摘要：厌氧生物处理技术工艺众多，各有特色，已经成为水处理中不可或缺的技术。在厌氧生物处理技术中，通过对各类厌氧菌在工艺运行期间的形态变化及其在污泥中的分布的实时监控，合理把握厌氧工艺进程，充分发挥厌氧菌的各自优势，对废水处理效率的提高具有重要意义。
关键词：厌氧生物技术；废水处理；城市污水
0 引言
厌氧生物处理技术是指在无氧条件下，利用多种厌氧菌（兼性厌氧菌和专性厌氧菌）的生物化学作用及代谢活动，将废水中的大分子有机污染物降解为小分子的醇类和有机酸，最终转化为 CH 4 和CO 2 （沼气的主要成分）的一种废水处理技术。自诞生以来，该技术以其能耗低、负荷高、剩余污泥量少等优点而受到国内外众多环境科学与工程领域研究者的广泛关注。他们先后发展了厌氧消化池、厌氧接触池和厌氧生物滤池等多种处理工艺，使得该技术在污水处理领域占据了重要地位。温度是影响微生物生长的重要生态因子，其对微生物菌群的生长繁殖与代谢活性具有深远的影响。研究表明，在适宜温度范围内，温度每升高 10℃，其化学反应速率通常增加 2-4 倍。微生物对水中污染物的降解速率主要受微生物胞内酶和胞外酶的催化作用影响，而酶对温度具有高度敏感性，酶活性的高低对污染物处理效能影响显著，但是温度对酶活性具有双重影响：
（1）酶促反应速度在一定温度范围（0-40℃）内，随温度升高而加快；
（2）大多数酶都是蛋白质，随着温度升高，酶变性速度加快。
1 厌氧生物处理基本原理
早在 20 世纪 30 年代，人们认为厌氧发酵有机物分解过程分为 2 个阶段：酸化阶段和甲烷化阶段。但是随着对厌氧微生物的不断深入，许多学者认为 2 个阶段理论不能真实反映厌氧发酵的详细过程，随后提出了厌氧发酵 4 阶段理论。见图 1。
第1阶段为水解阶段。复杂的大分子有机物被胞外酶水解为小分子的溶解性有机物。水解性细菌或发酵性细菌将纤维素、淀粉等碳水化合物水解为糖类；蛋白质水解为氨基酸。.png)
第2阶段为酸化阶段。溶解性的有机物由兼性或专性厌氧菌转化为有机酸及醇、醛、CO 2 和 H 2。有机酸类还进一步降解形成各种低级有机酸，如乙酸、丙酸、丁酸、长链脂肪酸和乙醇等。有时人们也将水解阶段和酸化阶段合称为第 1 阶段。
第3阶段为产乙酸阶段。由产乙酸产氢细菌利用前阶段所产生的各种有机酸分解成乙酸和 H 2。有时还有CO 2生成。
第4阶段为产甲烷阶段。由产甲烷细菌利用乙酸、CO 2和 H 2或其他一碳化合物产生甲烷。
2 生活污水厌氧生物处理影响因素
厌氧生物处理对环境的要求比较严格。主要影响因素有温度、pH、氧化还原电位、营养、食料与微生物的比、有毒物质、搅拌等。这些因素在以往实践中都做了很深入的研究，这里针对生活污水相对低温、低含量的特性重点介绍一下温度和有机物含量对生活污水厌氧处理的影响。
2.1 温 度
温度是影响微生物生命活动最重要因素之一，其对厌氧微生物的影响尤为显著，这是因为温度直接影响厌氧微生物细胞内某些酶的活性，从而影响微生物生化反应的速率。另外温度还可能影响剩余污泥的成分与性状。
厌氧废水处理可分为低温（5～20℃）、中温（20～42℃）和高温（42～75℃）3类，3类不同温度运行区间的厌氧反应器内有着不同类型的微生物。研究表明，高温消化的反应速率约为中温消化的 1.5～1.9 倍，产气率也高，但气体中甲烷分数却较中温消化低，中温要比低温的消化速率要高。
但在工程实践中，当然还应考虑经济因素，采用高温消化需要消耗较多的能量，还产生臭味，当处理废水量很大时，往往不宜采用。比较适宜的温度约为35℃，即中温消化，据报道，消化污泥活性在中温 35℃最高。在能源日益紧缺的情况下要求我们尽量采用低温消化，即 5～20 ℃。在低温条件下，污水的粘度变大使得污泥和水的接触程度会降低，产甲烷菌的活性也有所下降，产酸菌与产甲烷菌将失去代
谢平衡，从而降低了厌氧处理的效果。
另外，保持温度的恒定也至关重要，波动范围一般1d 不宜超过2℃。据研究，当有3℃的变化时，就会抑制消化速度；有5℃的急剧变化时，就会突然停止产气，使有机酸大量积累而破坏厌氧消化。
