厌氧生物技术在工业废水处理中的应用

刘翱飞

(煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司 河南郑州 450007)

厌氧生物技术在工业废水处理中的应用

刘翱飞

(煤炭工业郑州设计研究院股份有限公司 河南郑州 450007)

目前，厌氧生物技术已经成为处理工业废水的主要途径，该技术主要是在厌氧环境下，通过厌氧微生物的基本生命活动，将有机物降解为二氧化碳、甲烷等物质，以实现废水处理的目标。本文中，笔者以厌氧生物技术处理工业废水为出发点，分析了该技术当前的发展现状、制约因素，并对其未来的发展方向进行了详细论述，希望能够为以后厌氧生物技术的相关研究做出一些积极的贡献。

厌氧生物；工业废水；甲烷细菌

近年来，人们对有关厌氧生物基础知识的掌握正在逐渐深化。对于厌氧生物技术的研究也逐渐成为当前的热潮，尤其对于甲烷细菌的研究已经成为工业污水处理领域关注的重点。欧美学者对于该方面的研究已经提供了许多的理论基础，其研究成果主要表现在：当前可以使用的关于厌氧法处理工业废水的工业装置正在不断的更新，目前欧美地区的相关设备早已超过了60套。

在工业废水处理中应用厌氧生物技术已经有将近一百年的历史了，它的基本原理是，在无氧环境下，厌氧微生物的生命力十分旺盛，此时可以利用它的这种性能将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等，厌氧处理的过程中，会将复杂的有机物降解为简单稳定的化合物，从而实现污水处理。由于能耗低、污染小、资源利用率高等优势，厌氧生物技术已经成为我国工业企业处理工业废水的首选方式。为此，我们有必要对这项技术进行进一步研究，以促进其未来对工业废水处理起到更大的作用。

1 厌氧生物处理技术的相关机理

1.1 关于厌氧生化的三个阶段

微生物共生体的活动中需要完成许多复杂细菌的组成，该过程中就涉及到了关于厌氧生物的处理问题。为方便进行研究，相关人员习惯于将复杂的厌氧微生物的生活过程分成四个环节，分别为：水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段以及产甲烷阶段。但就目前而言，人们认为将其划分为三个阶段，能够更加全面、准确的对厌氧细菌的生理活动过程进行描述。

1.2 将厌氧生物技术用于工业废水处理过程的可行性

厌氧生物处理可以被具体解释为以下原理，即厌氧条件下，通过兼性厌氧菌以及厌氧细菌和其他微生物之间的作用，将有机物中的甲烷和二氧化碳进行降解的过程。该过程不需要外界资源的辅助，被还原的有机物可以作为受氢体，同时产生甲烷气体。相对于好氧生物技术而言，厌氧生物技术的使用将有更广阔的发展和应用前景。首先，厌氧技术的成本较低，工业废水的排放在厌氧处理技术下经济效益更高。其次，厌氧生物技术将会降低企业的下排污罚款量。此外，厌氧系统处理污泥的成本相对于好氧生物技术而言是微不足道的。最后，好氧活性污泥每去除1 kgBOD耗氧量为 1.2kg～1.5kg，1000kgCOD耗电量为（1.44— 3.6）×108J，而厌氧生物去除1000 kgCOD耗电量为（2.52～5.4）×107J。由于以上优势，厌氧生物处理技术已经逐步成为工业处理废水的主要工具。

2 影响厌氧生物技术在工业中应用的几个因素

厌氧生物的生存受到诸多因素的限制，为此，想要利用厌氧生物进行工业废水处理就需要为其营造一个良好的繁殖环境。废水厌氧硝化过程中，不同的微生物群的生理作用是联合完成的，为此就要对各种因素进行综合考虑，以保证最优的技术效果。下面就以下因素来分析影响厌氧生物技术效果的几点因素。

2.1 温度

要保证厌氧生物的生存，温度是主要前提。一般而言，甲烷菌适宜生存的温度为50℃～60℃，如果将温度控制在35℃或者53℃左右，厌氧生物的硝化作用将十分显著，而40℃～45℃时，硝化率将明显降低。通过区分适宜温度，可以将厌氧生物的硝化分为三类，分别为：常温硝化、中温硝化以及高温硝化。

