舉例闡述有機(jī)污物好氧處理與厭氧處理的區(qū)別聯(lián)系[資料分享]

1、舉例闡述有機(jī)污物好氧處理與厭氧處理的區(qū)別聯(lián)系摘要：介紹有機(jī)污染物的生物處理工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。比較了厭氧(水解)法和好氧法廢水生物處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn), 闡述了有機(jī)污物好氧處理與厭氧處理的區(qū)別聯(lián)系并分析了厭氧(水解) 好氧組合工藝的主要優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：有機(jī)污染物 好氧處理 厭氧處理 Abstract: The biological treatment process of organic pollutants in the application of the status quo and development trends. Comparison of anaerobic (hydroly

2、sis) Act and aerobic biological wastewater treatment technology, advantages and disadvantages, describes the aerobic treatment of organic dirt and anaerobic treatment of the distinction between links and analysis of anaerobic (hydrolysis) - aerobic combined process of the main advantage.Key words: o

3、rganic pollutants, aerobic treatment, anaerobic treatment隨著城市化進(jìn)程的加快,污染負(fù)荷的不斷增大,城市景觀水體的整治與改善問題日益受到人們的關(guān)注。眾所周知，造成水體污染的主要成份絕大部分是有機(jī)物。含有有機(jī)污染物的廢水易造成水質(zhì)富營養(yǎng)化，危害比較大1。有機(jī)污染物也是生物質(zhì)能，大部分是能夠被人類可利用。污水的處理就是最大程度從中獲取碳與能源，從而在回收利用生物質(zhì)能的同時(shí)達(dá)到清潔環(huán)境的目的。污水處理的主要方法有物理、化學(xué)、物理化學(xué)和生物方法。這些方法可以單一使用, 也可以針對(duì)不同的污水水質(zhì)組合使用。污水生物處理法是19 世紀(jì)末出現(xiàn)的污水治理技

4、術(shù), 現(xiàn)今已成為世界各國處理污水的主要手段。我國現(xiàn)階段的城市污水處理主要以生物法為主, 物理法和化學(xué)法起輔助作用2。1.有機(jī)廢水的定義及分類有機(jī)廢水就是以有機(jī)污染物為主的廢水。根據(jù)有機(jī)廢水的性質(zhì)與來源可將其劃分為以下3類：第l類，廢水中的有機(jī)污染物易于生物降解,這類廢水主要是生活污水和來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水等。其數(shù)量大，有機(jī)物濃度很高，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重；第2類，廢水中的有機(jī)物易于生物降解，廢水中的毒物含量較多，這類廢水主要來自印染、制革業(yè)等；第3類，廢水中的有機(jī)物難以生物降解。這類廢水主要來自造紙、制藥業(yè)等。有機(jī)廢水如果直接排放，會(huì)造成嚴(yán)重的水環(huán)境污染 3。廢水生物處理是微生物以廢水中的

5、有機(jī)污染物作為自身的營養(yǎng)和能源, 通過微生物的代謝作用，使廢水中呈溶解、膠體以及微細(xì)懸浮狀態(tài)的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為未定、無害的物質(zhì)的處理方法，同時(shí)使廢水得到凈化的過程。這種技術(shù)成熟有效、經(jīng)濟(jì)可行,與化學(xué)或物理方法相比有獨(dú)特的優(yōu)勢,發(fā)展至今已成為世界各國處理城市生活污水和工業(yè)廢水的主要手段4。在污水處理的過程中,根據(jù)環(huán)境可以分為有機(jī)物生物處理分為有氧生物和厭氧生物處理過程，由于生物法中的各種微生物生長與水質(zhì)關(guān)系密切，因而必須控制適宜的水質(zhì)指標(biāo)以保證微生物能夠正常的生長和工作。好氧、厭氧水質(zhì)要求表2.好氧處理2.1 好氧生物處理原理 好氧法是在沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物

6、的生物處理法。在有氧的條件下，有機(jī)污染物作為好氧微生物的營養(yǎng)基質(zhì)而被氧化分解，使有機(jī)物的濃度下降而微生物量增加。由于有機(jī)污染物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的不同，好氧微生物的優(yōu)勢種群組成和數(shù)量也相應(yīng)地發(fā)生變化。有機(jī)污染物好氧微生物處理的過程為：大分子的有機(jī)污染物首先在微生物產(chǎn)生的各類胞外酶的作用下分解為小分子有機(jī)物，進(jìn)而被好氧微生物繼續(xù)氧化分解，通過不同途徑進(jìn)人三羧酸循環(huán)，最終被徹底分解為二氧化碳、水、硝酸鹽和硫酸鹽等簡單的無機(jī)物5。 好氧處理過程中散發(fā)的臭氣較少，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水，或者說BOD5濃度小于500mg/L的有機(jī)廢水，基本上采用好氧生物處理。好氧生物處理法有活性污泥法和生物膜法。由于有氧作

