厭氧生物技術在工業廢水處理中的應用

摘 要：厭氧生物處理工藝技術及其裝置相對簡單，其處理工藝在處理工業廢水的有機負荷是好氧工藝的5—10倍，不僅提高了微生物的活性，其廢水處理效率也由于好氧處理。因此，厭氧生物技術在工業廢水處理中的應用及其廣泛。我國的厭氧生物反應器經過了三次的改革，生物反應器的處理效果一代優于一代，對促進我國厭氧生物處理技術的進步與發展起到了重要作用。本文簡單介紹了厭氧生物處理技術的發展歷程，探討了第三代厭氧生物反應器處理工業廢水的工作原理及工藝流程，分析了厭氧生物處理技術影響工業廢水處理效果的因素，結合某工業廢水的處理案例進一步探討了厭氧生物技術在工業廢水處理中的應用優勢及發展前景。旨在為厭氧生物技術在工業廢水處理中的推廣應用提供一些參考。

關鍵詞：厭氧生物技術;厭氧生物反應器;工業廢水;處理技術

厭氧生物技術是工業廢水處理的重要技術之一，它在污水處理中的應用歷史已有一個世紀之久。隨著我國厭氧生物處理器及其技術的更新與進步，我國的厭氧生物技術得到了較好的發展與應用。目前，基于顆粒泥污膨脹床的第三代的厭氧生物感應器已經廣泛應用與工業廢水、城市污水的污染治理中，并取得了較好的應用效果。雖然我國的厭氧生物技術已經相對成熟，但在工業廢水實踐處理與應用中，厭氧生物處理器的選擇和工藝參數的選擇還要結合具體情況而定。在厭氧生物工業廢水處理工作機制上，根據工業廢水處理的要求調整和優化延伸生物處理工藝，有助于優化工業廢水處理系統，提高工業廢水處理質量和效率的同時最大程度的實現節能減耗的目標。研究厭氧生物處理技術在工業水分處理中的應用對實現這一目標有著重要的意義。

一、厭氧生物處理技術的發展歷程

我國的厭氧生物處理技術共經歷了三個發展階段，每個發展階段代表著一代厭氧生物處理器的更新換代。

（1）第一代厭氧生物處理器。第一代厭氧生物處理器出現于二戰時期，在工業廢水處理系統中的廢水沉淀池內假設了同流裝置，以加速反應器的反應速率。一代厭氧生物處理器無法使泥污和水力的分離，完成一個污水處理周期大約需要4周時間。

（2）第二代厭氧生物處理器。二代厭氧生物處理器在一代厭氧生物處理器上進行了改進，為處理器假設了物理過濾裝置。物理過濾裝置內裝有砂礫，砂礫能夠過濾出大部分的活性泥污，從而實現泥污和水力的分離。在工業污水的實踐探索中，后期有主見的在污水處理系統中增加了降流式固定膜反應器、上流式厭氧污泥床，來提高泥污處理的綜合效果。二代厭氧生物處理器在泥污和水力分離上效果較好，但對工業廢水匯總的懸浮物處理效果一般，且設備的損耗較為嚴重。當工業廢水中的懸浮物較多時，甚至還會引起設備的堵塞。如果不能及時發現并處理堵塞問題，將嚴重降低工業廢水處理的效率。

（3）第三代厭氧生物處理器。三代厭氧生物處理器在二代基礎上進行改進，還專門針對懸浮物堵塞問題進行改進。三代厭氧生物處理器加高了反應器的高度，并提高了反應器的處理流速。此外，還增加了厭氧升流式流化床、厭氧膨脹顆粒污泥床。這一階段，系統性的厭氧生物處理器得到廣泛的應用，多種厭氧生物處理器的配合豐富了厭氧生物處理工藝的功能，對工業廢水處理的效率和質量得到了顯著的提升。

二、第三代厭氧生物反應器處理工業廢水的工作原理及工藝流程

厭氧生物技術在處理工業廢水時的工作分為三個階段，分別是水解結算、產氫產乙酸階段、產甲烷階段。水解階段碳水化合物在水解發酵作用下轉化為糖類、脂肪酸、氨基酸、水、二氧化碳。產氫產乙酸階段脂肪酸在產氫乙酸菌的作用下轉化為H2、CO2、乙酸（產氫產乙酸過程見式1）。產甲烷階段不同生理的產甲烷菌都產生出共同的產物，即甲烷（產甲烷過程見式2）。工作原理見圖1。詳細的處理流程參考如下：原工業廢水→水解→微生物菌發酵→產氫產酸→產甲烷。

三、厭氧生物處理技術影響工業廢水處理效果的因素

（1）溫度。厭氧共生體中甲烷菌、產酸菌等微生物對溫度極為敏感。低溫時產酸菌會加速揮發酸的生產，從而導致甲烷菌、產酸菌數量失去平衡，最終導致甲烷菌將揮發酸轉化為甲烷的代謝過程失去平衡。如厭氧生產中，溫度從36℃下降到26℃，乙酸鹽轉化為甲烷的Ks值就會從160mg/L增加到940mg/L。再降低到20℃時，的Ks值增加到2130mg/L。因此，溫度變化嚴重影響厭氧生物處理技術對工業廢水處理的效果。

