厌氧生物技术应用于工业废水处理中的研究

雍田景

（四川师范大学 生命科学学院，四川成都 610101）

厌氧生物技术在工业废水处理领域的应用已经有了百余年的发展历史。近年来，厌氧生物技术在工业废水处理方面的应用日益成熟，该技术也展现出了更为广阔的发展前景。目前，厌氧生物技术以其能耗低、成效好优点，得到了广泛关注。在生态文明建设不断深化的背景下，相关企业必须要对厌氧生物技术给予足够的重视，加强对该技术的研究以及应用。

1 厌氧生物技术用于工业废水处理中的发展历程

1.1 第一代厌氧生物处理器

第一代厌氧生物处理器诞生于二战结束后，为适应各个国家的工业发展需求，厌氧生物技术得到了社会各界的高度重视。第一代厌氧生物处理器的开发，在废水沉淀池中增加同流装置，有效提升了反应器的运转效率。但是第一代厌氧生物处理器，无法将污泥和水力完全分离，所以污水处理的周期较长，耗时约在1个月左右[1]。

1.2 第二代厌氧生物处理器

第二代厌氧生物处理器，针对第一代处理器的不足之处，研发人员通过在处理器中增设物理过滤的方式，如应用砂砾进行过滤，处理器中保留大量的活性污泥，水力和污泥能够分离开来。第二代厌氧生物处理器，逐渐开始在工业废水处理领域中得到广泛应用，随着当时厌氧生物处理技术的逐渐成熟，降流式固定膜反应器、上流式厌氧污泥床也逐步被开发、应用。但是，第二代厌氧生物处理器仍旧存在一定问题，如果污水中的悬浮物过多，就会导致处理器堵塞，从而降低设备使用寿命，降低污水处理效率。

1.3 第三代厌氧生物处理器

为解决第二代厌氧生物处理器污泥堵塞的问题，第三代厌氧生物处理器通过增加反应高度来提高处理流速。第三代厌氧生物处理器的基本原理和第二代基本相同，不过工业废水处理的问题大致都得到了解决，所以第三代厌氧生物处理器也可以说是厌氧生物技术发展成熟的结果，为工业废水的处理提供了较大的便利。这一时期，厌氧升流式流化床、厌氧膨胀颗粒污泥床也得到了应用。

2 厌氧生物技术用于工业废水处理的作用机制

厌氧生物工业废水处理，是在厌氧条件下，利用厌氧菌的特性，将工业废水中的污染物质进行降解，经过反应后，工业废水中的污染物质可降解为有机酸、小分子醇，最后再转化为无害的二氧化碳以及甲烷，处理后的工业废水排放不会对周边自然环境造成过大影响，并且还可直接循环用在工业生产中。在利用厌氧菌处理工业废水的过程中，需要增加一定的营养物质，比如尿素、工业葡萄糖等等，从而制造出能够处理工业废水的厌氧污泥。大量实践证明，厌氧生物处理技术的处理效果卓著，相较于传统的污水处理方式，厌氧生物处理技术的成本更低，设备结构更简单，操作更灵活，维护更方便。其基本处理流程为:蛋白质、脂肪、碳水化合物（大分子有机物）结合细菌孢外酶→溶解的有机物结合产酸细菌→有机酸结合产乙酸产氮细菌→转换为乙酸、甲烷、二氧化碳。

如 Sulfate reducing bacteria（SRB 硫酸盐还原菌）厌氧生物处理技术就是一种效率非常高的脱硫废水处理技术，目前在硫酸盐工业废水的处理中得到了广泛应用。硫酸盐工业废水主要是石灰石脱硫过程中产生的工业废水，为确保石膏质量，必须对石膏进行脱水处理。但是脱硫废水中含有诸多国家标准中的1类污染物，比如硫酸盐、亚硝酸盐等等。而Sulfate reducing bacteria（SRB硫酸盐还原菌），在代谢分解阶段，其中的有机碳源就可以通过“基质水平磷酸化”反应，产生一定的高能电子、ATP，在电子转移的过程中，此前产生的高能电子，就可通过细胞色素C等电子传递链逐步传递，然后再产生大量的ATP。在氧化的过程中，电子转移至氧化态SO42-，然后就可以还原为S2-，同时在这个过程中消耗ATP。通过一系列的反映，SRB在代谢的过程中将SO42-作为最后的电子受体，有机物碳源作为电子供体，同时将SO42-还原成硫化物，就可以达到减少工业废水中硫酸盐的目的[2]。

