廢（fèi）水厭氧處理原理全（quán）方位詳解

在汙水處理過程（chéng）中，廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發酵；是指在厭氧條件下由多種（厭氧或兼性）微（wēi）生物的共同作用下，使有（yǒu）機物分解並（bìng）產生CH4和（hé）CO2的過程。

一、厭氧生物處理中的基本（běn）生物過程

1、三階（jiē）段理論厭氧微生（shēng）物學（xué）的研究表明，產甲烷菌是一類十分特（tè）別的古細菌（Archea），除了在分類學和其特殊（shū）的學報結構外，其最主要的特（tè）點是：產（chǎn）甲烷細菌隻能利用一些簡單有機物（wù）作為基質，其中主要是一些簡單的一碳（tàn）物質如甲酸、甲醇、甲基胺類以及H2/CO2等，兩碳物質（zhì）中隻有乙酸，而不能利用其（qí）它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類。①水解、發酵（jiào）階段（duàn）：②產氫產乙酸階段：產氫產乙酸菌，將丙酸、丁酸等（děng）脂肪酸和（hé）乙醇等轉化為乙（yǐ）酸、H2/CO2；③產甲（jiǎ）烷階段：產甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產生CH4；一般認為，在厭氧生物（wù）處理過程中（zhōng）約有70%的CH4產自乙酸的分解，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（jī）礎上，增加了一類細菌——同型產乙酸菌，其主要功能是可以將產氫（qīng）產乙酸細菌產生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明（míng），實（shí）際上這一部分由H2/CO2合成而來的乙酸的量較少，隻占厭氧（yǎng）體係中總乙酸量的5%左右。總體來說，“三階段理論”、“四階段理論（lùn）”是目前公認的對厭（yàn）氧生物（wù）處理過（guò）程較全麵和（hé）較準確的描述。

二、厭氧（yǎng）消化過程中的主要微生物主要介紹其中（zhōng）的發酵細菌（產酸細菌）、產氫產乙酸菌、產甲烷菌等。

1、發酵（jiào）細菌（產酸（suān）細菌）：發酵產酸細菌的主要功能有（yǒu）兩種（zhǒng）：①水解——在胞外酶的作用下，將不溶性有機物水（shuǐ）解成可溶性有機（jī）物；②酸化——將可溶性大分子有機物轉化為脂肪酸、醇（chún）類等；主（zhǔ）要（yào）的發酵產（chǎn）酸細菌：梭菌屬、擬杆菌屬（shǔ）、丁酸弧菌屬、雙岐杆菌屬（shǔ）等；水解過程較緩慢，並（bìng）受（shòu）多種因素影響（pH、SRT、有機（jī）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；大多數是厭氧菌，也有大量是兼（jiān）性厭氧菌（jun1）；可以按（àn）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（fèn）解菌、脂肪分解菌等。

2、產氫產乙酸菌（jun1）：產氫產乙（yǐ）酸細菌（jun1）的主要功能是將各種高級脂肪酸和醇類氧化分解（jiě）為乙酸和（hé）H2；為產甲烷（wán）細菌提供合適的基質，在厭氧係統中常常與產甲烷細菌處於共生互營關（guān）係。主要（yào）的產氫產乙（yǐ）酸反應有：注意：上（shàng）述（shù）反應隻有在乙酸濃度很低、係統（tǒng）中氫分壓（yā）也很低時才能順利進行，因此產氫產乙酸反應的（de）順利進行，常（cháng）常需要後續（xù）產甲烷反應能及（jí）時將其主要的兩（liǎng）種產物乙酸和H2消耗掉。主要的產（chǎn）氫產乙（yǐ）酸細菌多為：互營單胞菌屬、互營杆菌屬、梭菌屬、暗杆菌屬等；多數是嚴格厭氧菌（jun1）或兼性厭氧菌。3、產甲烷菌產（chǎn）甲烷（wán）細菌的主要功能是將產氫產（chǎn）乙酸菌的產物——乙酸和（hé）H2/CO2轉化為CH4和CO2，使厭氧消化（huà）過程得以順利進（jìn）行；主要可分為兩大（dà）類（lèi）：乙酸營養型和H2營養型產甲烷菌（jun1），或稱為嗜乙酸產甲烷細菌和嗜氫（qīng）產（chǎn）甲烷細菌；一般來說，在自然界中乙酸（suān）營養型產甲烷菌的種類較少，隻有Methanosarcina（產（chǎn）甲烷八疊球菌）Methanothrix（產甲烷（wán）絲狀菌），但這兩（liǎng）種（zhǒng）產甲烷細菌在厭氧反應器中居多，特別是後者，因為在厭氧反應器中乙酸是主（zhǔ）要的產甲烷基質，一般來說有（yǒu）70%左右的甲烷是來自乙酸的氧化分解。 典型的產甲烷反應：產甲烷菌有各（gè）種不同的（de）形態（tài），常（cháng）見的有：①產甲（jiǎ）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（jiǎ）烷菌都是嚴格厭（yàn）氧細菌，要求氧（yǎng）化還原（yuán）電位在-150～-400mv，氧和氧化劑對其（qí）有（yǒu）很強的毒害作用；產（chǎn）甲烷菌的增（zēng）殖速（sù）率（lǜ）很慢，繁殖世代時間長，可達4～6天（tiān），因此，一般情況下產甲烷反應是厭氧消（xiāo）化的限速步驟。