随着各种新型高效厌氧反应器的开发，温度对厌氧消化的影响由于生物量的增加而变得不再显著。因此处理废水的厌氧消化反应常在常温条件（20～25 ℃）下进行，以节省能量的消耗和运行费用。
2.2 有机物含量
当污水中有机物含量很低时，反应器内的底物含量低。根据 Monod 微生物基质去除动力学方程，可知基质去除率与微生物含量和基质含量有关，当基质含量很小时，去除率随微生物含量和基质含量的升高而升高。而生活废水污泥长期处于饥饿状态，实际污泥活性远低于最佳值。底物含量低还使产气量减少，结果底物和污泥之间的接触传质作用较差，从而降低污染物的去除效果。
处理低含量废水要求污泥的流失量要少，这就对反应器保留污泥的能力有很高的要求，另外，对三相分离器的设计也有很高的要求。因此，生活污水厌氧反应器的设计体积一般受水力负荷限制，而不像处理中、高含量废水那样受有机负荷限制。
3 厌氧生物处理技术的应用
厌氧生物技术具有好氧生物技术以及物化技术不能比拟的优势，具有产沼气、低能耗、有机负荷高、剩余污泥量少等独特优点。目前已在制革废水、造纸废水、印染废水、啤酒废水等废水处理中有广泛的应用。
3.1 在制革废水中的应用
皮革的生产要经过浸水、浸灰脱毛、脱灰、浸酸、鞣制、中和、加脂、染色等多种复杂的物理化学过程，使用了大量的化工材料，如酸、碱、盐、硫化钠、石灰、表面活性剂、铬鞣剂、加脂剂、染料、有机助剂等，原料皮只有 30% -45%转化为成品革，其余很大一部分则以皮渣、革屑、油脂、毛发等形式进入生产废水中。因此废水组分复杂，浓度高，色度大，有一定的毒性，属于污染严重且较难处理的工业废水。
制革废水一般均采用分质处理或“物化+厌氧+好氧”组合工艺。如河南某皮革公司采用分质处理的处理方式，铬鞣废水采用混凝沉淀法去除废水中的铬，之后再与其他废水混合处理。采用UASB+SBR 工艺处理，对 COD、BOD 5、SS 的去除率均达到 94% 以上。另外，“厌氧+物化+好氧” 组合工艺同样也有较好的去除效果。如广州某皮革公司采用UASB+混凝沉淀+SBR 法处理皮革混合废水，出水水质稳定且达标排放。制革废水通过厌氧处理后的出水氨氮浓度较高，也有一些研究通过工艺的优化，进一步去除氨氮，如某制革厂采用物化处理+ABR+SBR 的工艺，通过控制 SBR 的碱度和溶解氧，使自养型的硝化菌增多、活性加强，最终使曝气池中的氨氮有高的去除率。
3.2 在其他废水中的应用
厌氧生物技术在其他行业的废水处理中也存在不同程度的应用。如在造纸废水中的应用，福建南纸股份公司引进厌氧 IC+好氧技术处理制浆造纸废水，实现了厌氧处理系统稳定的运行效果。在印染废水中也有应用，如广州市某织带厂采用厌氧+接触氧化+物化工艺对印染废水进行处理。使该厂出水水质稳定并达到排放标准，如在啤酒废水的处理中也有广泛地应用。啤酒废水的处理通常采用较成熟的 UASB+好氧组合工艺，如桂林漓泉股份有限公司处理啤酒废水采用UASB+SBR 处理工艺，处理达标排放。同时将产生沼气燃烧后产生热风用于麦糟饲料烘干，取得了较好的处理效果和经济效益。
总之，随着国家“十二五” 节能减排任务的提出，全国各地加大了节能减排措施的实施，对各行业的监管也越来越严格。这就需要进一步提高污水去处效率，因此，厌氧生物技术也越来越在各行业的污水处理中发挥重要的作用。
4 总结
自厌氧生物处理技术问世以来，该技术以其高效率、低能耗的优点已广泛应用于污水处理领域。近几十年来，对于该技术进程监控的研究已经有了一定的发展。
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论文作者:王永辉
论文发表刊物:《基层建设》2016年21期
论文发表时间:2016/12/7
标签：废水论文; 微生物论文; 污泥论文; 温度论文; 阶段论文; 含量论文; 污水论文; 《基层建设》2016年21期论文;