厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水

1、厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水在制藥、造紙、食品、釀酒等工業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量高濃度有機(jī)廢水。工業(yè)廢水的厭氧發(fā)酵處理是一種具有可行性的資源化處理技術(shù)，已經(jīng)有一百多年的歷史，在現(xiàn)階段全球能源緊缺的情況下，厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水是一種可以在不產(chǎn)生二次污染的同時供應(yīng)能源的環(huán)保新技術(shù)。厭氧發(fā)酵不僅能夠降低廢水中污染物濃度，過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物甲烷有較高肥效，具有降低溫室氣體排放的巨大潛力，作為目前最具前景的生物質(zhì)能源利用技術(shù)之一而備受關(guān)注。一、厭氧發(fā)酵的基本理論厭氧發(fā)酵的4個基本過程可分為水解過程、發(fā)酵過程、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程和產(chǎn)甲烷過程，按基本過程的劃分厭氧發(fā)酵的基本理論可以分為二階段理論、三階段理論和四階段理

2、論。1.1二階段理論二階段理論包括酸性發(fā)酵階段和甲烷發(fā)酵階段，酸性發(fā)酵階段是厭氧酸性發(fā)酵細(xì)菌將大分子有機(jī)物分解成小分子中間產(chǎn)物如二氧化碳、氫氣、羧酸類和醇類等。在甲烷發(fā)酵階段，酸性發(fā)酵階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物在產(chǎn)甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)化成甲烷。1.2三階段理論三階段理論比二階段理論多了一個水解發(fā)酵階段，在這個階段，專性厭氧菌和兼性厭氧菌把復(fù)雜的有機(jī)物分解成較為簡單的有機(jī)物，如纖維素分解成簡單的糖類，蛋白質(zhì)分解成氨基酸，脂類分解成脂肪酸和甘油等。然后產(chǎn)酸菌把這些簡單有機(jī)物分解成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類等。1.3四階段理論四階段理論就是把三階段理論的水解發(fā)酵階段分成兩步，四階段包括復(fù)雜有機(jī)物分解成簡單有

3、機(jī)物的水解階段、簡單有機(jī)物發(fā)酵生成揮發(fā)性脂肪酸和醇類的發(fā)酵階段、中間產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、乙酸和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷的產(chǎn)甲烷階段。二、厭氧發(fā)酵的影響因素厭氧發(fā)酵過程受到多種因素的影響作用，如pH、發(fā)酵溫度、碳氮比、微量元素、有機(jī)負(fù)荷、污泥濃度等。2.1pH在厭氧發(fā)酵過程中，產(chǎn)甲烷菌適宜的pH在6.87.2之間，pH在6.4以下和9以上都會對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用。厭氧發(fā)酵過程中pH的變化是一個動態(tài)平衡過程，一般情況下不用人為去調(diào)節(jié)。2.2溫度溫度是通過影響細(xì)菌生長代謝以及酶活性來影響厭氧發(fā)酵效果的，理論上來講，溫度在1060，厭氧發(fā)酵都能正常產(chǎn)氣。厭氧發(fā)酵按溫度可以分為低溫發(fā)酵、

4、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵：低溫(1030)、中溫(3040)和高溫(5060)。在一定的溫度范圍內(nèi)，厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣率都隨著溫度的升高而增高。2.3碳氮比(C/N)物料碳氮比能直接影響厭氧發(fā)酵的處理效率和厭氧微生物的增長。通常認(rèn)為只要C/N比達(dá)到(2235)：1，就可以滿足厭氧發(fā)酵的營養(yǎng)要求。如果C/N高，反應(yīng)器內(nèi)氮源不足，系統(tǒng)的緩沖能力比較低，容易造成揮發(fā)性脂肪酸的累積，使得pH下降。如果C/N低，反應(yīng)器內(nèi)氮量過多，pH容易上升，會導(dǎo)致銨鹽的累積，進(jìn)而抑制厭氧發(fā)酵進(jìn)程?？傊^高或過低的C/N都會減弱厭氧微生物的活性，進(jìn)而影響厭氧發(fā)酵效果。2.4微量元素微量元素鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(N

