厌氧工艺的影响因素

厌氧工艺的影响因素

厌氧废水处理工艺是处理多种有机废水的有效方法。厌氧处理过程由兼性和厌氧的微生物完成，这些微生物在隔绝氧气的条件下把有机物转化为二氧化碳和甲烷这类气态最终产物。与好氧处理工艺相比，厌氧处理工艺主要具有三个优点：一是每去除单位重量底物（有机物）产生的微生物量较少（剩余污泥量少）；二是处理过程中产生的甲烷气体具有经济价值；三是由于该过程不会像好氧处理过程那样在较高的氧利用速率条件下受到氧传递能力的限制，所以具有更高的有机负荷潜力。厌氧处理工艺的缺点是为了使微生物的活动维持在适当的水平，需要严格控制运行过程中对厌氧反应有影响的各项因素。本文分享对厌氧工艺产生影响的因素及机理，供水处理人士参考。

一、厌氧工艺的生化过程

要掌握对厌氧工艺产生影响的因素及机理，首先要理清厌氧工艺的生化过程。厌氧生化的最终目标是将有机物转化为甲烷和二氧化碳，在这一过程中涉及两个不同的反应阶段。第一阶段称为“酸性发酵阶段”，在这一阶段，废水中的脂肪、蛋白质和多糖等有机物被一组不同种类的兼性及厌氧细菌水解为甘油三酸脂、脂肪酸、氨基酸、糖类，然后由这组微生物对这些水解产物进行发酵、β-氧化，最终形成主要由挥发性酸、乙醇、新细胞质。从最终产物来看，第一阶段反应结束后废水中的CODcr含量几乎没有发生变化；第二阶段称为“甲烷发酵阶段”，第一阶段反应中的产物被几种不同类型的严格厌氧细菌转化为气体产物（主要为甲 烷和二氧化碳）。两阶段反应如下图所示。值得注意的是，即使实质上存在着按两个阶段顺序进行的厌氧过程，但在一个灵敏的、有良好缓冲作用的系统内，两个阶段是瞬即、同时发生的。在第一阶段，酸性发酵过程中产生的主要的酸是丙酸和醋酸，这是甲烷形成的先决条件。产物百分比是随废水性质变化的，但是可以认为甲烷发酵过程中形成的绝大部分甲烷来自醋酸和丙酸的甲烷发酵过程，少量甲烷主要来自甲酸 发酵过程和某些长链脂肪酸β-氧化产物的甲烷发酵过程。如下图所示。醋酸的甲烷发酵过程只需一组甲烷细菌就可以完成，而通过醋酸发酵的丙酸发酵过程则需要由两组不同的甲烷细菌来完成，这两种酸的甲烷发酵反应如下所示。二、厌氧工艺的影响因素

1. pH:甲烷细菌对于pH的变化相当敏感。研究结果表明，在6.0~8.5的pH范围内甲烷发酵速度是相对稳定的，当pH超出这一范围时将会导致反应速率的明显下降，如下图所示。充足的碱度是保持厌氧处理过程适当pH值的基本条件，因为碱度可以对系统中pH值的变化起缓冲作用。有机物的分解过程产生碱度，在典型的甲烷发酵pH条件下（大约在7.0左右），碱度主要表现为重碳酸盐形式。下式给出了一个在含氮化合物发酵过程中产生碱度的例子。值得注意的是，虽然产生醋酸越多越好，但甲烷菌还是存在其能够承受的最大挥发酸浓度，这一浓度取决于一系列的因素，并且必须针对特定的系统来进行估计，但普遍认为2000 mg/L（以CH3COOH计）是细菌能够承受的最高浓度值，最佳范围是50~500 mg/L。

2. 阳离子浓度:1965年，科学家KugeIman和McCarty发现了阳离子浓度对甲烷的生成速率有影响，如下图所示。上图说明，在较低的浓度范围内，增加阳离子浓度对处理过程具有刺激性的影响（促进作用）；在甲烷发酵过程中存在着最佳阳离子浓度值，系统中的阳离子浓度超过该值时就会导致甲烷发酵速率的下降；在阳离子浓度很高的条件下，反应速率下降的程度取决于阳离子浓度超过最佳值的程度，各种阳离子在不同浓度下对甲烷的生成速率的影响如下表所示。3.氨浓度:氨浓度对于甲烷发酵速率的影响与阳离子浓度的影响类似。它的一个重要区别是，发酵时的pH值决定了水中氨和铵离子间的分配百分比。当pH值较高时，对甲烷菌有毒性的游离氨的比例也会相应提高，如下表所示。4.温度:温度在最后给出，不代表其不重要，而是由于大部分运营人员均特别重视厌氧反应的温度控制，但温度最根本的影响是什么，可能很多人说不清。温度影响的是微生物的最短停留时间，在厌氧接触处理工艺设计过程中使用的微生物停留时间通常取最短时间的2~10倍。为什么低温不行？这是由于较低的运转温度会使比底物利用率变小，从而到这微生物所需的最短停留时间急剧增长。甲烷发酵的极限温度范围为25~40℃，最佳温度范围为30~35℃。

结语

综上所述，厌氧废水处理工艺是一个精密且高效的生物转化系统，其核心在于维持产酸细菌与产甲烷细菌之间的动态平衡。掌握pH值、阳离子浓度、氨浓度以及温度等关键影响因素，不仅是理解微生物代谢机理的需要，更是实现系统稳定运行的基石。在实际工程应用中，运行人员应根据废水的生化特性，灵活调整工艺参数，确保系统具备充足的缓冲能力与适宜的代谢环境。只有通过精细化的过程控制，化解厌氧菌对环境敏感的“短板”，才能充分发挥其有机负荷高、剩余污泥少及能源回收利用的工艺优势，为废水资源化处理提供持续动力。