厭氧生化處理技術(shù)

廢水厭氧生化處理在無分子氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程。與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氫等為受氫體。一厭氧法基本原理一一三階段、四種群理論⑴發(fā)酵細(xì)菌r產(chǎn)酸斷黃jt卷解律用：碟孤化舍耗r脂臘，餐。質(zhì)j在把外酶作用，在監(jiān)督發(fā)酵黃作用下轉(zhuǎn)化為罹類，脂肪酸.氮基眺，不和二就化碟；<菌屬.擬桿茵屬、丁陵茹首屬.觀岐杵菌屬等】f2j*貧聲西破茵：特富虢朋府醯和醇奏盆化奪解為乙歐和乙醇：CH3CH2OH+H3OCHjCOOH+2H2丙醍：CH3CH2COOH+2H2OtCH^COOH+3H2+CO2T<:CH3CH2CH3COOH+2H2O-2CH3COOH+2H2就譽果施笛晨，滯，譽#秀鼻，犒■首屬，略杵茵鼻等 （3）產(chǎn)甲晚茵：將產(chǎn)氮產(chǎn)乙歇菁的產(chǎn)漏乙酷和H/COg轄化為CH#和CO2r使厭就尚化過程得以版刻進(jìn)行十&酸嘍系型和H?登系型產(chǎn)甲粕64H2+CO3^CH4+2H2O CI/3）CO^還原2CH3C00H->2CH4+2CO2 （2/3）乙酸脫蔻研究表明，產(chǎn)甲烷菌能利用甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺類和H2/CO2,但不能利用兩碳以上的脂肪酸和除甲醇以外的醇類產(chǎn)生甲烷。四種群理論女解發(fā)薛南田產(chǎn)乙酸削同用產(chǎn)乙懿商產(chǎn)甲燒菌氏他為、一裁化合秋甲酸、甲尊等）復(fù)奈有機物四種群理論女解發(fā)薛南田產(chǎn)乙酸削同用產(chǎn)乙懿商產(chǎn)甲燒菌氏他為、一裁化合秋甲酸、甲尊等）復(fù)奈有機物cn+epj1產(chǎn)甲烷菌特點：形態(tài)：薄、扁平、直角幾何形態(tài)；細(xì)胞結(jié)構(gòu)：組分特異性；含有內(nèi)含子；代謝：特殊的輔酶，代謝多樣性；呼吸類型：多為厭氧；繁殖速度：比細(xì)菌慢；生活習(xí)性：適應(yīng)極端環(huán)境。2厭氧生物處理微生物群體間的關(guān)系（1） 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌（包括發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌）為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供生長和產(chǎn)甲烷所需要的基質(zhì)。（2） 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌創(chuàng)造適宜的氧化還原條件。（3） 不產(chǎn)甲烷細(xì)菌為產(chǎn)甲烷細(xì)菌清除有毒物質(zhì)。（4） 產(chǎn)甲烷細(xì)菌為不產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生化反應(yīng)解除反饋抑制（降低H2分壓）。

二影響厭氧處理效率的因素與非產(chǎn)甲烷菌（包括發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌）相比，產(chǎn)甲烷菌對環(huán)境因素的變換要敏感得多，通常把產(chǎn)甲烷反應(yīng)作為厭氧生化反應(yīng)的控制過程。以下主要討論對產(chǎn)甲烷菌有影響的各種環(huán)境因素。