5、i)等可以促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的生長，在微生物的酶系統(tǒng)中對產(chǎn)甲烷階段起調(diào)控作用，加快甲烷的生成進(jìn)度。微量元素不僅可以提高揮發(fā)性脂肪酸的轉(zhuǎn)化效率，從而消除揮發(fā)性脂肪酸在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的積累，提高甲烷產(chǎn)量，而且還可以拮抗氨氮和鈉離子的抑制作用，進(jìn)一步保證了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2.5有機(jī)負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷是厭氧發(fā)酵的重要影響因素，在一定范圍內(nèi)沼氣和甲烷產(chǎn)量隨著有機(jī)負(fù)荷的增加而增加。但有機(jī)負(fù)荷如果過高的話，往往會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)丙酸的累積，使得反應(yīng)器“酸化冶，從而抑制產(chǎn)甲烷菌的生長，嚴(yán)重的話會使得厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。而有機(jī)負(fù)荷過低的話，會影響厭氧發(fā)酵效率，降低產(chǎn)氣率，增加厭氧發(fā)酵的運(yùn)行成本。2.6污泥濃度厭氧發(fā)酵反應(yīng)

6、體系中的污泥濃度也是影響厭氧發(fā)酵的關(guān)鍵因素，污泥濃度低，發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌的濃度也低，難以快速降解在產(chǎn)酸過程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，會造成揮發(fā)性脂肪酸的累積，使得發(fā)酵速率變慢，產(chǎn)氣周期增長，嚴(yán)重時就會導(dǎo)致厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。污泥濃度高，會縮短厭氧發(fā)酵的啟動周期，提高厭氧發(fā)酵處理效率，但過高的污泥濃度則會降低厭氧發(fā)酵物料的處理效率。2.7有毒物質(zhì)氨氮、重金屬、硫酸鹽等物質(zhì)，都會嚴(yán)重影響產(chǎn)甲烷菌的生長增殖，特別是硫酸鹽，很容易抑制厭氧發(fā)酵的產(chǎn)甲烷過程，使得反應(yīng)失敗。加入鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等金屬元素，可以有效緩沖有毒物質(zhì)的毒害，促進(jìn)產(chǎn)甲烷進(jìn)程。三、厭氧發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展厭氧發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展伴隨著

7、厭氧生物處理器的發(fā)展和更新?lián)Q代。3.1第一代厭氧生物處理器在二戰(zhàn)結(jié)束后，各個國家急需恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，工業(yè)快速發(fā)展，伴隨而來的問題就是工業(yè)廢水的處理問題，這時誕生了*一代厭氧生物處理器。第一代厭氧生物處理器在廢水沉淀池中增加了回流裝置，使處理器中的污泥濃度大大增加，顯著提升了反應(yīng)器的處理效率。但是這個時候的厭氧生物處理器，不能把污泥和水力停留時間完全分離，所以反應(yīng)器的處理周期相對較長，大約耗時30天。3.2第二代厭氧生物處理器為了改善第一代厭氧生物處理器的不足，研究者將固體填料填充在厭氧生物處理器中，如通過砂礫來過濾，使大量的厭氧污泥保留在處理器內(nèi)，水力和污泥能夠保持良好的接觸。這時期的厭氧生物處理器，逐漸開始應(yīng)用于小型工業(yè)廢水的處理領(lǐng)域中，厭氧生物處理技術(shù)也越來越成熟，出現(xiàn)了降流式固定膜反應(yīng)器(DSFF)、上流式厭氧污泥床(UASB)等第二代厭氧生物處理器。但是，這個時期的厭氧生物處理器由于廢水中的懸浮物太多，很容易產(chǎn)生堵塞，縮短設(shè)備的使用壽命，使得污水的處理成本增加。3.3第三代厭氧生物處理器為了解決反應(yīng)器容易堵塞的問題，第三代厭氧生物處理器通過增加攪拌器來加大水力的回流