jiàn)的抑制性物(wù)質有：硫化物(wù)、氨氮、重金屬、氰化物(wù)及某些有機(jī)物(wù)；①硫化物(wù)和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物(wù)很容易在厭(yàn)氧消化過程中被還(hái)原成硫化物(wù)；可溶的硫化物(wù)達到(dào)一(yī)定濃度時，會(huì)對厭(yàn)氧消化過程主要是産甲烷過程産生(shēng)抑制作用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-，或從(cóng)系統中吹脫H2S可以減輕硫化物(wù)的抑制作用。②氨氮：氨氮是厭(yàn)氧消化的緩沖劑；但濃度過高(gāo)，則會(huì)對厭(yàn)氧消化過程産生(shēng)毒害作用；抑制濃度為(wèi)50~200mg/l，但馴化後，适應能(néng)力會(huì)得到(dào)加強。③重金屬：——使厭(yàn)氧細菌的酶系統受到(dào)破壞。④氰化物(wù)：⑤有毒有機(jī)物(wù)：

四、厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理的主要特征

1、厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理過程的主要優點：①能(néng)耗大大降低(dī)，而且還(hái)可以回收生(shēng)物(wù)能(néng)（沼氣）；②污泥産量很低(dī)；——厭(yàn)氧微生(shēng)物(wù)的增殖速率比好氧微生(shēng)物(wù)低(dī)得多(duō)，産酸菌的産率Y為(wèi)0.15~0.34kgVSS/kgCOD，産甲烷菌的産率Y為(wèi)0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生(shēng)物(wù)的産率約為(wèi)0.25~0.6kgVSS/kgCOD。③厭(yàn)氧微生(shēng)物(wù)有可能(néng)對好氧微生(shēng)物(wù)不能(néng)降解的一(yī)些有機(jī)物(wù)進行降解或部分降解；④反應過程較為(wèi)複雜(zá)——厭(yàn)氧消化是由多(duō)種不同性質、不同功能(néng)的微生(shēng)物(wù)協同工(gōng)作的一(yī)個(gè)連續的微生(shēng)物(wù)過程；

2、厭(yàn)氧生(shēng)物(wù)處理過程的主要缺點：①對溫度、pH等環境因素較敏感；②處理出水(shuǐ)水(shuǐ)質較差，需進一(yī)步利用好氧法進行處理；③氣味較大；④對氨氮的去除效果不好。

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