廢水厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展與最新現(xiàn)狀

孟玉勤

摘 要：結(jié)合傳統(tǒng)厭氧生物處理技術(shù)，從自身的廢水處理管理經(jīng)驗出發(fā)，探討了零價鐵耦合厭氧生物處理技術(shù)，提出了厭氧生物處理技術(shù)的新發(fā)展等內(nèi)容，希望對于今后全方位提升廢水厭氧生物處理技術(shù)水平有所幫助。

關(guān)鍵詞：廢水處理;厭氧生物處理;零價鐵藕合處理技術(shù);技術(shù)趨勢

當(dāng)前，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的逐步提升，人們越來越關(guān)注環(huán)境保護(hù)問題。我國的印染、化工、焦化等工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢水，體現(xiàn)出來生化性較低、毒性大以及有機(jī)物濃度高等特點，給周邊環(huán)境造成較為持久的危害。所以，我們應(yīng)該從多方面充分重視如何有效進(jìn)行治理。當(dāng)前，在針對難降解有機(jī)物的處理方面，高級氧化技術(shù)具有一定的應(yīng)用前景，但厭氧生物處理技術(shù)卻有著低成本、操作方便簡單，可回收沼氣清潔能源等優(yōu)勢，在廢水處理領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

1傳統(tǒng)厭氧生物處理技術(shù)

1.1技術(shù)原理

在早期的傳統(tǒng)厭氧生物處理環(huán)節(jié)，人們一般是通過產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷這2個階段對厭氧生物處理過程進(jìn)行描述。隨著對厭氧生物處理機(jī)理不斷的深入了解，人們發(fā)現(xiàn)厭氧生物處理過程主要有水解產(chǎn)酸菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌聯(lián)合完成，于是就有了“三階段理論”。 水解產(chǎn)酸菌將復(fù)雜的聚合底物水解成各種有機(jī)酸、乙醇、糖類、氫和二氧化碳。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將水解發(fā)酵的產(chǎn)物（有機(jī)酸和糖類等）轉(zhuǎn)化為氫、乙酸和二氧化碳。產(chǎn)甲烷菌將簡單的底物，如乙酸、甲醇和二氧化碳，與氫轉(zhuǎn)化為甲烷。三階段理論至今仍是厭氧生物處理技術(shù)的最權(quán)威解釋。

1.2技術(shù)現(xiàn)狀

（1）上流式厭氧污泥床（UASB）

上個世紀(jì)七十年代中葉荷蘭Lettinga等人研發(fā)了UASB反應(yīng)器，其獨(dú)特的結(jié)果使厭氧技術(shù)得到了快速發(fā)展。在此反應(yīng)器中，廢水從反應(yīng)器底部流入，經(jīng)過底部污泥床進(jìn)入污泥懸浮層，經(jīng)過微生物的分解作用，有機(jī)物轉(zhuǎn)化成了沼氣，同時污泥層把沉降性能好的活性污泥截留下來，在反應(yīng)器底部形成高濃度的污泥床，處理后的廢水從頂部流出。產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過收集，可作為清潔能源使用。這種方式能有效降低污泥流失對反應(yīng)器運(yùn)行的不利影響，對厭氧充分反應(yīng)起到很好的作用。這種裝置具有運(yùn)行穩(wěn)定、處理效率高、HRT短等優(yōu)勢，在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）折流式厭氧反應(yīng)器（ABR）

Bachmann等從厭氧生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器受到啟發(fā)并研發(fā)改進(jìn)提出了ABR，這種裝置顯著的特點是將反應(yīng)器分隔為多個獨(dú)立連續(xù)的反應(yīng)室，利用折流板的作用，能有效阻擋反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥流失，污泥依靠重力的作用而進(jìn)行相應(yīng)的沉降。其優(yōu)點之一是有效的避免了污泥流失，提高了處理效果。另外，能夠通過合理化設(shè)置折流板，將產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷階段分開，產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷在不同的分隔間進(jìn)行，提升了反應(yīng)器的抗沖擊能力。折流式厭氧反應(yīng)器裝置的主要特點就是能夠?qū)崿F(xiàn)厭氧反應(yīng)過程分相多階段的要求，具有較強(qiáng)的研發(fā)指導(dǎo)作用。

