厌氧生物技术在工业废水处理中的应用

摘 要：厌氧生物处理工艺技术及其装置相对简单，其处理工艺在处理工业废水的有机负荷是好氧工艺的5—10倍，不仅提高了微生物的活性，其废水处理效率也由于好氧处理。因此，厌氧生物技术在工业废水处理中的应用及其广泛。我国的厌氧生物反应器经过了三次的改革，生物反应器的处理效果一代优于一代，对促进我国厌氧生物处理技术的进步与发展起到了重要作用。本文简单介绍了厌氧生物处理技术的发展历程，探讨了第三代厌氧生物反应器处理工业废水的工作原理及工艺流程，分析了厌氧生物处理技术影响工业废水处理效果的因素，结合某工业废水的处理案例进一步探讨了厌氧生物技术在工业废水处理中的应用优势及发展前景。旨在为厌氧生物技术在工业废水处理中的推广应用提供一些参考。

关键词：厌氧生物技术;厌氧生物反应器;工业废水;处理技术

厌氧生物技术是工业废水处理的重要技术之一，它在污水处理中的应用历史已有一个世纪之久。随着我国厌氧生物处理器及其技术的更新与进步，我国的厌氧生物技术得到了较好的发展与应用。目前，基于颗粒泥污膨胀床的第三代的厌氧生物感应器已经广泛应用与工业废水、城市污水的污染治理中，并取得了较好的应用效果。虽然我国的厌氧生物技术已经相对成熟，但在工业废水实践处理与应用中，厌氧生物处理器的选择和工艺参数的选择还要结合具体情况而定。在厌氧生物工业废水处理工作机制上，根据工业废水处理的要求调整和优化延伸生物处理工艺，有助于优化工业废水处理系统，提高工业废水处理质量和效率的同时最大程度的实现节能减耗的目标。研究厌氧生物处理技术在工业水分处理中的应用对实现这一目标有着重要的意义。

一、厌氧生物处理技术的发展历程

我国的厌氧生物处理技术共经历了三个发展阶段，每个发展阶段代表着一代厌氧生物处理器的更新换代。

（1）第一代厌氧生物处理器。第一代厌氧生物处理器出现于二战时期，在工业废水处理系统中的废水沉淀池内假设了同流装置，以加速反应器的反应速率。一代厌氧生物处理器无法使泥污和水力的分离，完成一个污水处理周期大约需要4周时间。

（2）第二代厌氧生物处理器。二代厌氧生物处理器在一代厌氧生物处理器上进行了改进，为处理器假设了物理过滤装置。物理过滤装置内装有砂砾，砂砾能够过滤出大部分的活性泥污，从而实现泥污和水力的分离。在工业污水的实践探索中，后期有主见的在污水处理系统中增加了降流式固定膜反应器、上流式厌氧污泥床，来提高泥污处理的综合效果。二代厌氧生物处理器在泥污和水力分离上效果较好，但对工业废水汇总的悬浮物处理效果一般，且设备的损耗较为严重。当工业废水中的悬浮物较多时，甚至还会引起设备的堵塞。如果不能及时发现并处理堵塞问题，将严重降低工业废水处理的效率。

（3）第三代厌氧生物处理器。三代厌氧生物处理器在二代基础上进行改进，还专门针对悬浮物堵塞问题进行改进。三代厌氧生物处理器加高了反應器的高度，并提高了反应器的处理流速。此外，还增加了厌氧升流式流化床、厌氧膨胀颗粒污泥床。这一阶段，系统性的厌氧生物处理器得到广泛的应用，多种厌氧生物处理器的配合丰富了厌氧生物处理工艺的功能，对工业废水处理的效率和质量得到了显著的提升。

二、第三代厌氧生物反应器处理工业废水的工作原理及工艺流程

厌氧生物技术在处理工业废水时的工作分为三个阶段，分别是水解结算、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。水解阶段碳水化合物在水解发酵作用下转化为糖类、脂肪酸、氨基酸、水、二氧化碳。产氢产乙酸阶段脂肪酸在产氢乙酸菌的作用下转化为H2、CO2、乙酸（产氢产乙酸过程见式1）。产甲烷阶段不同生理的产甲烷菌都产生出共同的产物，即甲烷（产甲烷过程见式2）。工作原理见图1。详细的处理流程参考如下：原工业废水→水解→微生物菌发酵→产氢产酸→产甲烷。

三、厌氧生物处理技术影响工业废水处理效果的因素

（1）温度。厌氧共生体中甲烷菌、产酸菌等微生物对温度极为敏感。低温时产酸菌会加速挥发酸的生产，从而导致甲烷菌、产酸菌数量失去平衡，最终导致甲烷菌将挥发酸转化为甲烷的代谢过程失去平衡。如厌氧生产中，温度从36℃下降到26℃，乙酸盐转化为甲烷的Ks值就会从160mg/L增加到940mg/L。再降低到20℃时，的Ks值增加到2130mg/L。因此，温度变化严重影响厌氧生物处理技术对工业废水处理的效果。

（2）pH值。合适的pH值是保持微生物活性的必备条件之一。当pH值收到影响，产酸菌的活性就会收到影响。当工业废水的pH值介于4.5～8时只能满足产酸菌的生存条件。当pH值介于7～7.2有利于产酸菌繁殖增长，其活性最高。一般，工业废水处理工艺中，厌氧生物处理系统各个反应器中的pH值保持在7左右时，产酸菌的活性最高，工业废水处理效率最高。

