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探讨厌氧生物技术在工业废水处理中的应用

北极星环保网来源:基层建设 张连福2017/12/14 9:23:39我要投稿

北极星环保网讯:目前,厌氧生物技术已经成为处理工业废水的主要途径,该技术主要是在厌氧环境下,通过厌氧微生物的基本生命活动,将有机物降解为二氧化碳、甲烷等物质,以实现废水处理的目标。本文中以厌氧生物技术处理工业废水为出发点,分析了该技术当前的发展现状、在工业废水处理中的应用,并对其未来的发展方向进行了详细论述,希望能够为以后厌氧生物技术的相关研究做出一些积极的贡献。

关键词:厌氧生物技术;工业废水处理;应用

厌氧生物技术应用于工业废水处理已经有一百多年的历史。由于它消耗的动力、能源较少,对于污染严重、资源浪费率大的我国工业特别适合。因此,我们更有必要不断研究开发这门技术,使之能在工业废水的处理中发挥出更大作用。

1厌氧生物处理的机理

1.1厌氧生化的3个阶段及其原理

厌氧生物处理过程是微生物共牛体的活动来完成许多细菌和复杂的组成过程中的一些中间步骤。为了便于研究,将复杂的厌氧生化过程大致分为4个阶段:水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。但到目前为止,三个阶段的理论和四个理论被认为是厌氧细菌的过程更全面,更准确的描述。

1.2厌氧生物技术用于工业废水处理过程的可行性

厌氧生物处理可以被具体解释为以下原理,即厌氧条件下,通过兼性厌氧菌以及厌氧细菌和其他微生物之间的作用,将有机物中的烷和二氧化碳进行降解的过程。该过程不需要外界资源的辅助,被还原的有机物可以作为受氢体,同时产生甲烷气体。

相对于好氧生物技术而言,厌氧生物技术的使用将有更广阔的发展和应用前景。首先,厌氧技术的成本较低,工业废水的排放在厌氧处理技术下经济效益更高。其次,厌氧生物技术将会降低企业的下排污罚款量。此外,厌氧系统处理污泥的成本相对于好氧生物技术而言是微不足道的。

最后,好氧活性污泥每去除1kgBOD耗氧量为1.2kg~1.5kg,1000kgCOD耗电量为(1.44~3.6)×108J,而厌氧生物去除1000kgCOD耗电量为(2.52~5.4)×107J。鉴于以上优势,厌氧生物处理技术已经逐步成为工业处理废水的主要工具。

2影响厌氧生物技术在工业中应用的几个因素

厌氧生物的生存受到诸多因素的限制,为此,想要利用厌氧生物进行工业废水处理就需要为其营造一个良好的繁殖环境。废水厌氧硝化过程中,不同的微生物群的生理作用是联合完成的,为此就要对各种因素进行综合考虑,以保证最优的技术效果。下面就以下因素来分析影响厌氧生物技术效果的几点因素。

2.1温度

温度对微生物的生命活动过程有重要影响。产甲烷细菌生存的温度大致在5~60℃范围,根据温度范围不同,产甲烷菌可分3大类群:低温菌群(20~25℃)、中温菌群(30~45℃)和高温菌群(45~75℃)。因此,厌氧处理工艺根据产甲烷菌各类群最适温度条件的不同,通常分为低温发酵、中温发酵和高温发酵3种。

低温发酵的适宜温度范围10~30℃,中温发酵的适宜温度为35~38℃,高温发酵的适宜温度为50~55℃。温度高低决定发酵过程的快慢。在具体选择厌氧消化温度时,应同时兼顾处理效率和能源消耗两个因素。低温发酵效率太低,高温发酵能耗较大,且操作管理复杂,故一般采用中温发酵进行污泥消化。

2.2pH值

适宜的pH值是保证厌氧生物生存的另外一个因素,厌氧生物的硝化作用离不开pH值的辅助。例如,甲烷菌的繁殖需要保证酸碱适中,pH值大约保持在7.0~7.2之间,产酸菌的pH值应控制在4.5~8.0之间。在利用厌氧生物技术处理污水时,厌氧体系相当于pH值的缓存体,为此繁衍酸菌和甲烷菌会在一个处理器中完成,那么该环境下的pH值就应该控制在6.8~7.2之间。

