厭氧發(fā)酵處理工業(yè)廢水

【資料簡(jiǎn)介】

　　在制藥、造紙、食品、釀酒等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)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(shí)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(guò)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(gè)基本過(guò)程可分為水解過(guò)程、發(fā)酵過(guò)程、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過(guò)程和產(chǎn)甲烷過(guò)程，按基本過(guò)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(lèi)和醇類(lèi)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(gè)水解發(fā)酵階段，在這個(gè)階段，專(zhuān)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(jiǎn)單的有機(jī)物，如纖維素分解成簡(jiǎn)單的糖類(lèi)，蛋白質(zhì)分解成氨基酸，脂類(lèi)分解成脂肪酸和甘油等。然后產(chǎn)酸菌把這些簡(jiǎn)單有機(jī)物分解成乙酸、丙酸、丁酸等脂肪酸和醇類(lèi)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(jiǎn)單有機(jī)物的水解階段、簡(jiǎn)單有機(jī)物發(fā)酵生成揮發(fā)性脂肪酸和醇類(lèi)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(guò)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(guò)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(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制作用。厭氧發(fā)酵過(guò)程中pH的變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程，一般情況下不用人為去調(diào)節(jié)。
 

　　2.2溫度
 

　　溫度是通過(guò)影響細(xì)菌生長(zhǎng)代謝以及酶活性來(lái)影響厭氧發(fā)酵效果的，理論上來(lái)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(zhǎng)。通常認(rèn)為只要C/N比達(dá)到(22~35)：1，就可以滿(mǎn)足厭氧發(fā)酵的營(yíng)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(guò)多，pH容易上升，會(huì)導(dǎo)致銨鹽的累積，進(jìn)而抑制厭氧發(fā)酵進(jìn)程�？傊�，過(guò)高或過(guò)低的C/N都會(huì)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(zhǎng)，在微生物的酶系統(tǒng)中對(duì)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(guò)高的話(huà)，往往會(huì)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(zhǎng)，嚴(yán)重的話(huà)會(huì)使得厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。而有機(jī)負(fù)荷過(guò)低的話(huà)，會(huì)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(guò)程中產(chǎn)生的小分子物質(zhì)，會(huì)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(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致厭氧發(fā)酵反應(yīng)失敗。污泥濃度高，會(huì)縮短厭氧發(fā)酵的啟動(dòng)周期，提高厭氧發(fā)酵處理效率，但過(guò)高的污泥濃度則會(huì)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(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)增殖，特別是硫酸鹽，很容易抑制厭氧發(fā)酵的產(chǎn)甲烷過(guò)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(gè)國(guó)家急需恢復(fù)經(jīng)濟(jì)，工業(yè)快速發(fā)展，伴隨而來(lái)的問(wèn)題就是工業(yè)廢水的處理問(wèn)題，這時(shí)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(gè)時(shí)候的厭氧生物處理器，不能把污泥和水力停留時(shí)間*分離，所以反應(yīng)器的處理周期相對(duì)較長(zhǎng)，大約耗時(shí)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(guò)砂礫來(lái)過(guò)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(shí)期的厭氧生物處理器，逐漸開(kāi)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(lái)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(gè)時(shí)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(wèn)題，第三代厭氧生物處理器通過(guò)增加攪拌器來(lái)加大水力的回流以及增高厭氧生物處理器高度來(lái)提高上升流速，很好的解決了堵塞問(wèn)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(gè)時(shí)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。