【正文】 厭氧生物處理活性污泥法與生物膜法是在有氧條件下，由好氧微生物降解污水中的有機物，最終產(chǎn)物是水和二氧化碳，作為無害化和高效化的方法被推廣應(yīng)用。但當(dāng)污水中有機物含量很高時，特別是對于有機物含量大大超過生活污水的工業(yè)廢水，采用好氧法就顯得能耗太多，很不經(jīng)濟了。因此，對于高濃度有機廢水一般采用厭氧消化法。即在無氧的條件下，由兼性菌及專性厭氧細(xì)菌降解有機物，最終產(chǎn)物是二氧化碳和甲烷氣體。厭氧生物處理具有高效低耗的特點，因此比好氧生物處理技術(shù)更具優(yōu)越性。 第一節(jié) 概述一、 厭氧生物處理中的厭氧微生物厭氧生物處理是以厭氧細(xì)菌為主而構(gòu)成的微生物生態(tài)系統(tǒng)。厭氧細(xì)菌有兩種，一種是只要有氧存在就不能生長繁殖的細(xì)菌，稱為絕對厭氧菌；另一種是不論有氧存在與否都能增長的細(xì)菌，稱為兼性厭氧細(xì)菌（也稱兼性細(xì)菌）。當(dāng)流入廢水的BOD濃度較高，細(xì)菌在好氧狀態(tài)下增長以后，由于缺氧會使各種厭氧細(xì)菌繁殖起來。一般污水散發(fā)出惡臭是由于厭氧細(xì)菌增長產(chǎn)生了硫化氫、胺等氣體所造成的。厭氧生物處理中的厭氧微生物主要有產(chǎn)甲烷細(xì)菌和產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌，常見的甲烷菌有四類：既甲烷桿菌、甲烷球菌、甲烷八疊球菌、甲烷螺旋菌；產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌主要有氣桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、小球菌屬、變形桿菌屬、鏈球菌屬等。二、 厭氧生物處理技術(shù)厭氧生物處理技術(shù)于19世紀(jì)末首先在英國得到應(yīng)用，到1914年美國已建立14座厭氧消化池。厭氧生物處理利用厭氧微生物的代謝過程，在無需提供氧氣的情況下把有機物轉(zhuǎn)化為無機物和少量的細(xì)胞物質(zhì)，這些無機物主要包括大量的生物氣和水。此生物氣俗稱沼氣，沼氣的主要成分是約2/3的甲烷和1/3的二氧化碳，是一種可回收的能源。厭氧水處理是一種低成本的水處理技術(shù)，它又是把水的處理和能源的回收利用相結(jié)合的一種技術(shù)。發(fā)展中國家面臨嚴(yán)重的環(huán)境污染問題、能源短缺以及經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境治理所面臨的資金不足等問題，這些國家需要有效、簡單又費用低廉的技術(shù)；厭氧水處理技術(shù)可以作為能源生產(chǎn)和環(huán)境保護體系的一個核心部分，其產(chǎn)物可以被燃燒利用而產(chǎn)生經(jīng)濟價值。如處理過的潔凈水可用于魚塘養(yǎng)魚和農(nóng)田灌溉；產(chǎn)生的沼氣可作為能源；剩余污泥可以作為肥料用于土壤改良。 厭氧處理具有下列優(yōu)點：（1）、處理成本低。在廢水處理成本上比好氧處理要便宜得多，特別是對中等以上濃度（COD1500mg/L）的廢水更是如此。厭氧法成本的降低主要由于動力的大量節(jié)省、營養(yǎng)物添加費用和污泥脫水費用的減少，即使不計沼氣作為能源所帶來的收益，厭氧法也僅約為好氧法成本的1/3；如所產(chǎn)沼氣能被利用，則費用更會大大降低，甚至帶來相當(dāng)?shù)睦麧?。?）、低能耗。厭氧處理不但能源需求很少而且還能產(chǎn)生大量的能源。厭氧法處理污水可回收沼氣?；厥盏恼託饪捎糜阱仩t燃料或家用燃?xì)?。?dāng)處理水COD在4000~5000mg/L之間，回收沼氣的經(jīng)濟效益較好。（3）、應(yīng)用范圍廣。厭氧生物處理技術(shù)比好氧生物處理技術(shù)對有機物濃度適應(yīng)性廣。好氧生物處理只能處理中、低濃度有機污水，而厭氧生物處理則對高、中、低濃度有機污水均能處理。（4）、污泥負(fù)荷高 。 厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷比好氧法要高得多，單位反應(yīng)器容積的有機物去除量也因此要高得多，特別是使用新一代的高速厭氧反應(yīng)器更是如此。因此其反應(yīng)器負(fù)荷高、體積小、占地少。厭氧法可直接處理高濃度有機廢水和剩余污泥。（5） 剩余污泥量少 好氧法處理污水，因為微生物繁殖速度快，剩余污泥生成率很高。