環(huán)境因素：溫度、pH、氧化還原電位、有毒物質(zhì)基礎(chǔ)因素：污泥濃度（微生物量）、營養(yǎng)比、混合接觸情況、有機負(fù)荷2.1溫度產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5?60°C，在35°C（中溫消化）和53°C（高溫消化）上下可以分別獲得較高的消化效率。溫度的急劇變化和上下波動不利于厭氧消化作用。短時間內(nèi)溫度升降5C,沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動的幅度過大時，甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動，不僅影響沼氣產(chǎn)量，還影響沼氣中的甲烷含量，尤其高溫消化對溫度變化更為敏感。

2.2pH值」3h7苫9PH圖15TpH值對產(chǎn)甲烷尚活性的影響與水解菌和產(chǎn)酸菌相比，產(chǎn)甲烷菌對pH值更為敏感。水解菌和產(chǎn)酸菌適應(yīng)的pH值范圍為5.0~8.5；產(chǎn)甲烷菌對pH值變化的適應(yīng)性很差，其最適pH值范圍為」3h7苫9PH圖15TpH值對產(chǎn)甲烷尚活性的影響微生物對pH值的波動十分敏感，在適宜的pH值范圍內(nèi)pH值的改變也會引起細(xì)菌活性的明顯下降。因此厭氧系統(tǒng)必須具備一定的緩沖能力以維持pH值處于相對穩(wěn)定的范圍。2.3氧化還原電位所謂的氧化還原電位就是用來反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來的宏觀氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱。電位為正表示溶液顯示出一定的氧化性，為負(fù)則說明溶液顯示出還原性。無氧環(huán)境是嚴(yán)格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之一，產(chǎn)甲烷菌對氧和氧化劑非常敏感。產(chǎn)甲烷菌初始繁殖的環(huán)境條件是氧化還原電位不能高于-330mV，相當(dāng)于2.36x1056.水中有1mol氧。在厭氧消化全過程中，不產(chǎn)甲烷階段可在兼氧條件下完成，氧化還原電位為+0.1?-0.1V，而在產(chǎn)甲烷階段，氧化還原電位須控制為-0.3?-0.35V（中溫消化）與-0.56?0.6V（高溫消化），常溫消化與中溫相近。產(chǎn)甲烷階段氧化還原電位的臨界值為-0.2V。2.4有毒物質(zhì)有許多化學(xué)物質(zhì)能抑制厭氧消化過程中微生物的生命活動，這類物質(zhì)被稱為抑制劑。抑制劑包括部分氣態(tài)物質(zhì)、重金屬離子、酸類、醇類、苯、氰化物及去垢劑等。比如揮發(fā)性脂肪酸（VFA）是厭氧消化的產(chǎn)物，也是甲烷菌的生長代謝的基質(zhì)。一定的揮發(fā)性脂肪酸濃度是保證系統(tǒng)正常運行的必要條件，但過高會抑制甲烷菌的生長，從而破壞消化過程。對厭氧消化具有抑制作用的物質(zhì)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)抑制物質(zhì)濃度/(mg/L)揮發(fā)性脂肪酸>2000Na3500?5500氨氮1500?3000Fe1710溶解性硫化物>200Cr6+(鉻)3Ca2500?4500Cr3+500Mg1000?1500Cd(鎘)150K2500?4500重金屬被認(rèn)為是抑制厭氧反應(yīng)最普遍和最主要的因素。它通過與微生物酶中的巰基、氨基、羧基等結(jié)合而使酶失活。2.5污泥濃度厭氧活性污泥主要由厭氧微生物及其代謝的和吸附的有機物、無機物組成。厭氧活性污泥的濃度和性狀與消化的效能有密切的關(guān)系。厭氧活性污泥的性質(zhì)主要表現(xiàn)為它的作用效能與沉淀性能。