廢水厭氧處理（lǐ）原理全方位詳解

在汙水處理過程中，廢水（shuǐ）厭氧生物處（chù）理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發酵；是指在厭氧（yǎng）條件下由多種（厭氧或兼性）微生物的共同作用（yòng）下，使有機物分解並產生CH4和（hé）CO2的過程。

一、厭氧生物處理中（zhōng）的基本（běn）生物過程

1、三階段理論厭氧（yǎng）微生物學（xué）的研究表明，產甲烷菌是一類十分特別的古細（xì）菌（jun1）（Archea），除了在分（fèn）類（lèi）學和其特殊的學報（bào）結（jié）構外（wài），其最主要的特點是：產甲（jiǎ）烷（wán）細菌隻能利用一（yī）些簡單（dān）有機物作為基質，其中主要是一些簡單的一碳物質如甲酸、甲醇、甲基胺類以及（jí）H2/CO2等（děng），兩碳物（wù）質中隻有乙酸，而不能利用其它含（hán）兩碳或以上的脂肪（fáng）酸和甲醇（chún）以外的醇類。①水解（jiě）、發酵階（jiē）段：②產氫產乙酸階段：產氫產乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉化為乙酸、H2/CO2；③產甲烷階段：產甲烷菌利用（yòng）乙酸和H2、CO2產生CH4；一般（bān）認為，在厭氧生（shēng）物處理過程中約有（yǒu）70%的CH4產自乙酸的分（fèn）解，其餘的則產自H2和CO2。

2、四階段理論：實際上，是（shì）在上述三（sān）階段理論的基礎上，增加了一（yī）類細菌——同型產乙酸菌，其主要功（gōng）能是可以將產氫產乙酸細菌產生的（de）H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實際（jì）上這一部（bù）分由H2/CO2合（hé）成而來的乙酸的量較少，隻占厭氧體係中總乙酸量的5%左右。總體來說，“三階段理論”、“四階（jiē）段理論”是目前公認（rèn）的對厭氧生物處理過程較全（quán）麵和較準確的描述。

二、厭氧消化過程中的主要微生（shēng）物主（zhǔ）要介紹其中的發酵細菌（產酸細（xì）菌）、產氫產乙酸菌、產甲烷（wán）菌等。

1、發酵細菌（產（chǎn）酸細菌（jun1））：發酵產酸細菌（jun1）的主要功能有兩種：①水解——在胞（bāo）外酶的作用下，將不溶（róng）性有機（jī）物水（shuǐ）解成可溶性有機物；②酸化——將可溶性大分子有機（jī）物轉化為脂（zhī）肪酸、醇類等；主要的發酵產酸細菌：梭菌屬（shǔ）、擬杆菌屬、丁酸弧菌屬、雙（shuāng）岐杆菌屬等；水解過程較緩慢，並受多種因素影響（pH、SRT、有機物種類等），有時（shí）會成（chéng）為（wéi）厭氧反應的限速步驟；產酸反應（yīng）的速率較快；大（dà）多數是（shì）厭氧菌，也（yě）有大量是兼性厭（yàn）氧菌；可以按功能來分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、澱粉分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌等（děng）。

