厌氧生物处理的影响因素

厌氧生物处理的影响因素

厌氧生物处理的基本原理

三阶段论——1979年由Bryant提出

1) 水解阶段：碳水化合物（脂肪、蛋白质）在水解发酵菌作用下转化为糖类、挥发性脂肪酸VFA、（较高级有机酸）氨基酸、水和二氧化碳；

2) 酸化阶段（产酸产乙酸阶段）：挥发性脂肪酸在产氢产乙酸菌作用下转化成H2、CO2、乙

酸： CH3CH2COOH→CO2↑+CH3COOH+H2↑

3) 产甲烷阶段：最后两组生理不同的产甲烷菌，有共同的产物：

4H2+CO2→CH4↑+2H2O —— （28%）CO2被还原的反应

2CH3COOH→2CH4↑+2CO2↑ —— （72%）乙酸脱羧的反应 ，CH3COOH脱羧。

厌氧生物处理的影响因素

(1) 温度。存在两个不同的最佳温度范围(55℃左右，35℃左右)。通常所称高温厌氧消化和低温厌氧消化即对应这两个最佳温度范围。

甲烷菌对温度的适应性很差，根据其生存的适宜温度范围，甲烷菌可分为两类，即中温甲烷菌（适宜温度33－35℃）和高温甲烷菌（适宜温度50－53℃）。当温度超出适宜温度范围时，厌氧消化反应速率则急剧下降。厌氧消化的允许温度波动范围为±1.5－2.0℃。当波动范围为±3℃时，就会严重抑制消化速率。当波动范围超过±5℃时，就会使有机酸大量积累而破坏厌氧消化过程的正常运行。

(2) pH值。厌氧消化最佳pH值范围为6．8～7．2。

产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，最适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(最好在6.8-7.2)的范围内。

(3) 有机负荷。

① 厌氧生物反应器的有机负荷通常指的是容积负荷，其直接影响处理效率和产气量。在一定范围内，随着有机负荷的提高，产气量增加，但有机负荷的提高必然导致停留时间的缩短，即进水有机物分解率将下降，从而又会使单位质量进水有机物的产气量减少。

② 厌氧处理系统的正常运转取决于产酸和产甲烷速率的相对平衡，有机负荷过高，则产酸率有可能大于产甲烷的用酸率，从而造成挥发酸VFA的积累使pH值迅速下降，阻碍产甲烷阶段的正常进行。严重时导致产甲烷作用的停顿，整个系统陷于瘫痪状态，调整恢复起来非常困难。

③ 如果有机负荷的提高是由进水量增加而产生的，过高的水力负荷还有可能使厌氧处理系统的污泥的流失率大于其增长率，进而影响系统的处理效率。

④ 如果进水有机负荷过低，虽然产气率和有机物的去除率可以提高，但设备的利用率低，投资和运行费用升高。

由于厌氧生物处理几乎对污水中的所有有机物都有分解作用，因此讨论厌氧生物处理时，一般都以C0DCr来分析研究，而不象好氧生物处理那样必须为依据。厌氧处理的有机负荷通常以容积负荷和一定的去除率来表示，厌氧生物处理系统的容积负荷是好氧系统的10倍以上，可以高达5～

10kgCODcr／(m³·d)。

在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m³·d)。对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即 kgCOD/(kg污泥·d)。

在通常的情况下：厌氧消化工艺处理高浓度工业废水的有机负荷：

中温为2-3 kgCOD/(m³·d)，在高温下为4-6 kgCOD/(m³·d)。

上流式厌氧污泥床反应器UASB、厌氧滤池AF、厌氧流化床UBF等新型厌氧工艺的有机负荷：

在中温下为5-15 kgCOD/(m³·d)，可高达30 kgCOD/(m³·d)。

(4) 营养物质。

厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的C/N为10-18:1。

甲烷菌对硫化氢的最佳需要量为11．5mg／L。有时需补充某些必需的特殊营养元素，如除氮、磷、硫等，以及铁、镍、锌、钴、钼等可提高某些系统酶活性的微量元素。甲烷菌对硫化物和磷有专性需要，而铁、镍、锌、钴、钼等对甲烷菌有激活作用。

与好氧过程相比，由于厌氧过程大大减少了生物体的合成量，所以除氮以外对其他营养元素的需要都成比例地减少了。除了对N和P两种元素的需要外，一些含硫化合物(如硫酸盐等)及某些金属元素对甲烷菌的激活作用也是不容忽视的。尽管甲烷菌对含硫化合物和磷有特殊需要，但在反应器内这两种元素维持非常低的浓度即可满足其需要，但一般说来，氮的浓度必须保持在40～70mg／L

