厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水

【資料簡介】

　　在制藥、造紙、食品、釀酒等工業(yè)生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量高濃度有機(jī)廢水。工業(yè)廢水的厭氧發(fā)酵處理是一種具有可行性的資源化處理技術(shù)，已經(jīng)有一百多年的歷史，在現(xiàn)階段能源緊缺的情況下，厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水是一種可以在不產(chǎn)生二次污染的同時供應(yīng)能源的環(huán)保新技術(shù)。厭氧發(fā)酵不僅能夠降低廢水中污染物濃度，過程中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)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(zhì)能源利用技術(shù)之一而備受關(guān)注。
 

　　一、厭氧發(fā)酵的基本理論
 

　　厭氧發(fā)酵的4個基本過程可分為水解過程、發(fā)酵過程、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程和產(chǎn)甲烷過程，按基本過程的劃分厭氧發(fā)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(fā)酵階段和甲烷發(fā)酵階段，酸性發(fā)酵階段是厭氧酸性發(fā)酵細(xì)菌將大分子有機(jī)物分解成小分子中間產(chǎn)物如二氧化碳、氫氣、羧酸類和醇類等。在甲烷發(fā)酵階段，酸性發(fā)酵階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物在產(chǎn)甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)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(fā)酵階段，在這個階段，專性厭氧菌和兼性厭氧菌把復(fù)雜的有機(jī)物分解成較為簡單的有機(jī)物，如纖維素分解成簡單的糖類，蛋白質(zhì)分解成氨基酸，脂類分解成脂肪酸和甘油等。然后產(chǎn)酸菌把這些簡單有機(jī)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(fā)酵階段分成兩步，四階段包括復(fù)雜有機(jī)物分解成簡單有機(jī)物的水解階段、簡單有機(jī)物發(fā)酵生成揮發(fā)性脂肪酸和醇類的發(fā)酵階段、中間產(chǎn)物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、乙酸和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷的產(chǎn)甲烷階段。
 

　　二、厭氧發(fā)酵的影響因素
 

　　厭氧發(fā)酵過程受到多種因素的影響作用，如pH、發(fā)酵溫度、碳氮比、微量元素、有機(jī)負(fù)荷、污泥濃度等。
 

　　2.1pH
 

　　在厭氧發(fā)酵過程中，產(chǎn)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(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用。厭氧發(fā)酵過程中pH的變化是一個動態(tài)平衡過程，一般情況下不用人為去調(diào)節(jié)。
 

　　2.2溫度
 

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

　　2.4微量元素
 

　　微量元素鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)等可以促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌的生長，在微生物的酶系統(tǒng)中對產(chǎn)甲烷階段起調(diào)控作用，加快甲烷的生成進(jìn)度。微量元素不僅可以提高揮發(fā)性脂肪酸的轉(zhuǎn)化效率，從而消除揮發(fā)性脂肪酸在厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中的積累，提高甲烷產(chǎn)量，而且還可以拮抗氨氮和鈉離子的抑制作用，進(jìn)一步保證了厭氧發(fā)酵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
 

　　2.5有機(jī)負(fù)荷
 

　　有機(jī)負(fù)荷是厭氧發(fā)酵的重要影響因素，在一定范圍內(nèi)沼氣和甲烷產(chǎn)量隨著有機(jī)負(fù)荷的增加而增加。但有機(jī)負(fù)荷如果過高的話，往往會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)丙酸的累積，使得反應(yīng)器“酸化冶，從而抑制產(chǎn)甲烷菌的生長，嚴(yán)重的話會使得厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。而有機(jī)負(fù)荷過低的話，會影響厭氧發(fā)酵效率，降低產(chǎn)氣率，增加厭氧發(fā)酵的運(yùn)行成本。
 

　　2.6污泥濃度
 

　　厭氧發(fā)酵反應(yīng)體系中的污泥濃度也是影響厭氧發(fā)酵的關(guān)鍵因素，污泥濃度低，發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)甲烷菌的濃度也低，難以快速降解在產(chǎn)酸過程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，會造成揮發(fā)性脂肪酸的累積，使得發(fā)酵速率變慢，產(chǎn)氣周期增長，嚴(yán)重時就會導(dǎo)致厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。污泥濃度高，會縮短厭氧發(fā)酵的啟動周期，提高厭氧發(fā)酵處理效率，但過高的污泥濃度則會降低厭氧發(fā)酵物料的處理效率。
 

　　2.7有毒物質(zhì)
 

　　氨氮、重金屬、硫酸鹽等物質(zhì)，都會嚴(yán)重影響產(chǎn)甲烷菌的生長增殖，特別是硫酸鹽，很容易抑制厭氧發(fā)酵的產(chǎn)甲烷過程，使得反應(yīng)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(zhì)的毒害，促進(jìn)產(chǎn)甲烷進(jìn)程。
 

　　三、厭氧發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展
 

　　厭氧發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展伴隨著厭氧生物處理器的發(fā)展和更新?lián)Q代。
 

　　3.1*一代厭氧生物處理器
 

　　在二戰(zhàn)結(jié)束后，各個國家急需恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，工業(yè)快速發(fā)展，伴隨而來的問題就是工業(yè)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(yīng)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(yīng)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(nèi)，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(yīng)用于小型工業(yè)廢水的處理領(lǐng)域中，厭氧生物處理技術(shù)也越來越成熟，出現(xiàn)了降流式固定膜反應(yīng)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(chǎn)生堵塞，縮短設(shè)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(yīng)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(jīng)較為成熟，能夠很好地應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理。在這個時期，出現(xiàn)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。