厭氧生物技術在工業廢水處理中的應用

劉翱飛

(煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司 河南鄭州 450007)

厭氧生物技術在工業廢水處理中的應用

劉翱飛

(煤炭工業鄭州設計研究院股份有限公司 河南鄭州 450007)

目前，厭氧生物技術已經成為處理工業廢水的主要途徑，該技術主要是在厭氧環境下，通過厭氧微生物的基本生命活動，將有機物降解為二氧化碳、甲烷等物質，以實現廢水處理的目標。本文中，筆者以厭氧生物技術處理工業廢水為出發點，分析了該技術當前的發展現狀、制約因素，并對其未來的發展方向進行了詳細論述，希望能夠為以后厭氧生物技術的相關研究做出一些積極的貢獻。

厭氧生物；工業廢水；甲烷細菌

近年來，人們對有關厭氧生物基礎知識的掌握正在逐漸深化。對于厭氧生物技術的研究也逐漸成為當前的熱潮，尤其對于甲烷細菌的研究已經成為工業污水處理領域關注的重點。歐美學者對于該方面的研究已經提供了許多的理論基礎，其研究成果主要表現在：當前可以使用的關于厭氧法處理工業廢水的工業裝置正在不斷的更新，目前歐美地區的相關設備早已超過了60套。

在工業廢水處理中應用厭氧生物技術已經有將近一百年的歷史了，它的基本原理是，在無氧環境下，厭氧微生物的生命力十分旺盛，此時可以利用它的這種性能將各種有機物轉化為甲烷、二氧化碳等，厭氧處理的過程中，會將復雜的有機物降解為簡單穩定的化合物，從而實現污水處理。由于能耗低、污染小、資源利用率高等優勢，厭氧生物技術已經成為我國工業企業處理工業廢水的首選方式。為此，我們有必要對這項技術進行進一步研究，以促進其未來對工業廢水處理起到更大的作用。

1 厭氧生物處理技術的相關機理

1.1 關于厭氧生化的三個階段

微生物共生體的活動中需要完成許多復雜細菌的組成，該過程中就涉及到了關于厭氧生物的處理問題。為方便進行研究，相關人員習慣于將復雜的厭氧微生物的生活過程分成四個環節，分別為：水解階段、酸化階段、產乙酸階段以及產甲烷階段。但就目前而言，人們認為將其劃分為三個階段，能夠更加全面、準確的對厭氧細菌的生理活動過程進行描述。

1.2 將厭氧生物技術用于工業廢水處理過程的可行性

厭氧生物處理可以被具體解釋為以下原理，即厭氧條件下，通過兼性厭氧菌以及厭氧細菌和其他微生物之間的作用，將有機物中的甲烷和二氧化碳進行降解的過程。該過程不需要外界資源的輔助，被還原的有機物可以作為受氫體，同時產生甲烷氣體。相對于好氧生物技術而言，厭氧生物技術的使用將有更廣闊的發展和應用前景。首先，厭氧技術的成本較低，工業廢水的排放在厭氧處理技術下經濟效益更高。其次，厭氧生物技術將會降低企業的下排污罰款量。此外，厭氧系統處理污泥的成本相對于好氧生物技術而言是微不足道的。最后，好氧活性污泥每去除1 kgBOD耗氧量為 1.2kg～1.5kg，1000kgCOD耗電量為（1.44— 3.6）×108J，而厭氧生物去除1000 kgCOD耗電量為（2.52～5.4）×107J。由于以上優勢，厭氧生物處理技術已經逐步成為工業處理廢水的主要工具。

2 影響厭氧生物技術在工業中應用的幾個因素

厭氧生物的生存受到諸多因素的限制，為此，想要利用厭氧生物進行工業廢水處理就需要為其營造一個良好的繁殖環境。廢水厭氧硝化過程中，不同的微生物群的生理作用是聯合完成的，為此就要對各種因素進行綜合考慮，以保證最優的技術效果。下面就以下因素來分析影響厭氧生物技術效果的幾點因素。

2.1 溫度

要保證厭氧生物的生存，溫度是主要前提。一般而言，甲烷菌適宜生存的溫度為50℃～60℃，如果將溫度控制在35℃或者53℃左右，厭氧生物的硝化作用將十分顯著，而40℃～45℃時，硝化率將明顯降低。通過區分適宜溫度，可以將厭氧生物的硝化分為三類，分別為：常溫硝化、中溫硝化以及高溫硝化。

2.2 pH值

適宜的pH值是保證厭氧生物生存的另外一個因素，厭氧生物的硝化作用離不開pH值的輔助。例如，甲烷菌的繁殖需要保證酸堿適中，pH值大約保持在7.0～7.2之間，產酸菌的pH值應控制在4.5～8.0之間。在利用厭氧生物技術處理污水時，厭氧體系相當于pH值的緩存體，為此繁衍酸菌和甲烷菌會在一個處理器中完成，那么該環境下的pH值就應該控制在6.8～7.2之間。