7、為氫接受體, 有機(jī)物的分解比較徹底,釋放的能量多,故有機(jī)物轉(zhuǎn)化速率快, 所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。 廢水能在較短的停留時(shí)間內(nèi)獲得高的COD 去除率。好氧降解中, 有機(jī)物質(zhì)被徹底氧化分解為水和二氧化碳。在厭氧反應(yīng)中, 原有機(jī)物質(zhì)被改變化學(xué)結(jié)構(gòu), 降解為小分子中間產(chǎn)物。好氧與厭氧分解均釋放能量和無機(jī)養(yǎng)分, 為微生物生長所利用。好氧降解不僅徹底, 反應(yīng)速率也較高, 因此成為生化處理技術(shù)的主體。圖 有機(jī)污染物好氧微生物處理的一般途徑2.2好氧生物處理主要方法：好氧降解技術(shù)有活性污泥法和生物膜法。2.2.1.活性污泥法 活性污泥法(Activated Sludge) 是最傳統(tǒng)的好氧生物處

8、理技術(shù)。所謂活性污泥是指微生物利用廢水中的有機(jī)物質(zhì)生長與繁殖而形成的絮凝體。這一絮凝物質(zhì)具有兩個(gè)基本特性: 一是吸附與分解有機(jī)物質(zhì)的能力強(qiáng); 二是自身的凝聚與沉降性好。因此, 活性污泥法的工作原理是: 在有機(jī)廢水中通過曝氣供氧, 促進(jìn)微生物生長形成活性污泥, 利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降性能來凈化廢水中的有機(jī)污染物。處理過程中, 有機(jī)降解是依賴活性污泥的吸附與氧化分解能力, 而水泥分離則是利用活性污泥的凝聚和沉降性能7。 活性污泥法于1914 年首先在英國應(yīng)用。污水經(jīng)初沉池后, 進(jìn)入曝氣池與污泥混合, 從進(jìn)水端向出水端呈推流式流動(dòng), 在此過程中完成吸附和代謝分解, 然后在第二沉淀池

9、中完成水與污泥的分離。決定活性污泥處理系統(tǒng)功能和效果的因子很多，例如有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷與反應(yīng)時(shí)間(決定反應(yīng)器功能) , 污泥性質(zhì)與泥齡(決定生物種類、活性與沉降性能) 以及溶解氧水平、溫度、水壓等(影響處理效率)?；钚晕勰喾ㄖ杏袃身?xiàng)最基本的技術(shù)措施: 一是通過曝氣來提高反應(yīng)器水體中溶解氧的水平; 二是通過污泥回流來保證反應(yīng)器中的生物量與活性。因此, 后人在研究和改進(jìn)充氧方式和污泥回流的基礎(chǔ)上, 發(fā)展出了系列新型工藝?；诨钚晕勰喾ㄔ淼男滦蜕幚砑夹g(shù)中, 較為典型和成功的要屬間歇式活性污泥法和氧化溝。 間歇式活性污泥法, 也稱序批式活性污泥法(Sequence Batch Reacto r,

10、 即SBR) , 是近十年來新開發(fā)的一種活性污泥法, 其特點(diǎn)是將初沉池、反應(yīng)池和二沉池各工序放在同一反應(yīng)器(SBR 反應(yīng)器) 中進(jìn)行, 提供一種時(shí)間順序上的工藝處理模式, 處理過程按序分為進(jìn)水、反應(yīng)、沉降、出水、閑置五個(gè)階段。與傳統(tǒng)的活性污泥法不同,廢水在反應(yīng)器中不呈推流式運(yùn)動(dòng), 而是在SBR 反應(yīng)器的曝氣過程中與污泥完全混合。SBR 法還具有投資少、反應(yīng)易于操作控制的優(yōu)點(diǎn)。因此這一技術(shù)在處理生活污水、食品工業(yè)廢水和有機(jī)化工廢水中得到廣泛應(yīng)用。 氧化溝(Oxidation Ditch) , 亦稱氧化渠或循環(huán)曝氣池, 這一方法的主要特點(diǎn)是采用橫軸轉(zhuǎn)刷, 或豎軸表面葉輪曝氣來推動(dòng)水流。這一工藝不僅

11、能耗小, 而且具有推流式和混合式兩者的特征。和SBR 法一樣, 氧化溝技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用很廣, 除了用以處理城市生活污水外, 還被用在組合工藝中處理煉油廢水和含氮廢水等6。 2.2. 2 生物膜法生物膜法(Biofilm techniques)是在處理廢水的反應(yīng)器中添加介質(zhì)(填料) 作為微生物附著的載體, 在分解有機(jī)污染物過程中, 微生物在介質(zhì)的表面上生長繁殖, 逐步形成粘液狀的膜, 然后, 利用固著在介質(zhì)表面的這種微生物膜來凈化污水。在分解有機(jī)污染物的過程中, 載體上微生物的生長會(huì)使膜逐步增厚, 形成表層好氧、內(nèi)層兼氧和厭氧的微生態(tài)環(huán)境, 因此生物膜法具有一定的厭氧降解功能。生物膜增厚至一定程

