厭氧生化處理技術(shù)

廢水厭氧生化處理在無(wú)分子氧條件下通過(guò)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(jī)物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程。與好氧過(guò)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(lèi)，脂肪酸.氮基眺，不和二就化碟；<菌屬.擬桿茵屬、丁陵茹首屬.觀(guān)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(yù)果施笛晨，滯，譽(yù)#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(guò)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(lèi)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(lèi)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(jī)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(jī)物cn+epj1產(chǎn)甲烷菌特點(diǎn)：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(lèi)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(zhǎng)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(duì)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(guò)程。以下主要討論對(duì)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(yíng)養(yǎng)比、混合接觸情況、有機(jī)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(dòng)不利于厭氧消化作用。短時(shí)間內(nèi)溫度升降5C,沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動(dòng)的幅度過(guò)大時(shí)，甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動(dòng)，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(duì)溫度變化更為敏感。

2.2pH值」3h7苫9PH圖15TpH值對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)產(chǎn)甲烷尚活性的影響微生物對(duì)pH值的波動(dòng)十分敏感，在適宜的pH值范圍內(nèi)pH值的改變也會(huì)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(duì)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(lái)反映水溶液中所有物質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)的宏觀(guān)氧化-還原性。氧化還原電位越高，氧化性越強(qiáng)，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(shuō)明溶液顯示出還原性。無(wú)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(duì)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(guò)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(guò)程中微生物的生命活動(dòng)，這類(lèi)物質(zhì)被稱(chēng)為抑制劑。抑制劑包括部分氣態(tài)物質(zhì)、重金屬離子、酸類(lèi)、醇類(lèi)、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(zhǎng)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(yùn)行的必要條件，但過(guò)高會(huì)抑制甲烷菌的生長(zhǎng)，從而破壞消化過(guò)程。對(duì)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(guò)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(jī)物、無(wú)機(jī)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(duì)底物的適應(yīng)性和活微生物中生長(zhǎng)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?；钚晕勰嗟某恋硇阅芘c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(jì))，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(shí)，廢水中的有機(jī)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?yàn)椋孩艆捬跷勰嗟纳L(zhǎng)率低、增長(zhǎng)速度慢，積累時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后，污泥中無(wú)機(jī)成分比例增高，活性降低；⑵污泥濃度過(guò)高有時(shí)易于引起堵塞而影響正常運(yùn)行。-圖15-6和圖15-7分別說(shuō)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(jī)負(fù)荷通常指容積有機(jī)負(fù)荷，簡(jiǎn)屈容積負(fù)荷，即消化器.單伯.容積每天接受的有機(jī)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(jī)負(fù)荷是影響厭氧州化效率的一個(gè)重要因素，直接影響產(chǎn)氣星和處理效率。在-定時(shí)間內(nèi)，隨著有機(jī)負(fù)荷的提高.產(chǎn)氣量增加，但處理程度下降，反之亦然，對(duì)于具體的應(yīng)用場(chǎng)合，進(jìn)料的有機(jī)物濃度是一定的，有機(jī)負(fù)荷的提高意味著水力停留時(shí)間縮短，有機(jī)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(yíng)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(lài)以生長(zhǎng)、繁殖的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。厭氧菌生命活動(dòng)需要一定比例的氮素和碳素。同時(shí)，厭氧過(guò)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(shí)驗(yàn)研究表明，氨氮對(duì)厭氧消化過(guò)程有較強(qiáng)的毒性或抑制性，NH3對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性有比NH4+更強(qiáng)的抑制能力。C/N比過(guò)高，細(xì)菌和其他微生物的生長(zhǎng)繁殖受到限制，有機(jī)物的分解速度就慢、發(fā)酵過(guò)程就長(zhǎng)。C/N比過(guò)低，易造成系統(tǒng)中氨氮濃度過(guò)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(jī)械攪拌、泵循環(huán)等。機(jī)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(dòng)，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(jī)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(diǎn)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(jī)廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機(jī)廢水，又適用于中、低濃度有機(jī)廢水。有些有機(jī)物對(duì)好氧生物處理法來(lái)說(shuō)是難降解的，但對(duì)厭氧生物處理是可降解的、如固體有機(jī)物、著色劑蒽釀和某些偶氮染料等。為什么好氧、厭氧對(duì)有機(jī)廢水濃度適應(yīng)性會(huì)有所不同？對(duì)于好氧處理，有機(jī)物濃度越高，所需氧氣濃度越高，曝氣費(fèi)用越高。即好氧處理的有機(jī)物濃度越高，處理成本越大。厭氧處理不存在這一問(wèn)題。為什么厭氧可以降解某寫(xiě)好氧難以降解的有機(jī)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(fèi)用隨著有機(jī)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(jī)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(shí)，采用厭氧處理即有能量剩余。有機(jī)物濃度愈高，剩余能量愈多。一般厭氧法的動(dòng)力消耗約為活性污泥法的1/10。有機(jī)負(fù)荷高通常好氧法的有機(jī)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(jī)負(fù)荷有所不同？厭氧法處理的有機(jī)物濃度高于好氧，自然有機(jī)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(shí)，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(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)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(jī)物、無(wú)機(jī)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(zhǎng)(兩次細(xì)胞分裂之間的時(shí)間)。厭氧生化污泥處理和處置簡(jiǎn)單的原因？首先，有機(jī)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(guò)厭氧消化，大部分病原菌或蛐蟲(chóng)卵被殺滅或作為有機(jī)物被分解，使污泥無(wú)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(jī)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(jī)物被厭氧分解，轉(zhuǎn)化成沼氣，這本身也是一種減量過(guò)程。氮、磷營(yíng)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(duì)氮、磷缺乏的工業(yè)廢水所需投加的營(yíng)養(yǎng)鹽量較少。為什么需氮、磷較少？厭氧過(guò)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(shí)驗(yàn)研究表明，氨氮對(duì)厭氧消化過(guò)程有較強(qiáng)的毒性或抑制性，NH3對(duì)產(chǎn)甲烷菌的活性有比NH4+更強(qiáng)的抑制能力。厭氧處理過(guò)程有一定的殺菌作用，可以殺死廢水和污泥中的寄生蟲(chóng)卵、病毒等。厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期貯存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)。厭氧處理的缺點(diǎn)厭氧微生物增殖緩慢，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。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(jī)物濃度較高，需要進(jìn)一步處理。一般厭氧處理的有機(jī)負(fù)荷高，有機(jī)負(fù)荷高則處理程度較低。有機(jī)物經(jīng)過(guò)水解酸化后生成小分子有機(jī)物，再經(jīng)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用生成乙酸，產(chǎn)甲烷對(duì)環(huán)境要求較高，因此很難將廢水中的所有有機(jī)物都進(jìn)一步分解成甲烷、水