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

1、溫度：溫度對厭氧微生物的影響尤為顯著；厭氧細菌可分為嗜熱（rè）菌（或高（gāo）溫菌）、嗜溫（wēn）菌（中溫菌（jun1））；相應地，厭氧消化（huà）分為：高溫（wēn）消化（55°C左右）和中溫消化（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（lǜ）也較高，但氣體中甲烷含量較低；當處（chù）理（lǐ）含有病原菌和寄生蟲卵的（de）廢水或（huò）汙泥時，高溫消化可取得較好的衛生效果，消化後汙泥的脫水性能也較好；隨著新型厭氧（yǎng）反應（yīng）器的開發（fā）研究和應（yīng）用（yòng），溫度對厭氧消化的影響不再非常重要（新型反（fǎn）應器內的生物量很大），因此可（kě）以在常溫條件下（20~25°C）進行，以節省能量和運行費用。

2、pH值和堿度：pH值是厭（yàn）氧（yǎng）消化過程中的最重要的影響因素；重要原因：產甲烷菌對pH值的變化非常敏感，一般認為，其最適pH值範圍（wéi）為6.8~7.2，在<6.5或>8.2時，產（chǎn）甲烷（wán）菌會受到（dào）嚴重抑製，而進一步導致整個厭氧消化過程的惡化；厭氧體係中的pH值受多種因素的影響：進水pH值、進水水質（有機物（wù）濃度、有機物種類等）、生化反（fǎn）應、酸堿平衡、氣固液（yè）相間的溶解平衡等（děng）；厭氧體係是一個pH值的緩衝體係，主要（yào）由（yóu）碳酸鹽（yán）體係所控製；一（yī）般來說：係統中脂肪酸含量的增加（累積），將消耗？HCO3，使（shǐ）pH下降；但產甲烷（wán）菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會產生？HCO3，使係（xì）統的pH值（zhí）回升。堿度（dù）曾一度在厭氧消化中被（bèi）認為是一個至關重（chóng）要的影響因素（sù），但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（chí）合適的pH值（zhí）；厭（yàn）氧體係一旦發生（shēng）酸化，則需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菌進（jìn）行正常生理活動的基本條件；非產甲烷菌可以在氧化還原電位為+100~-100mv的環（huán）境正常生長和活動；產甲烷（wán）菌的最適氧化（huà）還原電位為-150~-400mv，在培養產甲烷菌的初期，氧化還（hái）原（yuán）電位不能高於-330mv；4、營養要求：厭氧微生物對N、P等營養物質的（de）要求略低（dī）於好氧微生物，其（qí）要（yào）求COD：N：P=200：5：1；多數厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或氨基酸的功能，所以有時需要（yào）投加：①K、Na、Ca等金屬鹽類；②微量元素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（dá）50~80kgCOD/m3.d；無傳（chuán）氧的限製；可以積聚更高的生物量。產酸階段的反應速率遠高於產甲烷階段，因此必須十分謹慎地選擇有機負荷；高的有機（jī）容積負（fù）荷的前提是高的生（shēng）物量，而相應較低（dī）的汙泥負荷（hé）；高的有機（jī）容積負（fù）荷可以縮短（duǎn）HRT，減少（shǎo）反應器容積。6、有毒（dú）物質：常見的抑製性物質有（yǒu）：硫化物（wù）、氨氮、重金（jīn）屬（shǔ）、氰化物及某些有機物；①硫化物和硫酸鹽：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易（yì）在厭氧消化（huà）過程中被還原成硫化物；可（kě）溶的（de）硫化物達到一定濃度時，會對厭氧消化過程（chéng）主要是產甲烷過程產生抑製作用；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（wù）的抑製作用。②氨氮（dàn）：氨氮是厭氧（yǎng）消化的緩（huǎn）衝劑；但濃（nóng）度過高，則會對厭氧消化過程產生毒害（hài）作用；抑製濃度為（wéi）50~200mg/l，但馴化後，適（shì）應能力會得（dé）到加強。③重金屬：——使厭氧細菌的（de）酶係統受（shòu）到（dào）破壞。④氰化物：⑤有毒有機物（wù）：

四、厭氧（yǎng）生物處理（lǐ）的主（zhǔ）要特征

1、厭氧生物處理（lǐ）過程的主要優點：①能耗大大降（jiàng）低（dī），而且還（hái）可以回收（shōu）生物能（沼氣）；②汙（wū）泥產量很（hěn）低；——厭氧微生（shēng）物的（de）增殖速率比好氧微生物低得（dé）多，產酸菌的產率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產甲烷菌的產率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產率（lǜ）約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。③厭氧微生物有可能對好氧微生（shēng）物不（bú）能降解的一些有機物進行降解或部分降解；④反應（yīng）過程較為複雜（zá）——厭氧消（xiāo）化是由多種不同性（xìng）質（zhì）、不同功能的微生物（wù）協同工作的一個連續的微生（shēng）物過程；

2、厭氧生物處理（lǐ）過程的主要（yào）缺點：①對溫度、pH等環境因素較敏感；②處理出水水質較差，需進一步（bù）利用好氧（yǎng）法進行處理（lǐ）；③氣味較（jiào）大；④對氨氮的去除效果（guǒ）不好。