厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

摘 要：厭氧生物處理工藝技術(shù)及其裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，其處理工藝在處理工業(yè)廢水的有機(jī)負(fù)荷是好氧工藝的5—10倍，不僅提高了微生物的活性，其廢水處理效率也由于好氧處理。因此，厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用及其廣泛。我國(guó)的厭氧生物反應(yīng)器經(jīng)過(guò)了三次的改革，生物反應(yīng)器的處理效果一代優(yōu)于一代，對(duì)促進(jìn)我國(guó)厭氧生物處理技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展起到了重要作用。本文簡(jiǎn)單介紹了厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展歷程，探討了第三代厭氧生物反應(yīng)器處理工業(yè)廢水的工作原理及工藝流程，分析了厭氧生物處理技術(shù)影響工業(yè)廢水處理效果的因素，結(jié)合某工業(yè)廢水的處理案例進(jìn)一步探討了厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及發(fā)展前景。旨在為厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的推廣應(yīng)用提供一些參考。

關(guān)鍵詞：厭氧生物技術(shù);厭氧生物反應(yīng)器;工業(yè)廢水;處理技術(shù)

厭氧生物技術(shù)是工業(yè)廢水處理的重要技術(shù)之一，它在污水處理中的應(yīng)用歷史已有一個(gè)世紀(jì)之久。隨著我國(guó)厭氧生物處理器及其技術(shù)的更新與進(jìn)步，我國(guó)的厭氧生物技術(shù)得到了較好的發(fā)展與應(yīng)用。目前，基于顆粒泥污膨脹床的第三代的厭氧生物感應(yīng)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用與工業(yè)廢水、城市污水的污染治理中，并取得了較好的應(yīng)用效果。雖然我國(guó)的厭氧生物技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但在工業(yè)廢水實(shí)踐處理與應(yīng)用中，厭氧生物處理器的選擇和工藝參數(shù)的選擇還要結(jié)合具體情況而定。在厭氧生物工業(yè)廢水處理工作機(jī)制上，根據(jù)工業(yè)廢水處理的要求調(diào)整和優(yōu)化延伸生物處理工藝，有助于優(yōu)化工業(yè)廢水處理系統(tǒng)，提高工業(yè)廢水處理質(zhì)量和效率的同時(shí)最大程度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗的目標(biāo)。研究厭氧生物處理技術(shù)在工業(yè)水分處理中的應(yīng)用對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)有著重要的意義。

一、厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展歷程

我國(guó)的厭氧生物處理技術(shù)共經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，每個(gè)發(fā)展階段代表著一代厭氧生物處理器的更新?lián)Q代。

（1）第一代厭氧生物處理器。第一代厭氧生物處理器出現(xiàn)于二戰(zhàn)時(shí)期，在工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中的廢水沉淀池內(nèi)假設(shè)了同流裝置，以加速反應(yīng)器的反應(yīng)速率。一代厭氧生物處理器無(wú)法使泥污和水力的分離，完成一個(gè)污水處理周期大約需要4周時(shí)間。

（2）第二代厭氧生物處理器。二代厭氧生物處理器在一代厭氧生物處理器上進(jìn)行了改進(jìn)，為處理器假設(shè)了物理過(guò)濾裝置。物理過(guò)濾裝置內(nèi)裝有砂礫，砂礫能夠過(guò)濾出大部分的活性泥污，從而實(shí)現(xiàn)泥污和水力的分離。在工業(yè)污水的實(shí)踐探索中，后期有主見(jiàn)的在污水處理系統(tǒng)中增加了降流式固定膜反應(yīng)器、上流式厭氧污泥床，來(lái)提高泥污處理的綜合效果。二代厭氧生物處理器在泥污和水力分離上效果較好，但對(duì)工業(yè)廢水匯總的懸浮物處理效果一般，且設(shè)備的損耗較為嚴(yán)重。當(dāng)工業(yè)廢水中的懸浮物較多時(shí)，甚至還會(huì)引起設(shè)備的堵塞。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理堵塞問(wèn)題，將嚴(yán)重降低工業(yè)廢水處理的效率。

（3）第三代厭氧生物處理器。三代厭氧生物處理器在二代基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，還專(zhuān)門(mén)針對(duì)懸浮物堵塞問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。三代厭氧生物處理器加高了反應(yīng)器的高度，并提高了反應(yīng)器的處理流速。此外，還增加了厭氧升流式流化床、厭氧膨脹顆粒污泥床。這一階段，系統(tǒng)性的厭氧生物處理器得到廣泛的應(yīng)用，多種厭氧生物處理器的配合豐富了厭氧生物處理工藝的功能，對(duì)工業(yè)廢水處理的效率和質(zhì)量得到了顯著的提升。

