厭氧生物技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廢水處理中的研究

雍田景

（四川師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610101）

厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有了百余年的發(fā)展歷史。近年來，厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用日益成熟，該技術(shù)也展現(xiàn)出了更為廣闊的發(fā)展前景。目前，厭氧生物技術(shù)以其能耗低、成效好優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛關(guān)注。在生態(tài)文明建設(shè)不斷深化的背景下，相關(guān)企業(yè)必須要對厭氧生物技術(shù)給予足夠的重視，加強(qiáng)對該技術(shù)的研究以及應(yīng)用。

1 厭氧生物技術(shù)用于工業(yè)廢水處理中的發(fā)展歷程

1.1 第一代厭氧生物處理器

第一代厭氧生物處理器誕生于二戰(zhàn)結(jié)束后，為適應(yīng)各個國家的工業(yè)發(fā)展需求，厭氧生物技術(shù)得到了社會各界的高度重視。第一代厭氧生物處理器的開發(fā)，在廢水沉淀池中增加同流裝置，有效提升了反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。但是第一代厭氧生物處理器，無法將污泥和水力完全分離，所以污水處理的周期較長，耗時約在1個月左右[1]。

1.2 第二代厭氧生物處理器

第二代厭氧生物處理器，針對第一代處理器的不足之處，研發(fā)人員通過在處理器中增設(shè)物理過濾的方式，如應(yīng)用砂礫進(jìn)行過濾，處理器中保留大量的活性污泥，水力和污泥能夠分離開來。第二代厭氧生物處理器，逐漸開始在工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，隨著當(dāng)時厭氧生物處理技術(shù)的逐漸成熟，降流式固定膜反應(yīng)器、上流式厭氧污泥床也逐步被開發(fā)、應(yīng)用。但是，第二代厭氧生物處理器仍舊存在一定問題，如果污水中的懸浮物過多，就會導(dǎo)致處理器堵塞，從而降低設(shè)備使用壽命，降低污水處理效率。

1.3 第三代厭氧生物處理器

為解決第二代厭氧生物處理器污泥堵塞的問題，第三代厭氧生物處理器通過增加反應(yīng)高度來提高處理流速。第三代厭氧生物處理器的基本原理和第二代基本相同，不過工業(yè)廢水處理的問題大致都得到了解決，所以第三代厭氧生物處理器也可以說是厭氧生物技術(shù)發(fā)展成熟的結(jié)果，為工業(yè)廢水的處理提供了較大的便利。這一時期，厭氧升流式流化床、厭氧膨脹顆粒污泥床也得到了應(yīng)用。

2 厭氧生物技術(shù)用于工業(yè)廢水處理的作用機(jī)制

厭氧生物工業(yè)廢水處理，是在厭氧條件下，利用厭氧菌的特性，將工業(yè)廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行降解，經(jīng)過反應(yīng)后，工業(yè)廢水中的污染物質(zhì)可降解為有機(jī)酸、小分子醇，最后再轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳以及甲烷，處理后的工業(yè)廢水排放不會對周邊自然環(huán)境造成過大影響，并且還可直接循環(huán)用在工業(yè)生產(chǎn)中。在利用厭氧菌處理工業(yè)廢水的過程中，需要增加一定的營養(yǎng)物質(zhì)，比如尿素、工業(yè)葡萄糖等等，從而制造出能夠處理工業(yè)廢水的厭氧污泥。大量實(shí)踐證明，厭氧生物處理技術(shù)的處理效果卓著，相較于傳統(tǒng)的污水處理方式，厭氧生物處理技術(shù)的成本更低，設(shè)備結(jié)構(gòu)更簡單，操作更靈活，維護(hù)更方便。其基本處理流程為:蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物（大分子有機(jī)物）結(jié)合細(xì)菌孢外酶→溶解的有機(jī)物結(jié)合產(chǎn)酸細(xì)菌→有機(jī)酸結(jié)合產(chǎn)乙酸產(chǎn)氮細(xì)菌→轉(zhuǎn)換為乙酸、甲烷、二氧化碳。

