1、1厌氧生物处理法废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术改革，过去，它在构筑物型式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点，较长时期限制了它在废水处理中的应用。70 年代以来，世界能源短缺日益突出，从节约和利用能源上考虑，废水厌氧处理技术受到重视，开发了各种新型处理工艺和设备，大大提高了厌氧反应器内活性污泥的持留量，使处理时间大大缩短，处理效率有了很多提高。目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也可用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。厌氧生物处理与好氧生物处理相比具有下列优点：（1） 应用范围广。好氧法因供氧限制一般只适用于中、低浓度有
2、机废水的处理，而厌氧法既用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水的处理。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的。（2） 能耗低。好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气能量可以抵偿消耗能量。2（3） 负荷高。通常好氧法的有机容积负荷（BOD）为24Kg（m 3d） ，而厌氧法为 210Kg（m 3d） 。（4） 剩余污泥量少，且污泥浓缩、脱水性良好。好氧法每去除 1KgCOD 将产生 0.40.6Kg 生物量，而厌氧法去除 1KgCOD 只产生 0.020.1Kg 生物量，其剩余污泥量只有好氧法的 5
3、20.此外，消化污泥在卫生学上和化学上都是较稳定的，因此剩余污泥的处理和处置简单，运行费用低，甚至可作为肥料利用。（5） 氮、磷营养需要量较少。好氧一般要求 BOD：N：P为 100：5：1，而厌氧法要求的 BOD：N：P 为100：2.5：0.5，因此厌氧法对氮磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐较少。（6） 厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒。（7） 厌氧活性污泥可以长期储存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运行，在停止运行一段时间后，能较迅速启动。但是，厌氧生物处理法也存在下列缺点：（1） 厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧生物处理的启动和处理时间比好氧生物处理时间长。
4、（2） 出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，3故一般在厌氧处理后串联好氧处理。（3） 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂和严格，对有毒有害物质的影响较敏感。一、 厌氧生物处理的基本原理废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件通过厌氧微生物（包括兼性微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化炭等物质的过程，也称为厌氧消化。它与好氧过程低根本区别，在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成，因而可粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解
5、酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。由于简单碳水化合物的分解产酸作用要比含氮有机物的分解产氨作用迅速，故蛋白质的分解在碳水化4合物分解后产生。含氮有机物分解产生 NH ,除了提供合成细胞物质的氮源外，在水中部分电离，生成 NH HCO , 具有缓冲消化液 pH 的作用，故有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过程称为性减退期。第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产氨细菌的作用下，第一阶段产生的各种有机酸被分解转化
6、戍成乙：酸和 H,在降解有机酸时还生成 CO第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙。酸盐、CO 和 H 等转化为甲烷. 此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一徂把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的 13，后当者约占 23.上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，对含纤维素、半纤维素、果胶和赀类等污染物为主的废水，水解阶段往往成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷阶段通常成为速度限制步骤。虽然厌氧消化过程可分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的平
7、衡，这种动态平衡一旦被 pH、温度、有机负荷等外加因素所破坏，则首先将使产甲烷阶段受5到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积累和厌氧进程的异常变化，严重时甚至会使整个厌氧消化过程受到破坏。二、厌氧生物处理的影响因素厌氧生物处理对环境条件的要求比好氧生物处理严格。一般认为，控制厌氧处理效率的基本因素有二类：一类是基础因素，包括微生物量（污泥浓度） 、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境温度、pH、氧化还原电位、有毒物质等。由厌氧生物处理的基本原理可知，厌氧过程要通过多种生理上不同的微生物类群联合作用来完成。如果把产甲烷阶段以前的所有微生物统称为不产甲烷菌，则它们包括厌氧细菌和兼性细菌，尤以
8、兼性细菌居多。与产甲烷菌相比，不产甲烷菌对 pH、温度等外界环境因素的变化具有较强的适应性，而且其增殖速度较快。而产甲烷菌是一群非常特殊的、严格厌氧的细菌，它们对外界环境条件的要求比不产甲烷菌严格，而且其繁殖的世代期较长。因此，产甲细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。正因为如此，在讨论厌氧消化过程的影响因素时，多以产甲烷菌的生理、生态特征来说明。（1） 、温度6温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌适宜的温度范围为 560，在 35和 53上下可以分别获得较高的消化效率；温度为 4045