二、第三代厭氧生物反應(yīng)器處理工業(yè)廢水的工作原理及工藝流程

厭氧生物技術(shù)在處理工業(yè)廢水時(shí)的工作分為三個(gè)階段，分別是水解結(jié)算、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、產(chǎn)甲烷階段。水解階段碳水化合物在水解發(fā)酵作用下轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)、脂肪酸、氨基酸、水、二氧化碳。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段脂肪酸在產(chǎn)氫乙酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為H2、CO2、乙酸（產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過(guò)程見(jiàn)式1）。產(chǎn)甲烷階段不同生理的產(chǎn)甲烷菌都產(chǎn)生出共同的產(chǎn)物，即甲烷（產(chǎn)甲烷過(guò)程見(jiàn)式2）。工作原理見(jiàn)圖1。詳細(xì)的處理流程參考如下：原工業(yè)廢水→水解→微生物菌發(fā)酵→產(chǎn)氫產(chǎn)酸→產(chǎn)甲烷。

三、厭氧生物處理技術(shù)影響工業(yè)廢水處理效果的因素

（1）溫度。厭氧共生體中甲烷菌、產(chǎn)酸菌等微生物對(duì)溫度極為敏感。低溫時(shí)產(chǎn)酸菌會(huì)加速揮發(fā)酸的生產(chǎn)，從而導(dǎo)致甲烷菌、產(chǎn)酸菌數(shù)量失去平衡，最終導(dǎo)致甲烷菌將揮發(fā)酸轉(zhuǎn)化為甲烷的代謝過(guò)程失去平衡。如厭氧生產(chǎn)中，溫度從36℃下降到26℃，乙酸鹽轉(zhuǎn)化為甲烷的Ks值就會(huì)從160mg/L增加到940mg/L。再降低到20℃時(shí)，的Ks值增加到2130mg/L。因此，溫度變化嚴(yán)重影響厭氧生物處理技術(shù)對(duì)工業(yè)廢水處理的效果。

（2）pH值。合適的pH值是保持微生物活性的必備條件之一。當(dāng)pH值收到影響，產(chǎn)酸菌的活性就會(huì)收到影響。當(dāng)工業(yè)廢水的pH值介于4.5～8時(shí)只能滿足產(chǎn)酸菌的生存條件。當(dāng)pH值介于7～7.2有利于產(chǎn)酸菌繁殖增長(zhǎng)，其活性最高。一般，工業(yè)廢水處理工藝中，厭氧生物處理系統(tǒng)各個(gè)反應(yīng)器中的pH值保持在7左右時(shí)，產(chǎn)酸菌的活性最高，工業(yè)廢水處理效率最高。

（3）有機(jī)負(fù)荷。有機(jī)負(fù)荷是影響厭氧消化率的重要因素，而厭氧消化率是決定工業(yè)廢水公路效率的重要因素之一，由此可見(jiàn)有機(jī)負(fù)荷與工業(yè)廢水處理效率之間存在著間接的聯(lián)系。在工業(yè)廢水處理中，厭氧生物反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)負(fù)荷需與容器的容量成反比，與產(chǎn)氣率成正比。

（4）氧化還原電位。氧氣環(huán)境是微生物繁殖和生長(zhǎng)的必要條件，也是影響厭氧菌活性的重要因素。想要提高工業(yè)廢水的處理效率，就必須加強(qiáng)影響氧化還原反應(yīng)的因素，來(lái)提高氧氣中毒。工業(yè)廢水中的氧氣濃度與電位、厭氧菌濃度有關(guān)系。通過(guò)控制氧化還原的電位，就可以控制含氧量，進(jìn)而間接的控制氧含量。厭氧生物處理系統(tǒng)中，非甲烷氧化菌的最佳還原電位應(yīng)≥-100mv，≤100mv。甲烷最佳氧化菌的還原電影應(yīng)≥-400mv，≤150mv。

（5）有毒物質(zhì)。有毒物質(zhì)是抑制厭氧菌增值和活性的重要因素。工業(yè)廢水中的有毒物質(zhì)包括重金屬、硫酸鹽物質(zhì)、氨氮等物質(zhì)。其中硫酸鹽流在工業(yè)廢水處理過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成硫化物，最終導(dǎo)致工業(yè)廢水處理效率降低。

（6）有機(jī)負(fù)荷率。有機(jī)負(fù)荷率也叫F/M比。一般的厭氧生物系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷約為7kgCOD/m·d，再大易造成設(shè)備損壞，而太小則會(huì)導(dǎo)致工廢水處理效率降低。在工業(yè)廢水中，厭氧生物處理的效率，需要結(jié)合厭氧生物反應(yīng)器的實(shí)際的生理容量來(lái)決定。