3 厌氧生物技术用于工业废水处理中影响因素

3.1 温度

厌氧菌会受到周边自然环境所影响，所以不同的厌氧生物在不同的温度环境下，处理工业废水的效率、成效也会有所不同。厌氧微生物细胞内酶的活性，和温度有着密切的关系，就甲烷菌来说，甲烷菌生存温度在55℃左右，所以在利用甲烷菌处理工业废水的过程中，必须要保证工业污水处理的温度。

3.2 PH值

和温度相同，PH值也是影响微生物活性的重要因素，工业废水中的PH值也就直接决定了工业废水的处理效率。如产酸菌在PH值为4.5-8的工业废水中才能够生存，甲烷菌在7-7.2PH值的工业废水中的活性最高。结合厌氧菌工业废水处理实际情况，在实际处理的过程中，处理器中的厌氧体系，可以说是PH值的暂存体，这样才能保证各种厌氧菌处于相同的环境中，保持相同的活性，因此大多数的厌氧生物处理器中的PH值都在7.0左右[3]。

3.3 有机负荷

影响工业废水处理效率的不仅仅有厌氧菌的活性，同时厌氧硝化率也会直接对其造成影响。一般来说，有机负荷会之间影响厌氧硝化率，所以有机负荷的大小，和污水处理效率有着直接关系。厌氧生物处理器中的有机负荷，必须保证和容器容量成反比，和产气率成正比。

3.4 氧化还原电位

无氧环境，是保证厌氧菌存活的基础，也是确保工业废水处理效率的基本要素，是保证厌氧菌在工业废水中增殖、活动的重要条件。在工业废水处理中，借助电位、浓度之间的关系，就可判断工业废水处理环境的氧气浓度。通常来说，最适合非甲烷菌氧化还原电位不得低于-100mv，不得大于100mv，最适合甲烷菌氧化还原电位不得低于-400mv，不得大于-150mv[4]。

3.5 F/M比

和普通好氧菌相比，厌氧菌在工业污水处理中的有机负荷更高，一般来说，厌氧菌的有机负荷能够保持在7kgCOD/m·d左右，如果想要提高污水处理效率或者想要选择较低、较高负荷启动设备的时候，必须要考虑到反应器的生理量因素。

3.6 有毒物质

能够抑制厌氧菌增殖的有毒物质较多，重金属、氨氮、硫酸盐物质，都会直接对厌氧菌的正常增殖造成严重影响，尤其是硫酸盐，硫酸盐一旦加入到工业废水的处理过程中，就会直接被转换为硫化物，从而对工业废水处理造成严重影响[5]。

4 厌氧生物技术用于工业废水处理中的发展前景

目前，厌氧生物处理技术在现代工业废水处理中的应用已经较为成熟，虽然仍旧存在着一定缺陷，但是该技术依旧有着广阔的发展前景。未来，工业废水处理可将厌氧生物技术的应用作为主要研究方向[6]。首先，厌氧生物技术和传统的污水处理方法相比，该技术的能源消耗量更少，费用更低，污泥易处理。在气候较为温暖的地区，应用厌氧生物技术处理工业废水，可有效降低工业废水对周边环境造成的影响。针对当前硫化物、重金属等有毒物质对厌氧菌的影响，可结合其他物理处理技术，来形成一个多元化的工业废水处理体系，比如可综合利用过滤措施、沉降措施、厌氧菌处理技术、人工湿地来提高工业废水的处理效果；其次，生物处理技术的应用对于环境的温度、PH值的要求比较高，影响处理成效的因素较多，所以厌氧菌处理技术通常只能二次处理一些工业废水。目前许多地区的工业废水处理，都将好氧生物处理作为辅助，厌氧生物处理作为补充，厌氧生物处理技术仍旧需要进一步的完善以及改进[7]。未来厌氧菌处理技术的研究可参考以下两点:第一，有机酸、酸化相、乙醇，甲烷的变化、COD的除去效果，通常是通过研究组织、两相变来实现，从而让厌氧处理技术成为一个较为完整的技术体系。我国学者通过实践证明，乙醇、乙酸的发酵，有助于甲烷的发挥；第二，厌氧菌对周围环境的变化非常敏感，所以未来可研究如何让厌氧菌保持活性，提高厌氧菌的适应能力，从而让厌氧菌技术处理工业废水的效果得到有效提高。

综上所述，厌氧菌处理技术的发展对于工业废水处理有着至关重要的作用，尤其是在我国生态文明建设不断深化的背景下，相关从业人员对厌氧菌处理技术一定要有足够的认识。虽然厌氧菌处理技术已经较为成熟，但是仍旧存在着一些影响处理效率的客观问题，针对这些问题还需要广大科研人员对其进行进一步的研究，这样才能让厌氧菌处理技术得以发展。