廢水（shuǐ）厭（yàn）氧處理（lǐ）原理全方位詳解

在（zài）汙水處理過程中（zhōng），廢水（shuǐ）厭（yàn）氧生物（wù）處理在早期又被稱（chēng）為厭氧消化、厭氧發酵；是指在厭氧條件下由多（duō）種（zhǒng）（厭（yàn）氧或兼性）微生物的共同作用下，使有機（jī）物分解並產（chǎn）生（shēng）CH4和CO2的過程。

一、厭氧生物處理中的基本生物過程

1、三階段理論厭氧微生物學的研究表明，產（chǎn）甲烷菌是一類十分特別的古細菌（Archea），除了在分類學和其特殊的學報結構外，其最主要的特點是：產甲烷細菌隻能利用一些簡單有機（jī）物作為（wéi）基質，其中主要是一些簡單的一碳物質如（rú）甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等（děng），兩碳物質中隻有乙酸，而（ér）不能利用其它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類。①水解（jiě）、發酵階段：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（děng）轉化為乙酸、H2/CO2；③產甲烷階段：產甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產生CH4；一般（bān）認為，在厭氧生物處理過程中（zhōng）約有70%的CH4產（chǎn）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，是在上述三階段理論的基礎上，增加了一類（lèi）細菌——同型產乙酸菌，其主要功能是可以將產氫產乙酸細菌產生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實（shí）際上（shàng）這一部分由H2/CO2合成而來（lái）的乙酸的量較少，隻（zhī）占厭（yàn）氧體係中（zhōng）總乙酸量的5%左右。總體（tǐ）來說，“三階段理論”、“四階段理論”是目（mù）前公認的對厭氧生物處（chù）理過程較全麵和較準確的（de）描述。

二、厭氧消化（huà）過程（chéng）中的主（zhǔ）要微生物主要介紹其中的（de）發（fā）酵細菌（產酸細菌）、產（chǎn）氫產乙酸菌、產甲烷菌（jun1）等。

1、發酵細菌（產酸細菌）：發酵產酸細菌（jun1）的主要功能有兩種：①水解（jiě）——在胞外酶的作用下，將不溶性有（yǒu）機物水（shuǐ）解成可溶性有機物；②酸（suān）化——將可溶性大（dà）分子有（yǒu）機物轉化為脂肪酸、醇類等；主要的發酵產酸細菌：梭菌屬、擬杆菌（jun1）屬、丁酸弧菌屬（shǔ）、雙岐杆菌屬等（děng）；水解過程較緩慢，並受多種因素影響（pH、SRT、有機物種類等），有時會成為厭氧反應的限速步驟；產酸反應的速率較快；大多數（shù）是厭氧菌，也有大量是（shì）兼性（xìng）厭氧菌；可（kě）以按功能來（lái）分：纖維素分解菌、半纖維素分解（jiě）菌、澱粉分解菌、蛋白質分解菌、脂肪（fáng）分（fèn）解菌等。

2、產氫產乙酸菌：產氫產乙酸細菌（jun1）的（de）主要功能是將各種高（gāo）級脂肪酸和醇類氧化分（fèn）解為乙酸和H2；為產甲烷（wán）細（xì）菌提供合適的（de）基質，在厭氧係（xì）統中常常與產甲（jiǎ）烷細菌處（chù）於共生互營關係。主要（yào）的產氫產乙酸反應有：注意：上述反應隻有在乙酸（suān）濃度很低、係統（tǒng）中氫分壓也（yě）很低時才能順利進行，因此產氫產乙酸反應的順利進行，常常（cháng）需（xū）要（yào）後續產（chǎn）甲烷反應能及時將其主要的兩種產物乙酸和H2消耗掉。主要的產氫產乙酸細菌多為（wéi）：互營單胞菌屬、互營杆菌屬、梭菌屬、暗杆菌屬等；多數是嚴（yán）格厭氧菌或兼（jiān）性（xìng）厭氧菌。3、產甲烷菌產甲烷細菌的主要功（gōng）能是將產氫產乙酸菌的產物——乙酸和H2/CO2轉化為CH4和CO2，使厭氧消化過程得（dé）以順利進行；主要（yào）可（kě）分為兩大類：乙（yǐ）酸營養型和H2營養型產甲烷（wán）菌，或稱為嗜乙酸（suān）產甲（jiǎ）烷細菌和嗜氫產甲烷細菌；一般（bān）來說，在自然（rán）界中乙酸營養型產甲烷菌的種類（lèi）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（wán）細菌在（zài）厭氧反應器中居多，特別是後者，因為在厭氧反應器（qì）中乙酸是（shì）主要的產甲烷基（jī）質，一般（bān）來說有70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解。 典型的產甲烷反應：產甲（jiǎ）烷菌有各種不同的形態，常見的有：①產甲烷杆菌；②產甲烷球菌；③產甲烷八疊球菌；④產甲烷絲菌；等等。產甲烷菌都是嚴格厭氧細菌（jun1），要求氧化還原電位在（zài）-150～-400mv，氧和氧化劑對其有很強的毒害作用；產甲烷菌的增（zēng）殖速率很慢，繁殖（zhí）世代時間長，可達4～6天，因（yīn）此，一（yī）般（bān）情況下產甲烷反應是厭氧消化的限速步驟。

三、厭氧生（shēng）物處理的影響因（yīn）素產甲烷反應是厭氧消化過程的控製階段，因此（cǐ），一般（bān）來說，在討論厭氧生物處理的影響因素時（shí）主要討論影（yǐng）響產甲（jiǎ）烷菌的各項因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還原電位、營養物（wù）質、F/M比、有毒物質等。