2.3 氧化還原電位

嚴格的無氧環境是保證產甲烷菌正常活動的基本因素，也是保證其繁殖的重要條件。研究人員可以借助濃度與電位之間的關系，分析判斷厭氧反應器中的氧氣濃度。一般情況下，最適合產甲烷菌的氧化還原電位的范圍是-150mv～-400mv，最適合非產甲烷菌的氧化還原電位的范圍是-100mv～100mv。

2.4 有機負荷

據研究調查，有機負荷將會直接影響厭氧生物的厭氧硝化率，它對處理器的產氣量和工作效率都將起到決定性作用。在一定范圍內，厭氧生物處理器的有機負荷與產氣率成相反趨勢變化，而與其容量則呈正相關。

2.5 F/M比

相對于好氧生物而言，厭氧生物技術處理方式下的有機負荷更高，通常情況下可以保持在5 kgCOD/m·d～10 kgCOD/m·d之間，有時甚至能夠達到50 kgCOD/m·d～80 kgCOD/m·d之間。想要選擇較高或較低負荷啟動設備運行時，一定要考慮該反應器此時擁有的生理量的高低。

2.6 有毒物質

一些有毒物質的存在會直接影響到厭氧生物的生存，例如：重金屬、硫酸鹽以及氨氮等。一旦厭氧消化過程中摻入硫酸鹽，其很容易被還原為硫化合物，這將抑制產甲烷過程。如果此時在反應器中加入金屬鹽類，很容易使這些有害物質的毒害作用得到緩沖。

3 將厭氧生物技術應用于處理工業廢水的發展前景

近年來，隨著研究人員對于厭氧生物技術的不斷完善，對于厭氧生物技術在工業廢水領域的應用也越發成熟。較為典型的研究成果有：厭氧濾池、升流式厭氧污泥床以及厭氧膨脹顆粒污泥床等。這些技術雖然較過去而言已經有了很大進步，但還存在一定的不足有待完善。綜合微生物和化學的角度，厭氧處理只是一個預處理過程，它要在完成水處理的前提下，去除殘留的有機物質。因此，在高濃度有機廢水處理過程中經常采用厭氧生物技術為主要處理方式。未來的工業廢水處理手段也應主要采用厭氧生物技術來支持，以好氧生物處理技術為其輔助路線。為此，以后的發展過程中，相關人員可以考慮對以下幾個方面進行研究。

3.1 由于相對于好氧生物處理方法而言，厭氧生物技術的能源耗用量較小、成本費用較低，加之污泥量少、易于處置等優勢，將會成為提升城市工業廢水處理率的最主要途徑。但是，由于厭氧物質對于有毒物的高敏感性，產甲烷菌的繁殖過程將很容易受到硫化物、重金屬的破壞。為此，以后的研究中，為提高其效用，需要將工業上的其他污水處理技術與現有的技術進行結合，以構成一個綜合處理循環系統，例如：好氧—厭氧—濕池等。

3.2 由于受到環境以及其它制約因素的限制，單獨使用厭氧技術處理工業廢水的方式還沒有被廣泛投入使用。對厭氧出水的后續處理過程進行改進，將是解決這一問題的不錯辦法。例如，厭氧技術+酸化+好養技術的使用，它能夠在前半段去除大多數COD（循環過程中的能源消耗能由此而大幅度降低），后半段的出水量可以采取不同規定下的排放標準。

4 結語

綜上所述，我國的工業廢水處理體系還存在一定的缺陷，厭氧生物技術具有能耗低、成本低、污染小等優點，該技術的使用能夠很好地對相關關系進行處理。未來，隨著相關研究的不斷深入，對于厭氧技術和好氧技術的結合研究將會成為研究人員探討的重點，要知道它們應該是一個相輔相成的有機整體。工業廢水的有效處理，單一的技術是難以完成的，只有兩種技術結合使用才能實現最大的經濟效益，若果能將其進一步改良和完善，終將探索出一條能效高、耗能低、符合可持續發展戰略的治理污水的最優途徑。

[1]陳濤.硫酸鹽還原菌(SRB)厭氧生物技術處理脫硫廢水的可行性探討[J].中國農村水利水電,2014,(2):90-91.

[2]王元月.厭氧氨氧化技術處理高濃度氨氮工業廢水的可行性分析[J].環境科學學報,2013,33(9):78-79.

[3]殷紹霞.關于生物法處理染料廢水的研究[J].黑龍江科技信息, 2013,(15):67-68.