2、產（chǎn）氫產乙酸菌：產氫產（chǎn）乙（yǐ）酸細菌的主要功（gōng）能是將各種高級脂肪酸和醇類氧（yǎng）化分解為乙酸和H2；為產甲烷細菌提供（gòng）合適的基質，在厭氧係（xì）統中常常與產甲（jiǎ）烷細菌處於共生互營關係。主要的產氫產乙酸反應有：注意（yì）：上述反應隻有在乙酸濃度很低（dī）、係統中氫分（fèn）壓也（yě）很低時（shí）才能順利進行，因（yīn）此產氫產（chǎn）乙酸反應的順利進行（háng），常常需要（yào）後續產甲（jiǎ）烷反應能及時將其主要的兩種產物乙酸（suān）和H2消耗掉。主要的產（chǎn）氫產乙酸細菌（jun1）多為：互營單胞菌屬、互營杆（gǎn）菌屬、梭菌屬、暗杆菌屬等；多數是嚴格厭氧菌或兼性厭氧菌。3、產甲（jiǎ）烷菌產甲烷細菌的主要功能是將產氫產（chǎn）乙酸菌的產物——乙酸和H2/CO2轉化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得以順利進行；主要可分為兩大類：乙酸營養（yǎng）型（xíng）和（hé）H2營養（yǎng）型產甲烷菌，或稱為嗜乙酸產甲烷（wán）細菌和嗜氫產甲烷細菌；一般來說，在自然界中乙酸營養型（xíng）產甲烷菌的種（zhǒng）類較少，隻有Methanosarcina（產甲烷八疊球菌）Methanothrix（產甲烷絲狀菌），但這兩種產甲烷細菌在厭氧反應器中居多（duō），特別（bié）是後者，因為（wéi）在厭氧反應器中乙酸是主要的產甲烷基質，一般來說有（yǒu）70%左右的甲烷是來自乙（yǐ）酸的（de）氧化分解。 典型（xíng）的產甲烷反應：產甲烷菌有各種不同的形態，常見（jiàn）的有：①產甲烷杆菌；②產甲烷球菌；③產甲烷八（bā）疊球菌；④產甲烷絲菌；等等。產（chǎn）甲烷菌都（dōu）是嚴格（gé）厭氧細菌，要求氧（yǎng）化（huà）還原電位在-150～-400mv，氧（yǎng）和氧化劑對其（qí）有很強的毒害作用；產甲（jiǎ）烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代時間長，可達4～6天，因此，一般情況下產甲烷反應是厭氧消化的限（xiàn）速步驟。

三、厭氧（yǎng）生物處（chù）理的影響因素產甲烷（wán）反應是厭氧消化過（guò）程（chéng）的控製階（jiē）段，因此，一般來說，在討論厭氧生物處理（lǐ）的影響因素時主（zhǔ）要討論影響產甲烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧（yǎng）化還原電（diàn）位（wèi）、營養（yǎng）物（wù）質、F/M比、有毒物質等。

1、溫度：溫度對厭氧微生物的影響尤（yóu）為顯著；厭氧細菌可分為嗜熱菌（或高溫菌（jun1））、嗜溫菌（中溫菌）；相應地，厭氧消化分為：高溫消化（55°C左右）和（hé）中溫消化（huà）（35°C左右）；化的（de）反應（yīng）速率約為中溫消化的1.5~1.9倍，產氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低；當處（chù）理含有病原菌和寄生蟲卵的廢水或汙泥時，高溫消化可取得較（jiào）好的衛生效果，消化後汙泥的脫水性能也較（jiào）好；隨著新型厭氧反應（yīng）器的開發研究和應用，溫度對（duì）厭氧消化的影響不再非常重要（新型（xíng）反應器內的（de）生物量很大），因此可以（yǐ）在常（cháng）溫條（tiáo）件（jiàn）下（20~25°C）進行，以節省能量和（hé）運行費用。