（3）內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）

荷蘭Paques公司對UASB反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)和開發(fā)，提出了IC裝置，IC裝置在底部以及頂部分別設(shè)置了UASB反應(yīng)器進(jìn)行串聯(lián)反應(yīng)，其核心思想則是實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)。在IC反應(yīng)器中大量的沼氣在底部反應(yīng)器產(chǎn)生，借助于沼氣的汽提作用，使底部的污泥床膨脹，加強(qiáng)了泥水接觸，大部分有機(jī)物轉(zhuǎn)化成了沼氣，沼氣可以將泥水混合液提至頂部的分離區(qū)，沼氣從泥水混合液中分離出來外排，泥水混合物由于重力作用通過回流管又回到了底部，實現(xiàn)了內(nèi)循環(huán)。部分沒有經(jīng)過沼氣提升的廢水穿過三相分離器進(jìn)入頂部反應(yīng)室，繼續(xù)厭氧反應(yīng)。處理后的水最后通過頂部反應(yīng)室排出，滿足水質(zhì)要求。廢水通過兩級厭氧反應(yīng)，且污泥回流降低了進(jìn)水的有機(jī)物濃度，能起到較好的降解有機(jī)物的作用，特別適用于高濃度有機(jī)廢水的處理。其上升流速通常控制在10m～20m/小時，水力停留時間短，處理效果好。此工藝技術(shù)對于高濃度有機(jī)廢水具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、容積負(fù)荷比較高，但成本投入也較高，施工維修存在一定的困難。

（4）膨脹顆粒污泥床（EGSB ）

Lettinga教授在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，利用厭氧流化床的基本理論，提出了EGSB反應(yīng)器，其主要思想是進(jìn)行水循環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)化，容器高度可達(dá)15-20m，高徑比可達(dá)3-5，上升流流在2.5-6.0m/h的范圍，污泥可實現(xiàn)流化態(tài)的要求。由于內(nèi)循環(huán)的存在，可有效降低進(jìn)水的有機(jī)物濃度，減少了有機(jī)負(fù)荷變化對反應(yīng)器的沖擊。EGSB占地面積少，系統(tǒng)穩(wěn)定，目前EGSB反應(yīng)器已被廣泛應(yīng)用于淀粉、酒精、啤酒、制藥、造紙等行業(yè)，處理效果良好。

2零價鐵耦合厭氧生物處理技術(shù)

ZVI還原劑由于其成本較低、環(huán)境友好等特點，在污水處理中具有一定的應(yīng)用空間，它能有效進(jìn)行多種金屬的吸附處理。將ZVI加入?yún)捬醴磻?yīng)器之后，能有效保障厭氧反應(yīng)性能的提升。其中，Alvarez等人對于ZVI強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行重點分析，總結(jié)歸納為：一是，ZVI具有還原作用，在酸性溶液中，鐵能還原出污水中的重金屬離子，及其他氧化性強(qiáng)的離子及化合物;二是，微電解作用，鐵具有電化學(xué)性質(zhì)，可析出氫離子及二價鐵離子，其產(chǎn)物能與廢水中的許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，提高廢水的可生化性，使難降解的化學(xué)物質(zhì)變成易降解的可生化處理的物質(zhì);三是，具有混凝吸附作用。

通過這部分的研究來看，ZVI的作用重點表現(xiàn)在：一方面，ZVI能有效實現(xiàn)緩沖pH值，降低廢水處理體系的ORP，去除廢水中的有毒成分，加強(qiáng)厭氧污泥的顆粒化進(jìn)程，積極構(gòu)建良好的甲烷菌的新陳代謝的環(huán)境;另一方面，被氧化的二價鐵是相關(guān)微生物的生命活動的必須組分，能有效促進(jìn)微生物的生長，二價鐵、三價鐵在堿性環(huán)境下的絡(luò)合物是強(qiáng)絮凝劑，特別是新生的二價鐵離子具有更高的吸附-絮凝活性，調(diào)節(jié)廢水的pH 可使鐵離子變成氫氧化物的絮狀沉淀，吸附污水中的懸浮或膠體態(tài)的微小顆粒及有機(jī)高分子，去除部分有機(jī)污染物質(zhì)使廢水得到凈化。總之，零價鐵能有效提升COD的去除率，提升甲烷的產(chǎn)量。但是，從實踐中的應(yīng)用情況來看，這種方式并沒有獲得預(yù)期理想的工作目標(biāo)，主要是因為ZVI容易銹蝕板結(jié)，這樣會阻止鐵表面的還原反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，存在著廢水水流短路的情況，難以實現(xiàn)預(yù)期的處理效率，從而造成處理工藝的失敗。