作用效能主要取決于活微生物的比例及其對底物的適應(yīng)性和活微生物中生長速率低的產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量是否達(dá)到與不產(chǎn)甲烷菌數(shù)量相適應(yīng)的水平。活性污泥的沉淀性能與污泥的凝聚性有關(guān)，以SVI衡量。SVI:污泥容積指數(shù)，是衡量活性污泥沉降性能的指標(biāo)。指曝氣池混合液經(jīng)30min靜沉后，相應(yīng)的1g干污泥所占的容積(以mL計)，即:SVI=混合液30min靜沉后污泥容積(mL)/污泥干重(g)，即SVI=SV30/MLSS。厭氧處理時，廢水中的有機物主要靠活性污泥中的微生物分解去除，故在一定的范圍內(nèi)，活性污泥濃度愈高，厭氧消化的效率也愈高。但至一定程度后，效率的提高不再明顯。這主要因為：⑴厭氧污泥的生長率低、增長速度慢，積累時間過長后，污泥中無機成分比例增高，活性降低；⑵污泥濃度過高有時易于引起堵塞而影響正常運行。-圖15-6和圖15-7分別說明污泥濃度與最高處理量和產(chǎn)氣量之間的關(guān)系。

泠罰?:.濃度/（'咨積吸J圖泠罰?:.濃度/（'咨積吸J圖15-W消化池內(nèi)污泥濃度與最高處理最之間的關(guān)系（乙醇蒸儒廢水）在厭氧法中，有機負(fù)荷通常指容積有機負(fù)荷，簡屈容積負(fù)荷，即消化器.單伯.容積每天接受的有機物量15-7消化池內(nèi)污泥濃度與

產(chǎn)氣最的關(guān)系（洗毛廢水,中溫消化）（kgCO職d）o有機負(fù)荷是影響厭氧州化效率的一個重要因素，直接影響產(chǎn)氣星和處理效率。在-定時間內(nèi)，隨著有機負(fù)荷的提高.產(chǎn)氣量增加，但處理程度下降，反之亦然，對于具體的應(yīng)用場合，進(jìn)料的有機物濃度是一定的，有機負(fù)荷的提高意味著水力停留時間縮短，有機物分解率將15-7消化池內(nèi)污泥濃度與

產(chǎn)氣最的關(guān)系（洗毛廢水,中溫消化）2.7營養(yǎng)比厭氧消化原料既是產(chǎn)生沼氣的基質(zhì)，又是厭氧消化微生物賴以生長、繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)。厭氧菌生命活動需要一定比例的氮素和碳素。同時，厭氧過程細(xì)胞的增殖很少，只有很少的氮轉(zhuǎn)化為細(xì)胞，大部分可生物降解的氮都轉(zhuǎn)化為氨氮。實驗研究表明，氨氮對厭氧消化過程有較強的毒性或抑制性，NH3對產(chǎn)甲烷菌的活性有比NH4+更強的抑制能力。C/N比過高，細(xì)菌和其他微生物的生長繁殖受到限制，有機物的分解速度就慢、發(fā)酵過程就長。C/N比過低，易造成系統(tǒng)中氨氮濃度過高，出現(xiàn)氨中毒。一般認(rèn)為，厭氧法C：N：P控制在300~500：5：1，此比值大于好氧法的100：5：1。2.8混合接觸情況目的：使物料、溫度分布均勻，增加微生物與物料的接觸，提高消化效率、增加產(chǎn)氣量;攪拌方法包括：氣體攪拌、機械攪拌、泵循環(huán)等。機械攪拌：攪拌器安裝在消化池液面以下，定位于上、中、下層皆可，如果料液濃度高，安裝要偏下一些；泵循環(huán)：用泵使沼氣池內(nèi)料液循環(huán)流動，達(dá)到攪拌的目的；氣體攪拌：沼氣加壓后從池底部沖入，利用產(chǎn)生的氣流，達(dá)到攪拌的目的。機械攪拌適合于小的消化池，液攪拌和氣攪拌適合大、中型的沼氣工程。厭氧處理的優(yōu)點應(yīng)用范圍廣好氧法因供氧限制一般只適用于中、低濃度有機廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機廢水，又適用于中、低濃度有機廢水。有些有機物對好氧生物處理法來說是難降解的，但對厭氧生物處理是可降解的、如固體有機物、著色劑蒽釀和某些偶氮染料等。為什么好氧、厭氧對有機廢水濃度適應(yīng)性會有所不同？