2.2 pH值

适宜的pH值是保证厌氧生物生存的另外一个因素，厌氧生物的硝化作用离不开pH值的辅助。例如，甲烷菌的繁殖需要保证酸碱适中，pH值大约保持在7.0～7.2之间，产酸菌的pH值应控制在4.5～8.0之间。在利用厌氧生物技术处理污水时，厌氧体系相当于pH值的缓存体，为此繁衍酸菌和甲烷菌会在一个处理器中完成，那么该环境下的pH值就应该控制在6.8～7.2之间。

2.3 氧化还原电位

严格的无氧环境是保证产甲烷菌正常活动的基本因素，也是保证其繁殖的重要条件。研究人员可以借助浓度与电位之间的关系，分析判断厌氧反应器中的氧气浓度。一般情况下，最适合产甲烷菌的氧化还原电位的范围是-150mv～-400mv，最适合非产甲烷菌的氧化还原电位的范围是-100mv～100mv。

2.4 有机负荷

据研究调查，有机负荷将会直接影响厌氧生物的厌氧硝化率，它对处理器的产气量和工作效率都将起到决定性作用。在一定范围内，厌氧生物处理器的有机负荷与产气率成相反趋势变化，而与其容量则呈正相关。

2.5 F/M比

相对于好氧生物而言，厌氧生物技术处理方式下的有机负荷更高，通常情况下可以保持在5 kgCOD/m·d～10 kgCOD/m·d之间，有时甚至能够达到50 kgCOD/m·d～80 kgCOD/m·d之间。想要选择较高或较低负荷启动设备运行时，一定要考虑该反应器此时拥有的生理量的高低。

2.6 有毒物质

一些有毒物质的存在会直接影响到厌氧生物的生存，例如：重金属、硫酸盐以及氨氮等。一旦厌氧消化过程中掺入硫酸盐，其很容易被还原为硫化合物，这将抑制产甲烷过程。如果此时在反应器中加入金属盐类，很容易使这些有害物质的毒害作用得到缓冲。

3 将厌氧生物技术应用于处理工业废水的发展前景

近年来，随着研究人员对于厌氧生物技术的不断完善，对于厌氧生物技术在工业废水领域的应用也越发成熟。较为典型的研究成果有：厌氧滤池、升流式厌氧污泥床以及厌氧膨胀颗粒污泥床等。这些技术虽然较过去而言已经有了很大进步，但还存在一定的不足有待完善。综合微生物和化学的角度，厌氧处理只是一个预处理过程，它要在完成水处理的前提下，去除残留的有机物质。因此，在高浓度有机废水处理过程中经常采用厌氧生物技术为主要处理方式。未来的工业废水处理手段也应主要采用厌氧生物技术来支持，以好氧生物处理技术为其辅助路线。为此，以后的发展过程中，相关人员可以考虑对以下几个方面进行研究。

3.1 由于相对于好氧生物处理方法而言，厌氧生物技术的能源耗用量较小、成本费用较低，加之污泥量少、易于处置等优势，将会成为提升城市工业废水处理率的最主要途径。但是，由于厌氧物质对于有毒物的高敏感性，产甲烷菌的繁殖过程将很容易受到硫化物、重金属的破坏。为此，以后的研究中，为提高其效用，需要将工业上的其他污水处理技术与现有的技术进行结合，以构成一个综合处理循环系统，例如：好氧—厌氧—湿池等。

3.2 由于受到环境以及其它制约因素的限制，单独使用厌氧技术处理工业废水的方式还没有被广泛投入使用。对厌氧出水的后续处理过程进行改进，将是解决这一问题的不错办法。例如，厌氧技术+酸化+好养技术的使用，它能够在前半段去除大多数COD（循环过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规定下的排放标准。

4 结语

综上所述，我国的工业废水处理体系还存在一定的缺陷，厌氧生物技术具有能耗低、成本低、污染小等优点，该技术的使用能够很好地对相关关系进行处理。未来，随着相关研究的不断深入，对于厌氧技术和好氧技术的结合研究将会成为研究人员探讨的重点，要知道它们应该是一个相辅相成的有机整体。工业废水的有效处理，单一的技术是难以完成的，只有两种技术结合使用才能实现最大的经济效益，若果能将其进一步改良和完善，终将探索出一条能效高、耗能低、符合可持续发展战略的治理污水的最优途径。

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