3 厭氧生物處理技術(shù)的新發(fā)展

3.1 外電場強(qiáng)化厭氧生物處理技術(shù)

為了解決阻止ZVI表面形成的鈍化層，為了有效發(fā)揮ZVI耦合厭氧的作用，可以通過人為外加電場的方式進(jìn)行處理。通過相關(guān)的研究，將外電場施加到ZVI和厭氧微生物互營體系中，能加速離子的遷移速度，這樣就有效解決了ZVI的銹蝕板結(jié)。從另一個角度來看，通過電場的作用，還有利于促進(jìn)微生物的新陳代謝，使厭氧污泥的顆粒化的速度得到提升，滿足有機(jī)物除去效能的要求。但是，在具體的實踐中，考慮到電極比表面積的實際情況，并不能有效保障相應(yīng)電子轉(zhuǎn)移效率得到預(yù)期的提升，這點則是應(yīng)該重視的問題。所以，今后的發(fā)展方向則是集中于如何保障電極比表面積的有效提升。

3.2多元微電場耦合厭氧生物處理技術(shù)

通過外加電場的方式解決零價鐵銹蝕的問題，存在著相應(yīng)的能源消耗，這里提出結(jié)合ZVI和碳素融合的方式來進(jìn)行空間多元微電場及厭氧微生物進(jìn)行耦合，通過這種方式能有效解決上述的外電場作用效率低的情況，同時又節(jié)約了能源，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。鐵碳微電的原理是，，這些微電池以鐵為陰極，碳為陽極，鐵和碳元素間存在一定的電位差，在電位差內(nèi)源驅(qū)動力影響下，具備豐富的原電池微元反應(yīng)。從而構(gòu)建出多維化的微元內(nèi)電場。結(jié)合相應(yīng)的原電池微元反應(yīng)的情況，在電化學(xué)氧化作用和厭氧菌生物催化作用影響下，能夠構(gòu)建出符合多梯度協(xié)同微生物鏈系環(huán)境中的強(qiáng)吸電子基團(tuán)，使污水中有機(jī)組分的生物毒性得到降低，使難降解或大分子有機(jī)物變成易降解和小分子有機(jī)物，提高了水體的B/C值，使污水達(dá)到易生化處理的條件，促進(jìn)了厭氧微生物活性的有效提升。這種技術(shù)的應(yīng)用，通過微觀電化學(xué)和厭氧生物化學(xué)耦合中的還原作用，使厭氧生物處理方式得到進(jìn)步，從而有利于有機(jī)廢水處理效果的提升，為后續(xù)的污水處理技術(shù)發(fā)展提供了思路。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著厭氧處理技術(shù)的不斷發(fā)展，這里重點探討了有機(jī)廢水傳統(tǒng)厭氧處理技術(shù)的原理及技術(shù)發(fā)展情況，最后結(jié)合實際情況提出了未來發(fā)展的重點內(nèi)容。基于外電場的作用，能保障實現(xiàn)電極的比表面積的有效提升，從而可以保障ZVI耦合厭氧生物處理技術(shù)的有效發(fā)展，有效實現(xiàn)厭氧生物處理方法的拓展，從而也意味著合理化進(jìn)行有機(jī)廢水的處理正在受到越來越多人的關(guān)注，也提供了有機(jī)廢水處理的發(fā)展新思路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄒定. 厭氧微生物技術(shù)處理工業(yè)廢水的作用價值探討[J]. 節(jié)能， 2019年6期.

[2]陳國強(qiáng).厭氧微生物技術(shù)處理工業(yè)廢水的作用價值[J]. 化工管理， 2019年5期.

[3] 陸海鵬.國外化工廢水厭氧生物處理技術(shù)的新進(jìn)展[J]. 中國化工貿(mào)易， 2019年8期.