（3）有机负荷。有机负荷是影响厌氧消化率的重要因素，而厌氧消化率是决定工业废水公路效率的重要因素之一，由此可见有机负荷与工业废水处理效率之间存在着间接的联系。在工业废水处理中，厌氧生物反应器内的有机负荷需与容器的容量成反比，与产气率成正比。

（4）氧化还原电位。氧气环境是微生物繁殖和生长的必要条件，也是影响厌氧菌活性的重要因素。想要提高工业废水的处理效率，就必须加强影响氧化还原反应的因素，来提高氧气中毒。工业废水中的氧气浓度与电位、厌氧菌浓度有关系。通过控制氧化还原的电位，就可以控制含氧量，进而间接的控制氧含量。厌氧生物处理系统中，非甲烷氧化菌的最佳还原电位应≥-100mv，≤100mv。甲烷最佳氧化菌的还原电影应≥-400mv，≤150mv。

（5）有毒物质。有毒物质是抑制厌氧菌增值和活性的重要因素。工业废水中的有毒物质包括重金属、硫酸盐物质、氨氮等物质。其中硫酸盐流在工业废水处理过程中发生化学反应，转化成硫化物，最终导致工业废水处理效率降低。

（6）有机负荷率。有机负荷率也叫F/M比。一般的厌氧生物系统的有机负荷约为7kgCOD/m·d，再大易造成设备损坏，而太小则会导致工废水处理效率降低。在工业废水中，厌氧生物处理的效率，需要结合厌氧生物反应器的实际的生理容量来决定。

四、厌氧生物处理技术在工业废水处理中的应用

（1）应用案例。某化工厂生产过程中产生的工业废水中含醛含酸，废水COD6000mg/L，pH值=1.0。该化工厂采用厌氧—生物滤池—氧化塘组合处理系统对工业废水进行处理，要求处理后的出水COD<100mg/L。该化工厂厌氧生物组合处理系统的工艺流程如下图2所示。该系统组合生物滤池和氧化塘，生物滤池采用砂石过滤一部分厌氧处理后生产的泥污，氧化塘内再次利用塘低的厌氧菌对有机物进行二次分解，对氧化塘内的重金属污染的有机物、细菌、病毒等进行净化。该系统结合了生物处理技术和生态系统技术，将这些技术与厌氧生物处理技术相结合，组合成厌氧生物处理系统，从而对工业废水中的酸进行体系化的处理，对水体净化起到较好的处理效果。

（2）厌氧生物处理系统的应用分析。厌氧生物处理技术在工业废水处理中的应用及其广泛。虽然厌氧处理技术操作相随简单，技术相对成熟，但处理不当会导致硝酸盐和反硝化物的产生。厌氧处理过程中，除产甲烷的处理过程外，还包括硫酸盐还原、反硝化与厌氧氨氧化的过程。产甲烷的过程其目的是为了借助微生物细胞的间接作用来处理工业废水中的有机物在厌氧环境下分解成为少量污泥和甲烷，实现污泥的减量化处理和有毒有机物的分解作用。硫酸盐的还原过程会和产甲烷菌争夺底物，一直产甲烷菌的繁殖，从而降低厌氧生物处理工业废水的效果。硫酸盐还原的过程中，有氧条件下的形成反硝化反应（见式3），在厌氧条件下形成厌氧氨氧化反应（见式4）。

化工厂厌氧—生物滤池—氧化塘组合处理系统中，有多个厌氧反应器化学沉淀池，说明组合了多个厌氧反应器。厌氧生物处理技术是根据厌氧生物的饥饿反应设计的系统，氧化塘的厌氧反应是对厌氧池反应的补充，也是对含有生物活性的泥污的二次處理。这说明厌氧生物技术在工业废水中需要结合实际情况对系统做出改进，需要做好体系化的厌氧处理，提升厌氧处理系统综合处理效果。

五、厌氧生物技术的发展前景

我国工业废水处理系统中应用的污水处理技术较多，厌氧生物技术是应用最为广泛的废水处理技术之一。厌氧生物技术在处理工业废水方面具有低污染、低成本、低耗能、高效率的应用优势。一般的工业废水成分复杂，厌氧生物处理技术可以间接一些生物降解不了的有机成分和有机废水，且厌氧微生物产生的泥污量较小。综合来看，厌氧生物技术在工业废水处理中有着较好的应用优势和前景。未来，厌氧生物技术在工业废水处理中对于应用，还要从处理工艺及其系统升级上入手，加强系统化的研究，来进一步提升厌氧生物技术处理工业废水的效率和质量。

六、结语

本文研究证明厌氧生物处理技术在工业废水处理的系统化应用有助于降低工业废水处理吹水的COD值，提高工业废水处理的效果。建议在工业废水处理中，将厌氧生物处理技术与其他污水处理技术相结合，并在污水处理系统中增加多个厌氧生物处理环境，来提高厌氧生物系统性处理的效果。

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作者简介：吴宇峰（1999— ），男，汉族，湖北秭归人，本科，研究方向：生物技术。