1、溫（wēn）度：溫度（dù）對厭氧微生物的影響尤為顯（xiǎn）著；厭氧細菌可分為嗜熱菌（或高溫（wēn）菌）、嗜溫菌（中溫菌）；相應地，厭氧消化分為（wéi）：高溫消化（55°C左右）和中溫消（xiāo）化（35°C左右）；化的反應速率約為中溫消化的1.5~1.9倍，產氣率也（yě）較高，但氣體中甲烷含量較低；當處理含有病原菌和寄（jì）生蟲卵（luǎn）的廢水或汙泥時，高溫消化可取得較好的衛生效果，消化後汙泥的脫（tuō）水性能（néng）也較好；隨著新型厭氧反應器的（de）開發（fā）研究和應用，溫度對厭氧消化的影響不（bú）再非常重要（新型反應（yīng）器內的生物量很大），因此（cǐ）可以在常溫條件下（20~25°C）進行，以節省（shěng）能量和運行費用。

2、pH值和堿度（dù）：pH值是厭氧消化過程中的最重（chóng）要的影響因素；重要原因：產甲烷菌對pH值的變化非（fēi）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，產甲烷菌會受到嚴重（chóng）抑製，而進（jìn）一步導致整個厭氧消化（huà）過程的惡化（huà）；厭氧體係中的pH值受多種因素的影響（xiǎng）：進水pH值、進水（shuǐ）水質（有機物濃度、有機物種類等）、生（shēng）化反應、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平（píng）衡等；厭（yàn）氧體係是一個pH值的緩衝體係，主（zhǔ）要由碳酸鹽體（tǐ）係所控製（zhì）；一般來說：係統中脂肪酸含量的增（zēng）加（累積），將消（xiāo）耗？HCO3，使pH下降；但產甲烷菌（jun1）的作用不但可以消耗脂（zhī）肪酸，而且還會產生？HCO3，使係統的pH值回升。堿度曾一度在厭氧消化中被認為是一個至（zhì）關重（chóng）要的影響因素，但（dàn）實際上其作用主要是保證厭氧體係具有一定的緩衝能力，維持合適的pH值（zhí）；厭氧體係一旦發生酸（suān）化（huà），則需（xū）要很長的時間才能恢複。3、氧化還原電位：嚴格的厭氧環境是產甲烷（wán）菌進行（háng）正常（cháng）生理活動的基本條件；非產甲烷菌可以在氧（yǎng）化還原（yuán）電位為（wéi）+100~-100mv的環境正常（cháng）生長和活動；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期，氧化還原電位（wèi）不能（néng）高（gāo）於-330mv；4、營養要求（qiú）：厭氧微生（shēng）物對N、P等營養物質的要（yào）求略低於好氧（yǎng）微（wēi）生物，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微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；③有機（jī）微量（liàng）物質：酵母浸出膏、生物素、維生素等。5、F/M比：厭氧生物處理的有機物負荷較好氧生物處理更高，一般（bān）可達5~10kgCOD/m3.d，甚至可達50~80kgCOD/m3.d；無傳氧的限製；可以積聚更高的生物量。產酸階段的反應速率遠（yuǎn）高於產甲（jiǎ）烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有機負荷；高的有（yǒu）機容積負荷（hé）的前提是（shì）高的生物量，而相應較低的汙泥負荷；高的有機（jī）容積負荷可以縮短HRT，減（jiǎn）少反（fǎn）應器容積（jī）。6、有毒物質：常見的抑製性（xìng）物質有：硫化（huà）物、氨氮（dàn）、重金（jīn）屬、氰化（huà）物及某些有（yǒu）機物；①硫化物（wù）和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化（huà）過程中被還原成硫化物；可溶的（de）硫（liú）化物達到一（yī）定濃度時（shí），會對厭氧消化過程主要是（shì）產甲烷過程（chéng）產（chǎn）生抑製作（zuò）用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-，或從係統中吹脫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（zé）會對厭氧消化過程產生毒害作用；抑製濃度為50~200mg/l，但馴化後，適應能（néng）力會得（dé）到加強。③重金屬：——使厭（yàn）氧細菌（jun1）的酶係統受到破壞。④氰化物：⑤有毒有機物：

四、厭氧生物處理（lǐ）的主要特征

1、厭（yàn）氧生物處理過程的主要（yào）優點：①能耗大大（dà）降低，而（ér）且還可以回收生物（wù）能（沼氣（qì））；②汙泥產量（liàng）很低；——厭氧微（wēi）生物的增殖速率比好氧微生物低得多（duō），產酸菌的產率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產甲（jiǎ）烷菌的產率Y為0.03kgVSS/kgCOD左（zuǒ）右，而好氧微生物的產率約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。③厭（yàn）氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進（jìn）行降（jiàng）解或部分（fèn）降（jiàng）解；④反（fǎn）應過程（chéng）較（jiào）為複（fù）雜——厭（yàn）氧消化是由多種不同性質、不同功能的微生物協（xié）同工作的一個連續的微生物過程；

2、厭氧生物（wù）處理過程的主要缺點：①對（duì）溫（wēn）度、pH等環境因素較（jiào）敏感；②處理（lǐ）出水水質較差，需（xū）進一步（bù）利用好氧（yǎng）法進行處理（lǐ）；③氣味較大；④對（duì）氨氮的（de）去除效果不好。