12、度會(huì)自動(dòng)脫落, 形成污泥, 殘留或新附著在介質(zhì)表面的微生物將繼續(xù)生長繁殖, 形成新的生物膜。因此生物膜法具有無需污泥回流、膜的生物活性高、反應(yīng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。 傳統(tǒng)的生物膜法于1893 年在英國問世, 當(dāng)時(shí)的水力負(fù)荷與有機(jī)負(fù)荷都較低。到20 世紀(jì)60 年代后期, 世界各國在新型載體填料的選擇和研制以及供氧系統(tǒng)的改進(jìn)和開發(fā)等方面取得了系列成果, 極大地促進(jìn)了生物膜反應(yīng)器的發(fā)展。當(dāng)前在世界各國推廣應(yīng)用的生物膜法大致可分為三類。潤壁型生物膜法: 廢水和空氣沿固定或轉(zhuǎn)動(dòng)的接觸介質(zhì)表面的生物膜流過, 例如生物濾池和生物轉(zhuǎn)盤。浸沒型生物膜法: 接觸濾料完全浸沒在廢水中, 采用鼓風(fēng)供氧, 例如接觸氧化法。流動(dòng)床

13、型生物膜法: 附有生物膜的介質(zhì)在曝氣充氧過程中懸浮流動(dòng), 例如生物移動(dòng)床和生物流化床等。 流動(dòng)床型生物膜法是20 世紀(jì)后期發(fā)展較快的新型生物降解技術(shù)。不同類型的生物流化床在結(jié)構(gòu)、充氧方式、填料性質(zhì)與形狀方面有一定差異, 但反應(yīng)器的共同特點(diǎn)是: 床內(nèi)載體在充氧過程中始終懸浮于液體中快速運(yùn)動(dòng), 具有類似液體的自由流動(dòng)性, 促進(jìn)了物質(zhì)的擴(kuò)散與接觸, 相應(yīng)提高了反應(yīng)速率。生物流化床工藝的改進(jìn)主要集中于充氧、進(jìn)水分布系統(tǒng)及新型填料開發(fā)等方面。近年來, 我國在研究和應(yīng)用生物流化床技術(shù)處理石化、印染、制藥廢水和城市生活廢水方面也取得了一些突破性的進(jìn)展。3.厭氧處理3.1厭氧生物處理的基本原理厭氧生物處理是在

14、沒有游離氧存在的條件下，兼性細(xì)菌與厭氧細(xì)菌降解和穩(wěn)定有機(jī)物,將各種有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等的過程。厭氧生物處理是一個(gè)復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌(fermentative bacteria)、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌(acetogenic bacteria)和產(chǎn)甲烷細(xì)菌(methanogenicbacteria)的聯(lián)合作用完成。厭氧生物處理后面常常要連接好氧生物處理。復(fù)雜的有機(jī)物首先在發(fā)酵性細(xì)菌產(chǎn)生的胞外酶的作用下分解成簡單溶解性的有機(jī)物，并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)由胞內(nèi)酶分解為乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等脂肪酸和乙醇等醇類，同時(shí)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳，然后在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將把丙酸、丁酸等

15、脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸，進(jìn)而在產(chǎn)甲烷細(xì)菌作用下，利乙酸生成甲烷或在二氧化碳存在時(shí)利用氫氣生成甲烷。圖1. 有機(jī)物厭氧分解生成甲烷的過程8 （1)發(fā)酵性細(xì)菌(2)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌(3)同型產(chǎn)乙酸菌(4)利用H2和CO2產(chǎn)甲烷菌（30%）(5)分解乙酸的產(chǎn)甲烷菌（70%）3.2厭氧生物處理的發(fā)展 厭氧生物處理法最早用于處理城市污水處理廠的沉淀污泥，后來用于處理高濃度有機(jī)廢水。普通厭氧生物處理法的主要缺點(diǎn)是水力停留時(shí)間長，一般需要2030d。 進(jìn)入上世紀(jì)50、60年代，特別是70年代的中后期，相繼出現(xiàn)了一批被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的處理工藝，從此厭氧消化工藝開始大規(guī)模地應(yīng)用于廢水處理，真正成為一