而厭氧法處理污水，由于厭氧世代時間很長、微生物增殖緩慢，因而處理同樣數(shù)量的廢水僅產(chǎn)生相當(dāng)于好氧法1/10~1/6的剩余污泥；剩余污泥脫水性能好，脫水時可不使用或少使用絮凝劑，因此剩余污泥處理要容易得多；可減輕后續(xù)污泥處理的負(fù)擔(dān)和運行費用；污泥高度無機化，可用作農(nóng)田肥料或作為新運行的廢水處理廠的種泥出售。（6） 厭氧方法對營養(yǎng)物的需求量較低 一般認(rèn)為，若以可以生物降解的BOD為計算依據(jù)，好氧方法氮和磷的需求量為BOD：N：P=100：5：1，而厭氧方法為（350~500）：5：1。有機廢水一般已含有一定量的氮和磷及多種微量元素，可滿足厭氧微生物的營養(yǎng)要求，因此厭氧方法可以不添加或少添加營養(yǎng)鹽。而好氧法處理單一有機物的廢水，往往還需投加其他營養(yǎng)物，如N、P等，這就增加了運行費用。（7）、易管理 厭氧方法的菌種（例如厭氧顆粒污泥）可以在停止供給廢水與營養(yǎng)的情況下保留其生物活性與良好的沉淀性能至少1年以上。它的這一特性為其間斷地或季節(jié)性地運行提供了有利條件，厭氧顆粒污泥因此可作為新建厭氧處理廠的種泥出售。（8）靈活性強 。厭氧系統(tǒng)規(guī)模靈活，可大可小，設(shè)備簡單，易于建設(shè)，無需昂貴的設(shè)備。目前處理工業(yè)廢水的上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB），從幾十立方米到上萬立方米的規(guī)模都運行良好。厭氧方法用于大規(guī)模的工業(yè)廢水和生活污水的處理只是近幾十年的事，厭氧技術(shù)的發(fā)展尚不充分，也有不足之處。（1）采用厭氧生物法不能去除廢水中的氮和磷 采用厭氧生物處理廢水，一般不能去除廢水中氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)。含氮和磷的有機物通過厭氧消化，其所含的氮和磷被轉(zhuǎn)化為氨氮和磷酸鹽，由于只有很少的氮和磷被細(xì)胞合成利用，所以絕大部分的氮和磷以氨氮和磷酸鹽的形式在出水排出。因為氮和磷是營養(yǎng)物質(zhì)，排入水體可引起湖泊發(fā)生富營養(yǎng)化，雖然厭氧法在去除COD和BOD方面具有高效低耗的優(yōu)點，但因不能去除氮和磷，使該法的應(yīng)用存在局限性，當(dāng)被處理的廢水含有過量的氮和磷時，不能單獨采用厭氧法，而應(yīng)采用厭氧與好氧工藝相結(jié)全的處理工藝。 （2）厭氧法啟動過程較長 因為厭氧微生物的世代期長，增長速率低，污泥增長緩慢，所以厭氧反應(yīng)器的啟運過程很長，一般啟動期長達3~6個月，甚至更長，如要達到快速啟動，必須增加接種污泥量，這就會增加啟動費用。 （3）運行管理較為復(fù)雜 由于厭氧菌的種群較多，如產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲燒菌性質(zhì)各不相同，而互相又密切相關(guān)，要保持這兩大類種群的平衡，對運行管理較為嚴(yán)格，稍有不慎，可能使兩種群失去平衡，使反應(yīng)器不能正常工作，如進水負(fù)荷突然提高，反應(yīng)器的PH值會下降，如不及時發(fā)現(xiàn)控制，反應(yīng)器就會出現(xiàn)“酸化”現(xiàn)象，使產(chǎn)甲烷菌受到嚴(yán)重抑制、甚至使反應(yīng)都不能再恢復(fù)正常運行，必須重新啟動。 （4）衛(wèi)生條件較差，一般廢水中均含有硫酸鹽，厭氧條件下會產(chǎn)生硫酸鹽還原作用而放出硫化氫等氣體，其中硫化氫是一種有毒和具有惡臭的氣體，如果反應(yīng)器不能做到完全密閉，就會散發(fā)出臭氣，引起二次污染，因此，厭氧處理系統(tǒng)的各處理構(gòu)筑物應(yīng)盡可能密封，以防臭氣散發(fā)。 （5）厭氧處理去除有機物不徹底 厭氧處理廢水中有機物時往往不夠徹底，一般單獨采用厭氧生物處理不能達到排放標(biāo)準(zhǔn)，所以厭氧處理必須要與好氧處理相配合。 （6）厭氧微生物對有毒物質(zhì)較為敏感 厭氧微生物對有毒物質(zhì)較為敏感，因此，對于有毒廢水性質(zhì)了解的不足或操作不當(dāng)可能導(dǎo)致反應(yīng)器運行條件的惡化。但是隨著人們對有毒物質(zhì)的種類、毒性物質(zhì)的允許濃度和可馴化性的了解以及工藝上的改進，這一問題正在得到克服。