的范围内才能维持甲烷菌的活性。所有微生物都离不开微量金属元素，但厌氧生物处理中的微量金属含量却能带来明显的运行问题。铁、钴、镍和锌是最常报道有激活作用的微量金属元素，甚至有报道称钨、锰、钼、硒及硼等元素对甲烷菌代谢具有激活作用。

甲烷是由不同种类的甲烷菌产生的，而每一种甲烷菌都有自己独特的对环境和微量金属元素的需要。实际运行结果表明，就微量金属而言，缺少某一种就有可能严重影响整个生物处理过程。微量金属不能解决厌氧处理运行中的所有问题，但微量金属的存在是厌氧处理运行的前提和条件，许多使用厌氧生物处理工业废水不能达到预期效果，其原因就有可能是系统中缺少某种或某几种微量金属，在实际运行中补充投加微量金属是必须考虑的调整手段之一。

(5) 氧化还原电位。氧化还原电位可以表示水中的含氧浓度，非甲烷厌氧微生物可以在氧化还原电位小于+100mV的环境下生存，而适合产甲烷菌活动的氧化还原电位要低于-150mV，在培养甲烷菌的初期，氧化还原电位要不高于-330mV。

厌氧环境主要以体系中的氧化还原电位反映。一般自来水中是100mV左右，而污水中是-100mV。高温厌氧消化系统：适宜氧化还原电位为-500～-600mV；中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统：氧化还原电位应低于-300～-380mV。产酸细菌：对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100～-100mV的兼性条件下生长繁殖；

甲烷细菌：最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。就大多数生活污水的污泥及性质相近的高浓度有机废水而言，只要严密隔断于空气的接触，即可保证必要的值。

(6) 碱度。废水的碳酸氢盐所形成的碱度对pH值的变化有缓冲作用，如果碱度不足，就需要投加碳酸氢钠和石灰等碱剂来保证反应器内的碱度适中。碱度曾一度在厌氧消化中被认为是一个至关重要的影响因素，但实际上其作用主要是保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，维持合适的pH值.

(7) 有毒物质。重金属在很低的浓度条件下就会影响厌氧消化速率，硫化物、氨氮、氯代有机物及某些人工合成有机物的含量超过一定值后，也会对厌氧微生物产生不同程度的抑制，使厌氧消化过程受到影响甚至破坏。另外，厌氧发酵过程的产物和中间产物(如挥发性有机酸、氢离子浓度等)也会对厌氧发酵过程本身产生抑制作用。

一般在厌氧生化处理系统中，由SO42-还原所产生的H2S可能引起以下问题：

Ø 废水中的有机物一部分要消耗于SO42-的还原，因而不能转化为CH4，减少了厌氧反应器的甲烷产量，从而降低了其与好氧系统相比的优势。

Ø 游离的H2S对厌氧系统中的产甲烷菌、产酸菌甚至硫酸盐还原菌均有抑制作用，如果游离H2S

浓度过高，势必影响到厌氧反应的负荷和处理效率。

Ø 存在于厌氧出水中的H2S，体现COD，使得厌氧反应器COD去除率降低。

Ø 由反应器和出水释放出的H2S气体，引起恶臭，污染环境，并且可能造成中毒事件。

Ø 转移到沼气部分的H2S，会引起沼气利用设备的腐蚀，为避免这一问题需要增加额外的投资或者使运行管理费用显著增加。

(8) 水力停留时间。水力停留时间对于厌氧工艺的影响主要是通过上升流速来表现出来的。一方面，较高的水流速度可以提高污水系统内进水区的扰动性，从而增加生物污泥与进水有机物之间的接触，提高有机物的去除率。另一方面，为了维持系统中，能拥有足够多的污泥，上升流速又不能超过一定限值。

要同时保证厌氧生物处理的水力停留时间HRT和固体停留时间SRT。HRT与待处理的废水中的有机污染物性质有关，简单的低分子有机物要求的HRT较短，复杂的大分子有机物要求的HRT较长。厌氧生物处理工艺的SRT都比较长，以保证反应器内有足够的生物量。

水力负荷过大导致水力停留时间过短，可能造成反应器内的生物体流失。因此，试图在水力停留时间较短的情况下，利用悬浮生长工艺如UASB处理低浓度废水往往行不通。要想经济地利用厌氧技术处理低浓度废水，必须提高SRT与HRT的比值，即设法增加反应器内的生物量。

水力停留时间对于厌氧工艺的影响主要是通过上升流速来表现出来的。一方面，较高的水流速度可以提高污水系统内进水区的扰动性，从而增加生物污泥与进水有机物之间的接触，提高有机物的去除率。在采用传统的UASB法处理废水时，为形成颗粒污泥，厌氧反应器内的上升流速一般不低于