（2）pH值。合適的pH值是保持微生物活性的必備條件之一。當pH值收到影響，產酸菌的活性就會收到影響。當工業廢水的pH值介于4.5～8時只能滿足產酸菌的生存條件。當pH值介于7～7.2有利于產酸菌繁殖增長，其活性最高。一般，工業廢水處理工藝中，厭氧生物處理系統各個反應器中的pH值保持在7左右時，產酸菌的活性最高，工業廢水處理效率最高。

（3）有機負荷。有機負荷是影響厭氧消化率的重要因素，而厭氧消化率是決定工業廢水公路效率的重要因素之一，由此可見有機負荷與工業廢水處理效率之間存在著間接的聯系。在工業廢水處理中，厭氧生物反應器內的有機負荷需與容器的容量成反比，與產氣率成正比。

（4）氧化還原電位。氧氣環境是微生物繁殖和生長的必要條件，也是影響厭氧菌活性的重要因素。想要提高工業廢水的處理效率，就必須加強影響氧化還原反應的因素，來提高氧氣中毒。工業廢水中的氧氣濃度與電位、厭氧菌濃度有關系。通過控制氧化還原的電位，就可以控制含氧量，進而間接的控制氧含量。厭氧生物處理系統中，非甲烷氧化菌的最佳還原電位應≥-100mv，≤100mv。甲烷最佳氧化菌的還原電影應≥-400mv，≤150mv。

（5）有毒物質。有毒物質是抑制厭氧菌增值和活性的重要因素。工業廢水中的有毒物質包括重金屬、硫酸鹽物質、氨氮等物質。其中硫酸鹽流在工業廢水處理過程中發生化學反應，轉化成硫化物，最終導致工業廢水處理效率降低。

（6）有機負荷率。有機負荷率也叫F/M比。一般的厭氧生物系統的有機負荷約為7kgCOD/m·d，再大易造成設備損壞，而太小則會導致工廢水處理效率降低。在工業廢水中，厭氧生物處理的效率，需要結合厭氧生物反應器的實際的生理容量來決定。

四、厭氧生物處理技術在工業廢水處理中的應用

（1）應用案例。某化工廠生產過程中產生的工業廢水中含醛含酸，廢水COD6000mg/L，pH值=1.0。該化工廠采用厭氧—生物濾池—氧化塘組合處理系統對工業廢水進行處理，要求處理后的出水COD<100mg/L。該化工廠厭氧生物組合處理系統的工藝流程如下圖2所示。該系統組合生物濾池和氧化塘，生物濾池采用砂石過濾一部分厭氧處理后生產的泥污，氧化塘內再次利用塘低的厭氧菌對有機物進行二次分解，對氧化塘內的重金屬污染的有機物、細菌、病毒等進行凈化。該系統結合了生物處理技術和生態系統技術，將這些技術與厭氧生物處理技術相結合，組合成厭氧生物處理系統，從而對工業廢水中的酸進行體系化的處理，對水體凈化起到較好的處理效果。

（2）厭氧生物處理系統的應用分析。厭氧生物處理技術在工業廢水處理中的應用及其廣泛。雖然厭氧處理技術操作相隨簡單，技術相對成熟，但處理不當會導致硝酸鹽和反硝化物的產生。厭氧處理過程中，除產甲烷的處理過程外，還包括硫酸鹽還原、反硝化與厭氧氨氧化的過程。產甲烷的過程其目的是為了借助微生物細胞的間接作用來處理工業廢水中的有機物在厭氧環境下分解成為少量污泥和甲烷，實現污泥的減量化處理和有毒有機物的分解作用。硫酸鹽的還原過程會和產甲烷菌爭奪底物，一直產甲烷菌的繁殖，從而降低厭氧生物處理工業廢水的效果。硫酸鹽還原的過程中，有氧條件下的形成反硝化反應（見式3），在厭氧條件下形成厭氧氨氧化反應（見式4）。

化工廠厭氧—生物濾池—氧化塘組合處理系統中，有多個厭氧反應器化學沉淀池，說明組合了多個厭氧反應器。厭氧生物處理技術是根據厭氧生物的饑餓反應設計的系統，氧化塘的厭氧反應是對厭氧池反應的補充，也是對含有生物活性的泥污的二次處理。這說明厭氧生物技術在工業廢水中需要結合實際情況對系統做出改進，需要做好體系化的厭氧處理，提升厭氧處理系統綜合處理效果。

五、厭氧生物技術的發展前景

我國工業廢水處理系統中應用的污水處理技術較多，厭氧生物技術是應用最為廣泛的廢水處理技術之一。厭氧生物技術在處理工業廢水方面具有低污染、低成本、低耗能、高效率的應用優勢。一般的工業廢水成分復雜，厭氧生物處理技術可以間接一些生物降解不了的有機成分和有機廢水，且厭氧微生物產生的泥污量較小。綜合來看，厭氧生物技術在工業廢水處理中有著較好的應用優勢和前景。未來，厭氧生物技術在工業廢水處理中對于應用，還要從處理工藝及其系統升級上入手，加強系統化的研究，來進一步提升厭氧生物技術處理工業廢水的效率和質量。

六、結語

本文研究證明厭氧生物處理技術在工業廢水處理的系統化應用有助于降低工業廢水處理吹水的COD值，提高工業廢水處理的效果。建議在工業廢水處理中，將厭氧生物處理技術與其他污水處理技術相結合，并在污水處理系統中增加多個厭氧生物處理環境，來提高厭氧生物系統性處理的效果。

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作者簡介：吳宇峰（1999— ），男，漢族，湖北秭歸人，本科，研究方向：生物技術。