9、时，厌氧消化效率较低。由此可见，各种产甲烷菌的适宜温度区域不一致，而且最适温度范围较小。根据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧消化法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种，类型。（1） 常温厌氧消化是指在自然气温下进行废水厌氧处理的工艺，适宜温度范围为 1030。（2） 中温厌氧消化 适宜温度范围为 3538，若低于 32或者高于 40，厌氧消化效率则明显地降低。（3） 高温厌氧消化 适宜温度范围为 5055。上述适宜温度有时因其他工艺条件的不同而有某种程度的差异，如反应器内污泥浓度较高，则温度的影响不易显露出来。在一定温度范围内，温度升高，则有机物去除率和产量会相应提高。一般认为，高温消化比中
10、温消化沼气产量约高一倍。温度的高低不仅影响沼气的产量，而且影响沼气中甲烷的含量和厌氧消化污泥的性质。温度对反应速度的影响同样是明显的。一般地说，在其他工艺条件相同的情况下，温度每上升 10，反应速度7就大约增加 24 倍。因此，高温消化期比中温消化期短。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化处理，短时间内温度升降 5，沼气产量将明显下降，波动的幅度过大时，甚至会停止产气；温度的波动还会影响沼气中的甲烷含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。因此在设计消化器时，常采取一定的控温措施，尽可能使消化器在恒温下运行，温度变化幅度通常不超过 23h。然而，温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本破坏
11、，温度一经恢复到原来温度时，处理效率和产气量也将随之逐渐恢复，只是温度降低持续的时间越长，恢复所需时间也越长。（2） 、pH 值产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜 pH 值较广，在 4.58.0 之间，产甲烷菌要求环境介质 pH 在中性附近，最适 pH 值为 7.07.2。在厌氧生物处理中，由于产酸和产甲烷过程大多在同一构筑物内进行，为了维持平衡，避免过多的酸积累，常使反应器内的 pH 值保持在6.57.5（最好在 6.87.2）的范围内。pH 条件失常首先会使产生的 H2和乙酸不能被正常代谢降解，从而使整个消化过程各阶段间失去平衡。若 pH值降到 5 以下，对产甲烷菌抑制较大，同时产酸
12、作用本身也会受到影响，从而整个厌氧消化过程被破坏，即使pH 恢复到 7.0 左右，厌氧装置的处理能力也不易恢复。8而在 pH 值稍高时，只要恢复中性，产甲烷菌却能较快地恢复活性。所以厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。在厌氧消化过程中，pH 值的变化除了受外界因素影响之外，还取决于有机物代谢过程中某些产物殴打增减。如产酸作用产物有机酸的增加，会使 pH 下降；含氮有机物分解产物氨的增加，会引起 pH 值升高。（3）有机负荷在厌氧生物处理中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量以 COD 表示，单位为 Kg（m.d）。对是悬浮生长工艺，也有用污泥
13、负荷表示的，即单位质量的污泥每天接受的 COD 量【Kg（Kg.d） 】 。在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表示，即每天所投加的废水体积占消化器有效容积的百分数。由于各种废水浓度、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体（MLVSS）质量这一参数【单位 Kg（m.d） 】 。有机负荷是影响消化效率的一个重要因素，直接影响产气量和处理效率。在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气率即单位质量物料的产气量趋向下降，而消化器的容积产气量则增多，反之亦然。这是因为进料的有机物浓度9是一定的，有机负荷或投配率的提高，意味着停留时间缩短，
14、则有机物分解率将下降，从而使单位质量物料的产气量减少；然而由于反应器相对的处理量增多了，故单位容积的产气量将提高。如前所述，厌氧处理系统正常运转取决于产酸与产甲烷反应速率的相对平衡。一般产酸速度大于产甲烷速度。若有机负荷过高，则产酸率将大于用酸（产甲烷）率，挥发酸将累积而使 pH 值下降，破坏产甲烷阶段的正常进行，严重时产甲烷作用停止，系统失败，并难以调整复苏。此外，有机负荷过高，则过高的水力负荷还会使消化系统中污泥的流失速率大于增长速率而降低消化效率。相反，若有机负荷过低，物料产气率戎或有机物去除率虽可提高，但容积产气率降低，反应器容积增大，使消化设备的利用效率降低，投资和运行费用提高。有机
15、负荷值依工艺类型、运行条件以及废水种类和浓度而异。在通常的情况下，常规中温厌氧消化工艺处理高浓度工业废水的有机负荷（COD 量）为 23kg（m.d）,高温厌氧消化工艺为 46kg（m.d） 。上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型中温厌氧消化工艺的有机负荷为 515kg（m.d） ，有的可高达 30kg（m.d） 。在处理具体废水时，最好通过试验来确定其最适宜的有机负荷。10（4） 搅拌混合混合搅拌也是影响厌氧消化效率的工艺条件之一。没有搅拌的厌氧消化池，池内料液常有分层现象。通过搅拌可消除池内料液的浓度梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消
16、化池中，搅拌还能促使进料迅速地与池中原有料液相混匀。搅拌能显著地提高消化器称为高效消化器。搅拌的方式有：（1）机械搅拌器搅拌法；（2）消化液循环搅拌法；（3）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的 CO2作为产甲烷的底物被细菌利用，从而提高甲烷的产量。厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。（5） 废水的营养比厌氧微生物的生长繁殖需按一定比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。不同的微生物在不同的环境条件下所需的碳、氮、磷比例不完全一致。一般认为，厌氧法对碳：氮：磷以控制在（200300）：5：1为宜（好氧法为 100：5：1） ，这与厌氧微生物对养分的利用率较好氧微生物低有关。（6）有毒物质