四、厭氧生物處理技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

（1）應(yīng)用案例。某化工廠生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢水中含醛含酸，廢水COD6000mg/L，pH值=1.0。該化工廠采用厭氧—生物濾池—氧化塘組合處理系統(tǒng)對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行處理，要求處理后的出水COD<100mg/L。該化工廠厭氧生物組合處理系統(tǒng)的工藝流程如下圖2所示。該系統(tǒng)組合生物濾池和氧化塘，生物濾池采用砂石過(guò)濾一部分厭氧處理后生產(chǎn)的泥污，氧化塘內(nèi)再次利用塘低的厭氧菌對(duì)有機(jī)物進(jìn)行二次分解，對(duì)氧化塘內(nèi)的重金屬污染的有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等進(jìn)行凈化。該系統(tǒng)結(jié)合了生物處理技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)，將這些技術(shù)與厭氧生物處理技術(shù)相結(jié)合，組合成厭氧生物處理系統(tǒng)，從而對(duì)工業(yè)廢水中的酸進(jìn)行體系化的處理，對(duì)水體凈化起到較好的處理效果。

（2）厭氧生物處理系統(tǒng)的應(yīng)用分析。厭氧生物處理技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用及其廣泛。雖然厭氧處理技術(shù)操作相隨簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟，但處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致硝酸鹽和反硝化物的產(chǎn)生。厭氧處理過(guò)程中，除產(chǎn)甲烷的處理過(guò)程外，還包括硫酸鹽還原、反硝化與厭氧氨氧化的過(guò)程。產(chǎn)甲烷的過(guò)程其目的是為了借助微生物細(xì)胞的間接作用來(lái)處理工業(yè)廢水中的有機(jī)物在厭氧環(huán)境下分解成為少量污泥和甲烷，實(shí)現(xiàn)污泥的減量化處理和有毒有機(jī)物的分解作用。硫酸鹽的還原過(guò)程會(huì)和產(chǎn)甲烷菌爭(zhēng)奪底物，一直產(chǎn)甲烷菌的繁殖，從而降低厭氧生物處理工業(yè)廢水的效果。硫酸鹽還原的過(guò)程中，有氧條件下的形成反硝化反應(yīng)（見(jiàn)式3），在厭氧條件下形成厭氧氨氧化反應(yīng)（見(jiàn)式4）。

化工廠厭氧—生物濾池—氧化塘組合處理系統(tǒng)中，有多個(gè)厭氧反應(yīng)器化學(xué)沉淀池，說(shuō)明組合了多個(gè)厭氧反應(yīng)器。厭氧生物處理技術(shù)是根據(jù)厭氧生物的饑餓反應(yīng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，氧化塘的厭氧反應(yīng)是對(duì)厭氧池反應(yīng)的補(bǔ)充，也是對(duì)含有生物活性的泥污的二次處理。這說(shuō)明厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水中需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)做出改進(jìn)，需要做好體系化的厭氧處理，提升厭氧處理系統(tǒng)綜合處理效果。

五、厭氧生物技術(shù)的發(fā)展前景

我國(guó)工業(yè)廢水處理系統(tǒng)中應(yīng)用的污水處理技術(shù)較多，厭氧生物技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的廢水處理技術(shù)之一。厭氧生物技術(shù)在處理工業(yè)廢水方面具有低污染、低成本、低耗能、高效率的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。一般的工業(yè)廢水成分復(fù)雜，厭氧生物處理技術(shù)可以間接一些生物降解不了的有機(jī)成分和有機(jī)廢水，且厭氧微生物產(chǎn)生的泥污量較小。綜合來(lái)看，厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中有著較好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和前景。未來(lái)，厭氧生物技術(shù)在工業(yè)廢水處理中對(duì)于應(yīng)用，還要從處理工藝及其系統(tǒng)升級(jí)上入手，加強(qiáng)系統(tǒng)化的研究，來(lái)進(jìn)一步提升厭氧生物技術(shù)處理工業(yè)廢水的效率和質(zhì)量。

六、結(jié)語(yǔ)

本文研究證明厭氧生物處理技術(shù)在工業(yè)廢水處理的系統(tǒng)化應(yīng)用有助于降低工業(yè)廢水處理吹水的COD值，提高工業(yè)廢水處理的效果。建議在工業(yè)廢水處理中，將厭氧生物處理技術(shù)與其他污水處理技術(shù)相結(jié)合，并在污水處理系統(tǒng)中增加多個(gè)厭氧生物處理環(huán)境，來(lái)提高厭氧生物系統(tǒng)性處理的效果。

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作者簡(jiǎn)介：吳宇峰（1999— ），男，漢族，湖北秭歸人，本科，研究方向：生物技術(shù)。