厭氧發酵處理工業廢水

【資料簡介】

　　在制藥、造紙、食品、釀酒等工業生產過程中，會產生大量高濃度有機廢水。工業廢水的厭氧發酵處理是一種具有可行性的資源化處理技術，已經有一百多年的歷史，在現階段能源緊缺的情況下，厭氧發酵處理工業廢水是一種可以在不產生二次污染的同時供應能源的環保新技術。厭氧發酵不僅能夠降低廢水中污染物濃度，過程中產生的代謝產物甲烷有較高肥效，具有降低溫室氣體排放的巨大潛力，作為目前*具前景的生物質能源利用技術之一而備受關注。
 

　　一、厭氧發酵的基本理論
 

　　厭氧發酵的4個基本過程可分為水解過程、發酵過程、產氫產乙酸過程和產甲烷過程，按基本過程的劃分厭氧發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論。
 

　　1.1二階段理論
 

　　二階段理論包括酸性發酵階段和甲烷發酵階段，酸性發酵階段是厭氧酸性發酵細菌將大分子有機物分解成小分子中間產物如二氧化碳、氫氣、羧酸類和醇類等。在甲烷發酵階段，酸性發酵階段產生的中間產物在產甲烷菌的作用下轉化成甲烷。
 

　　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酵階段，在這個階段，專性厭氧菌和兼性厭氧菌把復雜的有機物分解成較為簡單的有機物，如纖維素分解成簡單的糖類，蛋白質分解成氨基酸，脂類分解成脂肪酸和甘油等。然后產酸菌把這些簡單有機物分解成乙酸、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酵階段分成兩步，四階段包括復雜有機物分解成簡單有機物的水解階段、簡單有機物發酵生成揮發性脂肪酸和醇類的發酵階段、中間產物進一步轉化為乙酸和氫氣的產氫產乙酸階段、乙酸和氫氣轉化為甲烷的產甲烷階段。
 

　　二、厭氧發酵的影響因素
 

　　厭氧發酵過程受到多種因素的影響作用，如pH、發酵溫度、碳氮比、微量元素、有機負荷、污泥濃度等。
 

　　2.1pH
 

　　在厭氧發酵過程中，產甲烷菌適宜的pH在6.8~7.2之間，pH在6.4以下和9以上都會對產甲烷菌產生抑制作用。厭氧發酵過程中pH的變化是一個動態平衡過程，一般情況下不用人為去調節。
 

　　2.2溫度
 

　　溫度是通過影響細菌生長代謝以及酶活性來影響厭氧發酵效果的，理論上來講，溫度在10~60℃，厭氧發酵都能正常產氣。厭氧發酵按溫度可以分為低溫發酵、中溫發酵和高溫發酵：低溫(10~30℃)、中溫(30~40℃)和高溫(50~60℃)。在一定的溫度范圍內，厭氧發酵的產氣量和產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酵的處理效率和厭氧微生物的增長。通常認為只要C/N比達到(22~35)：1，就可以滿足厭氧發酵的營養要求。如果C/N高，反應器內氮源不足，系統的緩沖能力比較低，容易造成揮發性脂肪酸的累積，使得pH下降。如果C/N低，反應器內氮量過多，pH容易上升，會導致銨鹽的累積，進而抑制厭氧發酵進程?？傊^高或過低的C/N都會減弱厭氧微生物的活性，進而影響厭氧發酵效果。
 

　　2.4微量元素
 

　　微量元素鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等可以促進產甲烷菌的生長，在微生物的酶系統中對產甲烷階段起調控作用，加快甲烷的生成進度。微量元素不僅可以提高揮發性脂肪酸的轉化效率，從而消除揮發性脂肪酸在厭氧發酵系統中的積累，提高甲烷產量，而且還可以拮抗氨氮和鈉離子的抑制作用，進一步保證了厭氧發酵系統的穩定運行。
 

　　2.5有機負荷
 

　　有機負荷是厭氧發酵的重要影響因素，在一定范圍內沼氣和甲烷產量隨著有機負荷的增加而增加。但有機負荷如果過高的話，往往會導致反應器內丙酸的累積，使得反應器“酸化冶，從而抑制產甲烷菌的生長，嚴重的話會使得厭氧發酵反應失敗。而有機負荷過低的話，會影響厭氧發酵效率，降低產氣率，增加厭氧發酵的運行成本。
 

　　2.6污泥濃度
 

　　厭氧發酵反應體系中的污泥濃度也是影響厭氧發酵的關鍵因素，污泥濃度低，發酵系統中產甲烷菌的濃度也低，難以快速降解在產酸過程中產生的小分子物質，會造成揮發性脂肪酸的累積，使得發酵速率變慢，產氣周期增長，嚴重時就會導致厭氧發酵反應失敗。污泥濃度高，會縮短厭氧發酵的啟動周期，提高厭氧發酵處理效率，但過高的污泥濃度則會降低厭氧發酵物料的處理效率。
 

　　2.7有毒物質
 

　　氨氮、重金屬、硫酸鹽等物質，都會嚴重影響產甲烷菌的生長增殖，特別是硫酸鹽，很容易抑制厭氧發酵的產甲烷過程，使得反應失敗。加入鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等金屬元素，可以有效緩沖有毒物質的毒害，促進產甲烷進程。
 

　　三、厭氧發酵技術的發展
 

　　厭氧發酵技術的發展伴隨著厭氧生物處理器的發展和更新換代。
 

　　3.1*一代厭氧生物處理器
 

　　在二戰結束后，各個國家急需恢復經濟，工業快速發展，伴隨而來的問題就是工業廢水的處理問題，這時誕生了*一代厭氧生物處理器。*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*分離，所以反應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*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，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，逐漸開始應用于小型工業廢水的處理領域中，厭氧生物處理技術也越來越成熟，出現了降流式固定膜反應器(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，很容易產生堵塞，縮短設備的使用壽命，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以及增高厭氧生物處理器高度來提高上升流速，很好的解決了堵塞問題。第三代厭氧生物處理器已經較為成熟，能夠很好地應用于工業廢水的處理。在這個時期，出現了以厭氧升流式流化床(UFB)、厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)等為代表的第三代厭氧生物處理器。