廢水厭氧處理原理全方位詳解

在汙（wū）水處理過程中，廢水厭氧生物（wù）處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發酵；是指在厭氧條件下由多（duō）種（厭氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機物分解並產生CH4和CO2的過程（chéng）。

一、厭氧生物處理中的基本生物過程

1、三（sān）階段理論厭氧（yǎng）微生物學的研究表（biǎo）明，產甲烷菌是一類十分特別的古細菌（Archea），除了在（zài）分類學和其特殊的（de）學報結構外，其最主要（yào）的特點是：產甲烷細菌隻能利用一些簡單有機物作（zuò）為基質，其中主要（yào）是一些簡單的一碳物質如甲酸、甲醇（chún）、甲基胺類以及H2/CO2等，兩碳物質中（zhōng）隻有乙酸，而不能利用其它含兩碳或以（yǐ）上的脂肪酸和甲醇以外的醇類（lèi）。①水解、發（fā）酵階段：②產氫產乙酸（suān）階段：產氫產乙酸（suān）菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為乙酸、H2/CO2；③產甲（jiǎ）烷階段：產甲烷菌利用（yòng）乙酸和H2、CO2產生CH4；一般認為，在（zài）厭氧生物處理過程中約有70%的CH4產自乙（yǐ）酸的分解，其餘（yú）的則產（chǎn）自H2和CO2。

2、四階段理論（lùn）：實際上，是在上述三（sān）階段理（lǐ）論的基礎上，增加了一類細菌——同型產乙酸菌，其主要功能是可以將產氫產乙酸細菌產生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實際上這一部分由H2/CO2合成而來的乙酸的（de）量較少，隻占厭氧體係中總乙酸量的5%左右。總體來說，“三階段理論”、“四階段理論”是目（mù）前公認的對厭氧生物處理過程較全麵和較準確的描述。

二、厭氧消化（huà）過程中的主要微生物主要介紹其中的發酵細菌（產酸細菌）、產氫產乙酸菌、產甲（jiǎ）烷菌等。

1、發酵細菌（產酸細菌）：發酵產酸（suān）細菌的主要功能有兩種：①水解——在胞（bāo）外酶的作用下，將不溶性有機物水解成可溶（róng）性有機物；②酸化——將可溶性（xìng）大分子有機物轉化為脂肪酸、醇類等；主要的發酵產酸細菌：梭菌屬、擬杆（gǎn）菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐杆菌屬等；水解過程（chéng）較緩慢，並受多種因素影響（pH、SRT、有（yǒu）機物種類等），有時會成為（wéi）厭氧反應的限速步驟（zhòu）；產酸反應（yīng）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（sù）分（fèn）解菌、半纖維素分解（jiě）菌、澱粉分解菌（jun1）、蛋白質分解（jiě）菌、脂肪分解菌等（děng）。

2、產氫產乙酸菌：產氫（qīng）產乙酸細（xì）菌的（de）主要功（gōng）能是將各種高（gāo）級脂肪酸（suān）和醇（chún）類氧（yǎng）化分解為乙酸和H2；為產甲烷細菌提供合（hé）適的基質，在厭氧係統中常常與產甲烷細（xì）菌處於共生互營關係。主要的產氫（qīng）產乙酸反應有：注意（yì）：上述（shù）反應隻有在乙酸濃度很低、係統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，常常需要後續產甲烷反應能及時將其主要的兩種（zhǒng）產物（wù）乙酸和H2消耗掉。主要的產氫產乙酸細菌多為：互營單胞（bāo）菌屬、互營杆菌屬、梭菌屬、暗杆菌（jun1）屬等；多數是嚴格厭氧菌或兼性厭氧（yǎng）菌。3、產甲烷菌產甲烷細菌的主要功能是（shì）將產（chǎn）氫產乙（yǐ）酸菌（jun1）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（liǎng）大類（lèi）：乙酸營養型和（hé）H2營養型產甲烷菌，或稱（chēng）為嗜乙酸（suān）產甲烷細菌和嗜氫產甲烷（wán）細菌；一般來說，在（zài）自（zì）然界中乙酸（suān）營養型產甲烷菌（jun1）的（de）種類較少，隻（zhī）有Methanosarcina（產甲烷八疊球（qiú）菌）Methanothrix（產甲（jiǎ）烷絲（sī）狀菌），但這兩種產甲烷細菌在厭氧反應器中（zhōng）居多，特（tè）別是（shì）後者，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（shì）來（lái）自乙酸的（de）氧化分解。 典型（xíng）的產甲烷反應：產（chǎn）甲烷菌有各種不同的形態，常見的有：①產甲烷杆菌；②產甲烷球菌；③產（chǎn）甲烷八疊（dié）球菌；④產甲烷絲菌；等等。產甲烷菌都（dōu）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（chǎn）甲烷菌的增殖速率很慢，繁（fán）殖世（shì）代時間長，可達（dá）4～6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（kòng）製階段，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（zhǔ）要影響因素有：溫度、pH值、氧（yǎng）化還（hái）原電位、營養物質、F/M比、有（yǒu）毒物質等。