如 Sulfate reducing bacteria（SRB 硫酸鹽還原菌）厭氧生物處理技術(shù)就是一種效率非常高的脫硫廢水處理技術(shù)，目前在硫酸鹽工業(yè)廢水的處理中得到了廣泛應(yīng)用。硫酸鹽工業(yè)廢水主要是石灰石脫硫過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水，為確保石膏質(zhì)量，必須對石膏進(jìn)行脫水處理。但是脫硫廢水中含有諸多國家標(biāo)準(zhǔn)中的1類污染物，比如硫酸鹽、亞硝酸鹽等等。而Sulfate reducing bacteria（SRB硫酸鹽還原菌），在代謝分解階段，其中的有機(jī)碳源就可以通過“基質(zhì)水平磷酸化”反應(yīng)，產(chǎn)生一定的高能電子、ATP，在電子轉(zhuǎn)移的過程中，此前產(chǎn)生的高能電子，就可通過細(xì)胞色素C等電子傳遞鏈逐步傳遞，然后再產(chǎn)生大量的ATP。在氧化的過程中，電子轉(zhuǎn)移至氧化態(tài)SO42-，然后就可以還原為S2-，同時在這個過程中消耗ATP。通過一系列的反映，SRB在代謝的過程中將SO42-作為最后的電子受體，有機(jī)物碳源作為電子供體，同時將SO42-還原成硫化物，就可以達(dá)到減少工業(yè)廢水中硫酸鹽的目的[2]。

3 厭氧生物技術(shù)用于工業(yè)廢水處理中影響因素

3.1 溫度

厭氧菌會受到周邊自然環(huán)境所影響，所以不同的厭氧生物在不同的溫度環(huán)境下，處理工業(yè)廢水的效率、成效也會有所不同。厭氧微生物細(xì)胞內(nèi)酶的活性，和溫度有著密切的關(guān)系，就甲烷菌來說，甲烷菌生存溫度在55℃左右，所以在利用甲烷菌處理工業(yè)廢水的過程中，必須要保證工業(yè)污水處理的溫度。

3.2 PH值

和溫度相同，PH值也是影響微生物活性的重要因素，工業(yè)廢水中的PH值也就直接決定了工業(yè)廢水的處理效率。如產(chǎn)酸菌在PH值為4.5-8的工業(yè)廢水中才能夠生存，甲烷菌在7-7.2PH值的工業(yè)廢水中的活性最高。結(jié)合厭氧菌工業(yè)廢水處理實(shí)際情況，在實(shí)際處理的過程中，處理器中的厭氧體系，可以說是PH值的暫存體，這樣才能保證各種厭氧菌處于相同的環(huán)境中，保持相同的活性，因此大多數(shù)的厭氧生物處理器中的PH值都在7.0左右[3]。

3.3 有機(jī)負(fù)荷

影響工業(yè)廢水處理效率的不僅僅有厭氧菌的活性，同時厭氧硝化率也會直接對其造成影響。一般來說，有機(jī)負(fù)荷會之間影響厭氧硝化率，所以有機(jī)負(fù)荷的大小，和污水處理效率有著直接關(guān)系。厭氧生物處理器中的有機(jī)負(fù)荷，必須保證和容器容量成反比，和產(chǎn)氣率成正比。

3.4 氧化還原電位

無氧環(huán)境，是保證厭氧菌存活的基礎(chǔ)，也是確保工業(yè)廢水處理效率的基本要素，是保證厭氧菌在工業(yè)廢水中增殖、活動的重要條件。在工業(yè)廢水處理中，借助電位、濃度之間的關(guān)系，就可判斷工業(yè)廢水處理環(huán)境的氧氣濃度。通常來說，最適合非甲烷菌氧化還原電位不得低于-100mv，不得大于100mv，最適合甲烷菌氧化還原電位不得低于-400mv，不得大于-150mv[4]。