2.3氧化还原电位

由于所有的产甲烷菌应该在严格的无氧环境中正常生理活动这也是繁殖最基本的条件之一。厌氧反应器介质中的含氧度可以根据浓度与电位的关系来判断。最适合产甲烷菌的氧化还原电位为-150mv~-400mv,而非产甲烷菌则应该控制在-100mv~100mv之间。

2.4有机负荷

有机负荷是影响厌氧硝化率的一个直接因素,它直接导致了处理器的产气量和工作效率的好坏。在一定的范围内,有机负荷与产气率呈反比,与器容量呈正比。

2.5F/M比

相对于好氧生物而言,厌氧生物技术处理方式下的有机负荷更高,通常情况下可以保持在5kgCOD/m•d~10kgCOD/m•d之间,有时甚至能够达到50kgCOD/m•d~80kgCOD/m•d之间。想要选择较高或较低负荷启动设备运行时,一定要考虑该反应器此时拥有的生理量的高低。

2.6有毒物质

抑制厌氧有机物繁殖的主要物质有:硫酸盐、重金属、氨氮等。尤其是硫酸盐,一旦参与到厌氧硝化过程中就很容易被还原成硫化物,并对产甲烷过程起到抑制作用。加入金属盐类就可以缓冲这种毒害作用。

2.7酸碱度

产酸细菌和产甲烷细菌适应的pH值范围是不同的,与产甲烷细菌相比,产酸细菌对pH的变化不太敏感,其适宜的pH值范围在4.5~8.0之间。有的甚至可在pH值为5.0以下的环境中生长繁殖。而产甲烷细菌适应的pH值范围较窄,中温产甲烷细菌的最适pH值为6.8~7.2。在此pH值范围之外,厌氧消化的产气过程会受到严重抑制。

2.8厌氧活性污泥

厌氧活性污泥是厌氧消化过程的工作主体,主要由厌氧微生物及其代谢和吸附的有机、无机物所组成。厌氧活性污泥的浓度和性状直接影响厌氧消化反应器的转化效率和处理能力。在一定范围内,活性污泥浓度越大,厌氧消化效率越高,当浓度达到一定程度后,消化效率不再显著提高。这与污泥积累时间过长,其中的无机成分比例增大,污泥活性降低有关;也与过高的污泥浓度造成装置的堵塞有关。

3厌氧生物技术在工业废水处理中的发展前景

厌氧生物处理技术发展到今天,已在不断的完善发展,走向成熟。比较典型的成果有:厌氧滤池(AF)、厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)、升流式厌氧污泥床(UASB)等。但它们仍存在缺陷,需要不断改进。因此未来对工业废水处理应着眼于以厌氧生物处理技术为主,好氧生物处理技术为辅的技术路线。本着这条主线,未来的研究工作可以考虑以下几个方面:

(1)与传统的好氧生物处理方法相比,厌氧生物处理具有能源消耗小、成本费用低、污泥量少且易处置的特点。对于气候相对温暖的地区,利用高效厌氧技术是提高城市工业废水处理率的有效途径。但是,厌氧技术对有毒物质特别敏感,硫化物、重金属等能轻易破坏产甲烷菌的繁殖。所以,未来还可以结合其他工业废水处理技术共同形成综合处理循环系统,如好氧—厌氧—湿地,以提高其效用;

(2)因为厌氧生物处理技术对环境要求较高,其他的制约因素也较多,所以单独采用厌氧技术治理工业废水还未广泛投入使用。这一问题的解决办法是对厌氧出水的后续处理作出改进。例如用厌氧技术+酸化+好氧技术。前半段可除去大多COD,减少循环过程的能源消耗,后半段可以使出水量满足不同规定的排放标准。

4结束语

总而言之,根据我国工业水体污染严峻的现状,厌氧生物技术所具有的优点能较好的处理这方面的问题。随着研究和应用的深入,技术人员应该认识到厌氧生物技术与好氧生物技术其实是一个相辅相成的有机整体。要处理好工业废水,不能只利用其中一种技术,采取两种技术综合利用的工艺才能发挥出最大的处理效率,并通过对其不断地改善和改良,使之发展成一条高效能、低能耗、且符合可持续发展原则的治理工业废水的有效途径。

延伸阅读:

工业废水处理工艺汇总

高浓度氨氮工业废水应用厌氧氨氧化技术处理的可行性分析

厌氧生物处理的发展状况及特征

污水处理工艺中的厌氧生物处理

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