對于好氧處理，有機物濃度越高，所需氧氣濃度越高，曝氣費用越高。即好氧處理的有機物濃度越高，處理成本越大。厭氧處理不存在這一問題。為什么厭氧可以降解某寫好氧難以降解的有機物？(水解酸化階段胞外酶作用將大分子轉(zhuǎn)化為小分子)能耗低好氧法需要消耗大量能量供氧，曝氣費用隨著有機物濃度的增加而增大，而厭氧法不需要供氧，而且產(chǎn)生的沼氣可作為能源。廢水有機物達(dá)一定濃度后，沼氣能量可以抵償消耗能量。當(dāng)原水BOD5達(dá)到1500mg/L時，采用厭氧處理即有能量剩余。有機物濃度愈高，剩余能量愈多。一般厭氧法的動力消耗約為活性污泥法的1/10。有機負(fù)荷高通常好氧法的有機容積負(fù)荷為2~4kgBOD/m3.d，而厭氧法為2?10kgCOD/m3.d，高的可達(dá)50kgCOD/m3.d。為什么有機負(fù)荷有所不同？厭氧法處理的有機物濃度高于好氧，自然有機負(fù)荷高于好氧剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好。好氧法每去除1kgCOD將產(chǎn)生0.4~0.6kg生物量，而厭氧法去除1kgCOD只產(chǎn)生0.02~0.1kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5%~20%。同時，消化污泥在衛(wèi)生學(xué)上和化學(xué)上都是穩(wěn)定的。因此，剩余污泥處理和處置簡單、運行費用低，甚至可作為肥料、飼料或餌料利用。污泥的主要成分：微生物及其代謝的和吸附的有機物、無機物。厭氧處理產(chǎn)生的剩余污泥量較少的原因？厭氧菌的繁殖的世代期較長(兩次細(xì)胞分裂之間的時間)。厭氧生化污泥處理和處置簡單的原因？首先，有機物被厭氧消化分解，可使污泥穩(wěn)定化，使之不易腐敗。其次，通過厭氧消化，大部分病原菌或蛐蟲卵被殺滅或作為有機物被分解，使污泥無害化。第三，隨著污泥被穩(wěn)定化，將產(chǎn)生大量高熱值的沼氣，作為能源利用，使污泥資源化。另外，污泥經(jīng)消化以后，其中的部分有機氮轉(zhuǎn)化成了氨氮，提高了污泥的肥效。污泥的減量化雖然主要借濃縮和脫水，但有機物被厭氧分解，轉(zhuǎn)化成沼氣，這本身也是一種減量過程。氮、磷營養(yǎng)需要量較少好氧法一般要求BOD：N：P為100：5：1，而厭氧法的BOD：N：P為100：2.5：0.5，對氮、磷缺乏的工業(yè)廢水所需投加的營養(yǎng)鹽量較少。為什么需氮、磷較少？厭氧過程細(xì)胞的增殖很少，只需要很少的氮、磷轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)，大部分可生物降解的氮都轉(zhuǎn)化為氨氮。實驗研究表明，氨氮對厭氧消化過程有較強的毒性或抑制性，NH3對產(chǎn)甲烷菌的活性有比NH4+更強的抑制能力。厭氧處理過程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲卵、病毒等。厭氧活性污泥可以長期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運轉(zhuǎn)。厭氧處理的缺點厭氧微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動時間長。好氧處理體系的活性污泥通常只需7天就可培育成功，厭氧處理活性污泥需8到12周才能培育成功。厭氧處理出水有機物濃度較高，需要進(jìn)一步處理。一般厭氧處理的有機負(fù)荷高，有機負(fù)荷高則處理程度較低。有機物經(jīng)過水解酸化后生成小分子有機物，再經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用生成乙酸，產(chǎn)甲烷對環(huán)境要求較高，因此很難將廢水中的所有有機物都進(jìn)一步分解成甲烷、水