16、種可以與好氧生物處理工藝相提并論的廢水生物處理工藝。這些被稱為現(xiàn)代高速厭氧消化反應(yīng)器的厭氧生物處理工藝又被統(tǒng)一稱為“第二代厭氧生物反應(yīng)器”。 20世紀(jì)90年代以后，隨著以顆粒污泥為主要特點(diǎn)的UASB反應(yīng)器的廣泛應(yīng)用，在其基礎(chǔ)上又發(fā)展起來了同樣以顆粒污泥為根本的顆粒污泥膨脹床（EGSB）反應(yīng)器和厭氧內(nèi)循環(huán)（IC）反應(yīng)器。其中EGSB反應(yīng)器利用外加的出水循環(huán)可以使反應(yīng)器內(nèi)部形成很高的上升流速，提高反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)與微生物之間的接觸和反應(yīng)，可以在較低溫度下處理較低濃度的有機(jī)廢水，如城市廢水等。這些反應(yīng)器又被統(tǒng)一稱為“第三代厭氧生物反應(yīng)器”9。4 好氧與厭氧生物處理的區(qū)別和聯(lián)系4.1廢水的厭氧生物處理與

17、厭氧生物處理對(duì)比具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：1） 厭氧生物處理可節(jié)省動(dòng)力消耗，由于厭氧分解有機(jī)物是營無分組氧呼吸，在分解有機(jī)物過程是不必提供氧氣的，而好氧菌降解有機(jī)物是營分組氧呼吸，在分解有機(jī)物過程必須提供分子氧。對(duì)于高濃度有機(jī)廢水，采用厭氧生物法節(jié)省的電耗大的驚人。目前我國輕工業(yè)的造紙、食品發(fā)酵、皮革、制糖等行業(yè)每年派出的BOD5達(dá)200萬噸。如采用厭氧法，以去除BOD580%計(jì)，則年節(jié)省電達(dá)8.016億kwh。2） 厭氧生物處理可產(chǎn)生生物能，厭氧發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。3） 厭氧生物處理的污泥產(chǎn)量少，厭氧菌世代長，產(chǎn)甲烷菌的倍增時(shí)間約46d，所以產(chǎn)率Y比好氧小。有機(jī)物在好氧分解時(shí)，如碳水化合物，其中約2/3被

18、合成為細(xì)胞，約1/3被氧化分解提供能量。而厭氧分解時(shí)，只有少量有機(jī)物被同化為細(xì)胞，大部分被轉(zhuǎn)化為CH4和CO2。厭氧處理產(chǎn)泥量低，且污泥穩(wěn)定，可降低污泥處理費(fèi)用。4） 對(duì)氮和磷的需要量低，氮和磷等物質(zhì)是組成細(xì)胞的重要元素，采用生物法處理廢水，如缺少氮磷，必須投加，以滿足細(xì)菌合成的需要。厭氧處理要去除1KgBOD5所合成細(xì)胞量遠(yuǎn)低于好氧處理，因此可減少氮和磷的需要量。5） 厭氧消化對(duì)某些難降解有機(jī)物有較好的降解能力，實(shí)踐證明，一些難降解的有機(jī)工業(yè)廢水采用常規(guī)的好氧生物處理工藝不能獲得滿意的效果，而采用厭氧生物法則可取得較好的效果。今年來，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)厭氧生物具有某些脫毒和降解有害有機(jī)物的功效，而且

19、還具有默寫好氧微生物不具有的功能，如芳香環(huán)還原成烷烴結(jié)構(gòu)的斷裂等。4.2 廢水的厭氧生物處理與厭氧生物處理對(duì)比具有以下主要優(yōu)點(diǎn)： 1) 厭氧生物處理過程中所涉及到的生化反應(yīng)過程較多，運(yùn)行管理比較復(fù)雜。 2） 厭氧微生物特別是其中的產(chǎn)甲烷細(xì)菌對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素非常敏感。 3） 厭氧生物處理出水水質(zhì)仍通常較差，有機(jī)物處理不徹底，一般需要利用好氧工藝進(jìn)行進(jìn)一步的處理； 4）厭氧生物處理的衛(wèi)生條件差，會(huì)產(chǎn)生硫化氫氣體，氣味較大，處理不當(dāng)容易引起二次污染。 5）對(duì)氨氮的去除效果不好，還可能由于原廢水中含有的有機(jī)氮在厭氧條件下的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致氨氮濃度的上升。圖 厭氧法、水解法主要參考指標(biāo)比較105.好氧生物處理與厭氧生物處理的聯(lián)系對(duì)于高濃度有機(jī)廢水，直接采用好氧生物法是不可取的，應(yīng)為不僅要 用大量的稀釋水，而且要消耗大量的能量。應(yīng)優(yōu)先考慮厭氧生物法，作為去除有機(jī)物的主要手段，或提高有機(jī)物的可生化性。高濃度有機(jī)廢水，僅通過厭氧生物處理，往往達(dá)不到出水的排放標(biāo)準(zhǔn)。尚需采用好氧生物處理作為后處理，才