2、pH值和（hé）堿度：pH值是厭氧消化過程（chéng）中的最重要的影響因素；重要原因：產（chǎn）甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一般認為，其最適pH值範圍為6.8~7.2，在<6.5或>8.2時，產甲烷菌會（huì）受到嚴重抑製，而進一步導致整個厭氧（yǎng）消化過（guò）程（chéng）的惡化；厭氧體係中的pH值受多種因素的影響：進水pH值、進水水（shuǐ）質（有機物濃度、有機物（wù）種類等）、生化反應、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體係是一個（gè）pH值的緩衝體係，主要由碳（tàn）酸鹽體係（xì）所控製；一般來（lái）說：係統（tǒng）中脂肪酸含量（liàng）的增加（累積（jī）），將（jiāng）消耗？HCO3，使pH下降；但產甲（jiǎ）烷菌的作用不但（dàn）可以消耗脂肪酸，而且還會產生？HCO3，使係統的pH值回（huí）升。堿度曾一度在厭氧消化中被（bèi）認為是一個至關重要的影響因素，但實際上其作用（yòng）主要是保證厭氧（yǎng）體係具（jù）有一定的緩衝（chōng）能力，維持合（hé）適的pH值；厭氧體係一旦發生（shēng）酸（suān）化，則需要（yào）很長的時間才能恢複。3、氧化（huà）還（hái）原電位：嚴格的厭氧環境是產甲烷菌進行正常生理活動的基本條件；非產甲烷菌可（kě）以（yǐ）在氧化還原電位為+100~-100mv的環境正常生長和活動（dòng）；產甲烷菌的最適氧化還原電位為-150~-400mv，在培養產甲烷菌的初（chū）期，氧化還原電位不能高於-330mv；4、營養要求：厭（yàn）氧微生物對N、P等營養物質的要求略低於（yú）好（hǎo）氧微（wēi）生物（wù），其要求COD：N：P=200：5：1；多數厭氧菌不具有合（hé）成某些必要的維生素或氨基酸的功能，所以有時需要投加：①K、Na、Ca等金屬鹽類；②微（wēi）量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有機微量物質：酵母浸出膏、生物素、維生素等。5、F/M比：厭氧生物處理的（de）有機物負荷較好氧生物處理更高，一般可達5~10kgCOD/m3.d，甚至可達50~80kgCOD/m3.d；無傳氧的限製；可以積聚更高的（de）生物量。產酸（suān）階段的反應速（sù）率遠高於產甲烷階（jiē）段（duàn），因此必須十分謹慎地選（xuǎn）擇（zé）有機（jī）負荷；高的（de）有機容積負荷的前提是高的生物（wù）量，而相應較低（dī）的汙泥負荷；高的有機容（róng）積負荷可以縮短HRT，減少反（fǎn）應器容積（jī）。6、有毒物質：常見的抑製性物（wù）質有：硫化物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機物；①硫化物和硫酸鹽（yán）：硫（liú）酸鹽和其它硫的（de）氧化物很容易在（zài）厭氧消化過程（chéng）中被還原成硫化物；可（kě）溶的硫化物達到一定濃度時，會對（duì）厭氧消（xiāo）化過程主要是產甲（jiǎ）烷過（guò）程產生抑製作（zuò）用；投（tóu）加某些金屬如（rú）Fe可以去除S2-，或從係統（tǒng）中吹（chuī）脫H2S可以減輕硫化物的抑製作用。②氨氮：氨氮是厭氧消化的緩衝劑；但濃度過高，則會（huì）對厭氧消化（huà）過程產生毒害作用；抑製濃度為（wéi）50~200mg/l，但馴化後，適應能力會得（dé）到加強。③重金屬：——使厭氧細菌的酶係統受到（dào）破壞。④氰化物：⑤有毒有（yǒu）機物：

四、厭氧生物（wù）處理的主要特征

1、厭氧生（shēng）物處理過程的主要優點：①能耗大大降低，而（ér）且還可以回收生物能（沼氣）；②汙泥產量很（hěn）低；——厭氧微生物（wù）的增殖速（sù）率比好氧微生（shēng）物低（dī）得多，產酸菌的產率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產甲烷菌的（de）產率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而（ér）好（hǎo）氧微生物的產率約（yuē）為（wéi）0.25~0.6kgVSS/kgCOD。③厭氧微（wēi）生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有（yǒu）機物進行降解或部分降解；④反應過程較為複雜（zá）——厭氧消化是（shì）由（yóu）多種（zhǒng）不同性質、不同（tóng）功能的微生物協同工作的一個連續的（de）微生物過程；

2、厭氧生物處理過（guò）程的主要（yào）缺點：①對溫度、pH等環境因素較敏感；②處（chù）理出水（shuǐ）水質較差，需進一步利用好氧法進行處理；③氣味較大；④對氨氮的去除效果不好。