近年來人們發(fā)現(xiàn)，厭氧細(xì)菌經(jīng)馴化后可以極大地提高其對毒性物質(zhì)的耐受力。三、厭氧生物處理技術(shù)的發(fā)展厭氧處理法最早用于處理城市污水處理廠的沉淀污泥，即污泥消化，后來用于處理高濃度有機廢水，采用的是普通厭氧生物處理法。普通厭氧處理法的主要缺點是水力停留時間長，污泥中溫消化時，一般需20~30d。因為水力停留時間長，所以消化池的容積大，基本建設(shè)費用和運行管理費用都較高，這個缺點長期限制了厭氧生物處理法在各種有機廢水處理中的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以后，由于能源危機導(dǎo)致能源價格猛漲，厭氧發(fā)醇技術(shù)日益受到人們的重視，對這一技術(shù)在廢水領(lǐng)域的應(yīng)用開展了廣泛、深入的科學(xué)研究工作，開發(fā)了一系列高效率的厭氧生物處理工藝，這些新型高效厭氧反應(yīng)器工藝與傳統(tǒng)消化池比較有一共同的特點：提高了厭氧反應(yīng)負(fù)荷和處理效率，延長了污泥停留時間，提高了污泥濃度，改善了反應(yīng)器內(nèi)的流態(tài)。污泥停留時間的延長與污泥濃度的提高使厭氧系統(tǒng)更具有穩(wěn)定性，有效增強了對不良因素（例如有毒物質(zhì)）的適應(yīng)性，因此十幾年來，厭氧廢水處理技術(shù)得以很快推廣，成為水處理領(lǐng)域里一項有效的新技術(shù)。如：厭氧接觸法、升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧流化床（AFB）、厭氧膨脹床（EGSB）、厭氧濾池（AF）、厭氧生物轉(zhuǎn)盤等。第二節(jié) 厭氧生物處理機理污水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物（包括兼性厭氧微生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱為厭氧消化。與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氮等為受氫體。厭氧生物處理是一個復(fù)雜的微生物化學(xué)過程，依靠三大主要類群的細(xì)菌，即水解產(chǎn)酸細(xì)菌，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的聯(lián)合作用完成，因而可將厭氧消化過程劃分為三個連續(xù)階段，既水解酸化階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段?！?第一階段為水解酸化階段。復(fù)雜的大分子、不溶性有機物先在細(xì)胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后轉(zhuǎn)入細(xì)胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產(chǎn)生較高級脂肪酸。碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)的水解酸化過程分別為： 單糖 （131） 脂肪 長鏈脂肪酸、甘油 （132） 蛋白質(zhì) 氨基酸 （133）由于簡單碳水化合物的分解產(chǎn)酸作用，要比含氮有機物的分解產(chǎn)氨作用迅速，故蛋白質(zhì)的分解在碳水化合物分解后產(chǎn)生。含氮有機物分解產(chǎn)生的NH3除了提供合成細(xì)胞物質(zhì)的氮源外，在水中部分電離，形成NH4HCO3，具有緩沖消化液PH值的作用，有時也把繼碳水化合物分解后的蛋白質(zhì)分解產(chǎn)氨過程稱為酸性減退期，其反應(yīng)為： NH3NH4++OHNH4HCO3 (134) NH4HCO3 + CH3COOH CH3COONH4 + H2O + CO2 (135)第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機酸和醇類被分解轉(zhuǎn)化成乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳素有機酸時還形成CO2，如： CH3CH2CH2COOH + 2H2O CH3CH2COOH + CH3COOH + 2H2 (136) (戊酸) （丙酸） （已酸） CH3CH2COOH++2H2O CH3COOH+3H2+CO2 （137） （丙酸） （已酸）3