1、溫度（dù）：溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著；厭（yàn）氧細菌可分為嗜熱菌（jun1）（或高溫菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相應地，厭氧消化分為：高溫消化（55°C左右）和中溫消化（35°C左右）；化的反應速率約為中溫消化（huà）的1.5~1.9倍，產氣率也（yě）較高，但氣體中甲烷含量較低；當處理含有病原菌（jun1）和寄生蟲卵的廢水或汙泥時，高溫消化可取得較好的衛生效果，消化（huà）後汙泥的脫水（shuǐ）性能也較好；隨著新型厭氧反應器的開發研究（jiū）和應用，溫度對厭氧消化的影響（xiǎng）不再非常重要（新（xīn）型反應器內的（de）生（shēng）物量很大），因（yīn）此（cǐ）可以在常溫條件下（20~25°C）進行，以節省能量和運行（háng）費用。

2、pH值和堿度：pH值是厭氧消化過（guò）程中的最重要的影響因（yīn）素；重要原因：產甲烷菌（jun1）對（duì）pH值的變化非常敏感，一般（bān）認為，其最適pH值範圍為6.8~7.2，在<6.5或>8.2時，產甲烷菌會受到嚴重抑（yì）製，而進一步導（dǎo）致整個厭氧消化過程的（de）惡化；厭氧體係中的pH值受多種因素的影響：進水pH值、進水水質（有機物（wù）濃度、有機物種類等（děng））、生化反應、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭（yàn）氧（yǎng）體（tǐ）係是一個pH值的緩衝（chōng）體係，主要由碳（tàn）酸鹽體係所控製；一般（bān）來說：係統中脂肪（fáng）酸含量（liàng）的（de）增加（累積），將消耗？HCO3，使pH下降；但產甲烷菌（jun1）的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產生？HCO3，使係統的pH值回升。堿（jiǎn）度（dù）曾（céng）一度（dù）在厭氧消化中被認為是一個（gè）至關重要的影響因素，但實際上其作用主要是保證厭氧體係具有一定的緩衝能力，維持合適的（de）pH值；厭（yàn）氧（yǎng）體係一旦（dàn）發生酸化（huà），則需要很長的時間（jiān）才能恢（huī）複。3、氧化還原電位：嚴（yán）格的厭氧環境是產甲烷菌進行正常生理活動的基本條件（jiàn）；非產甲烷菌可以（yǐ）在氧化還原電位為+100~-100mv的環境正常生長和活動；產甲烷菌的最適氧化還原電位（wèi）為-150~-400mv，在（zài）培養產甲烷菌（jun1）的初期，氧化還原電位不能高於-330mv；4、營養要求：厭氧（yǎng）微生物（wù）對N、P等（děng）營養物質的要求略（luè）低於好氧微生物，其要求COD：N：P=200：5：1；多數厭氧菌（jun1）不具有合成某些必要的維生素或氨基（jī）酸（suān）的功能，所以有時需要（yào）投加：①K、Na、Ca等金（jīn）屬（shǔ）鹽類（lèi）；②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有機微量物質：酵母（mǔ）浸出膏、生物素、維生（shēng）素等。5、F/M比（bǐ）：厭氧生物處理的有機物負（fù）荷較好氧生物處理更高，一般可達5~10kgCOD/m3.d，甚至可達50~80kgCOD/m3.d；無傳氧的限製；可以積聚（jù）更高的生物（wù）量。產酸階段（duàn）的反應速率（lǜ）遠高於產甲烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有（yǒu）機負荷（hé）；高的有機容積負荷（hé）的前提是高的生物量，而相應較低的汙泥（ní）負荷；高（gāo）的有機容積負荷可以（yǐ）縮短HRT，減少反（fǎn）應器容積。6、有毒物質：常見的抑（yì）製性物質（zhì）有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機物；①硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽（yán）和其它硫的氧化物很容易在厭氧（yǎng）消化過程中被還原成（chéng）硫化物；可溶的硫化物達（dá）到一定濃度時，會對厭氧消化過（guò）程主要是產甲（jiǎ）烷過程（chéng）產生抑製作用；投加某些金屬如Fe可以（yǐ）去（qù）除S2-，或從（cóng）係統中吹脫H2S可以減輕硫化物的抑製作用。②氨氮：氨氮是厭氧消化的緩衝劑；但濃度過高，則會（huì）對厭氧消化過程產生毒（dú）害作用；抑製濃度（dù）為50~200mg/l，但馴化後，適應能力（lì）會得到加強。③重金屬：——使厭氧細菌的酶係統（tǒng）受（shòu）到破壞。④氰化物：⑤有毒有機物：

四、厭氧生物處理的主要特征

1、厭氧生物處理過程的主要優（yōu）點：①能耗大大降（jiàng）低，而且還（hái）可以回收生物能（沼氣）；②汙泥（ní）產量很低（dī）；——厭氧微生物（wù）的（de）增殖速率（lǜ）比（bǐ）好（hǎo）氧微生物低得多（duō），產酸菌的產率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產甲烷菌的產率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右（yòu），而（ér）好氧微生物的產率（lǜ）約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。③厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進行降解或部分降解；④反應過程較為複（fù）雜——厭氧消（xiāo）化（huà）是由多種不同性質、不同功能的（de）微生物協同工作的一個連（lián）續的微生物過程；

2、厭（yàn）氧生物處理過程的（de）主要缺點：①對溫度（dù）、pH等環境因素較敏（mǐn）感；②處理出水水質較差，需進（jìn）一步利用（yòng）好氧法進行處理；③氣味較大；④對氨氮的去除效果（guǒ）不（bú）好。