3.5 F/M比

和普通好氧菌相比，厭氧菌在工業(yè)污水處理中的有機(jī)負(fù)荷更高，一般來說，厭氧菌的有機(jī)負(fù)荷能夠保持在7kgCOD/m·d左右，如果想要提高污水處理效率或者想要選擇較低、較高負(fù)荷啟動設(shè)備的時候，必須要考慮到反應(yīng)器的生理量因素。

3.6 有毒物質(zhì)

能夠抑制厭氧菌增殖的有毒物質(zhì)較多，重金屬、氨氮、硫酸鹽物質(zhì)，都會直接對厭氧菌的正常增殖造成嚴(yán)重影響，尤其是硫酸鹽，硫酸鹽一旦加入到工業(yè)廢水的處理過程中，就會直接被轉(zhuǎn)換為硫化物，從而對工業(yè)廢水處理造成嚴(yán)重影響[5]。

4 厭氧生物技術(shù)用于工業(yè)廢水處理中的發(fā)展前景

目前，厭氧生物處理技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，雖然仍舊存在著一定缺陷，但是該技術(shù)依舊有著廣闊的發(fā)展前景。未來，工業(yè)廢水處理可將厭氧生物技術(shù)的應(yīng)用作為主要研究方向[6]。首先，厭氧生物技術(shù)和傳統(tǒng)的污水處理方法相比，該技術(shù)的能源消耗量更少，費(fèi)用更低，污泥易處理。在氣候較為溫暖的地區(qū)，應(yīng)用厭氧生物技術(shù)處理工業(yè)廢水，可有效降低工業(yè)廢水對周邊環(huán)境造成的影響。針對當(dāng)前硫化物、重金屬等有毒物質(zhì)對厭氧菌的影響，可結(jié)合其他物理處理技術(shù)，來形成一個多元化的工業(yè)廢水處理體系，比如可綜合利用過濾措施、沉降措施、厭氧菌處理技術(shù)、人工濕地來提高工業(yè)廢水的處理效果；其次，生物處理技術(shù)的應(yīng)用對于環(huán)境的溫度、PH值的要求比較高，影響處理成效的因素較多，所以厭氧菌處理技術(shù)通常只能二次處理一些工業(yè)廢水。目前許多地區(qū)的工業(yè)廢水處理，都將好氧生物處理作為輔助，厭氧生物處理作為補(bǔ)充，厭氧生物處理技術(shù)仍舊需要進(jìn)一步的完善以及改進(jìn)[7]。未來厭氧菌處理技術(shù)的研究可參考以下兩點(diǎn):第一，有機(jī)酸、酸化相、乙醇，甲烷的變化、COD的除去效果，通常是通過研究組織、兩相變來實(shí)現(xiàn)，從而讓厭氧處理技術(shù)成為一個較為完整的技術(shù)體系。我國學(xué)者通過實(shí)踐證明，乙醇、乙酸的發(fā)酵，有助于甲烷的發(fā)揮；第二，厭氧菌對周圍環(huán)境的變化非常敏感，所以未來可研究如何讓厭氧菌保持活性，提高厭氧菌的適應(yīng)能力，從而讓厭氧菌技術(shù)處理工業(yè)廢水的效果得到有效提高。

綜上所述，厭氧菌處理技術(shù)的發(fā)展對于工業(yè)廢水處理有著至關(guān)重要的作用，尤其是在我國生態(tài)文明建設(shè)不斷深化的背景下，相關(guān)從業(yè)人員對厭氧菌處理技術(shù)一定要有足夠的認(rèn)識。雖然厭氧菌處理技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但是仍舊存在著一些影響處理效率的客觀問題，針對這些問題還需要廣大科研人員對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，這樣才能讓厭氧菌處理技術(shù)得以發(fā)展。