（制浆造纸工程专业论文）厌氧内循环反应器（ic）处理prc+apmp综合废水的研究.pdf

厌氧内循环反应器( i c ) 处理p r ca p m p 综合废水 的研究 摘要 p r ca p m p ( 盘磨化学预处理碱性过氧化氢机械浆) 制浆工艺 是传统a p m p 制浆的一种改良工艺，在一段磨浆后不洗浆而在高浓 塔中进行一定时间的停留，使化学反应继续进行，从而减少化学药 品用量，同时改善浆料的性能，尤其是白度。由于p r ca p m p 制浆 工艺耗水量小，纸浆白度高，单位废水的污染负荷高，c o d 浓度可 达8 0 0 0 - 10 0 0 0 m g l ，b o d ：c o d = 0 3 0 - - ，0 4 5 ，可生化性强。对于该高 浓有机废水，本研究采用厌氧内循环反应器技术进行处理。 厌氧内循环反应器( i n t e r n a lc i r c u l a t i o nr e a c t o r ，简称i c ) 是第 三代厌氧反应器的代表，其核心是借助反应器内所产沼气的提升作 用实现内循环，达到强化过程传质、提高基质转化效率的作用。废 水基质浓度愈大、沼气产生量愈大、内循环作用愈强、传质过程愈 强烈、基质转化效率愈高，故i c 厌氧特别适用于高浓有机废水处理。 采用自制厌氧内循环反应器装置对p r ca p m p 综合废水进行处 理，通过对反应器启动阶段和稳定运行的研究表明：厌氧内循环反 应器直接以6 0 9 c o d ( l d ) 1 的容积负荷进行启动，在容积负荷1 2 5 g c o d ( l d ) o 时，反应器形成了连续的内循环流，c o d 去除率达7 0 以上。最小水力停留时间可缩短至6 7 8 h ，最大容积负荷可达 3 5 4 9 c o d ( l d ) ，c o d 去除率稳定在6 9 2 7 5 5 范围内。 对厌氧内循环反应器稳定运行的影响因素进行分析：当p h 在 7 5 8 0 之间时c o d 的去除率都处于较高水平，可不必将p h 调节至 常规的6 5 7 5 的范围内，减少了调节酸的用量，降低处理成本；温 度变化会对厌氧内循环反应器的稳定性带来影响，但随着系统的逐 步适应，会逐渐削弱温度变化带来的影响；通过提高水流上升速度， 强化水流紊动，可以有效改善有机物污染物与微生物的传质效果， 从而提高厌氧内循环反应器降解效果，当停留时间小于6 58 h 时，出水 c o d 会恶化；产气率随负荷增加而增大，反应器出水s s 与h r t 和 产气率有关，h r t 减小和产气率增加都会导致出水s s 增加。 厌氧内循环反应器运行结束后，颗粒污泥尺寸增大，直径由接种 时的o 3 - - 2 8 m m 增加到o 5 - 3 3 m m ，最大沉降速度达到10 4 2 3 m h ，活 性显著提高。电镜观察表明，颗粒污泥表面生物相主要是互相缠绕 的丝状菌，颗粒表面形状凹凸不平，甲烷球菌和短杆菌则分布与颗 粒污泥内部。剖面图显示污泥外表面的部分微生物细胞密度大，内 部结构较为松散；处理过程中，厌氧颗粒污泥可保持v s s t s s 为 6 8 3 - 8 2 7 ，产甲烷活性为1 0 4 9 2 9 c o d c h 4 ( g v s s d ) 水平。污泥表 面生物相以丝状菌为主，污泥对反应器环境的适应性与颗粒的尺寸 有关，尺寸适中的颗粒能够很快适应外部环境的改变，并迅速恢复 并保持较高活性。初次加入p r ca p m p 综合废水，去除率由7 9 6 下 降到6 0 8 ，随后在逐渐减少果汁废水比例的过程中，去除率逐渐增 加，表明颗粒污泥活性较好、适应性强。 综合废水经凝胶渗透色谱分子量分布分析表明：处理前h r t = 0 时，原水分子量分布主要在2 0 0 0 0 以上；处理后，h r t = 4 ，分子量 分布主要在l5 3 16 7 4 ；h r t = 6 ，分子量分布主要集中在15 3 - 15 3 0 ； 当h r t = 8 ，分子量分布主要集中在15 3 1515 ，与h r t = 6 相比降解 程度基本没变；说明污染物降解主要发生在h i 汀5 6 h 的时段内，继 续延长h r t ，污染物降解程度增加较小。 通过红外色谱对综合废水中的官能团进行分析表明：随着水力 停留时间的增加即反应器高度的增加，水中所含官能团种类有所增 加，出水的发色基团明显比进水的发色基团要多，这可以解释出水 色度比进水色度高。 气质联用仪对综合废水中的有机物结构分析表明：经过厌氧处 理过的废水中纤维素、半纤维素基本被去除，却残存大量木质素碎 片，木质素最初的裂解需要分子氧的存在，所以没有经过处理的木 质素不能在厌氧环境下被微生物降解，但其网状结构被破坏，分子 量分布有从大分子向小分子转化的趋势。 关键词：厌氧内循环反应器，p r ca p m p 综合废水，颗粒污泥，水 质分析，生物气分析 i l s t u d yo ni n t e r c i r c u l a t i o na n a e r o b i c r e a c t o ra n dt r e a t m e n to fp r ca p m p c o m p r e h e n s i v ee f f l u e n t a b s t r a c t p r ca p m p ( p r e c o n d i t i o n i n gr e f i n e r c h e m i c a la l k a l i n ep e r o x i d e m e c h a n i c a lp u l p ) i san e wp u l p i n gp r o c e s sw h i c hi sd e v e l o p e do nt h e b a s i so ft r a d i t i o n a la p m pp u l p i n gp r o c e s s t h e r ei sac e r t a i np e r i o d a f t e rf i r s tr e f i n i n gf o rt h ep u l pt or e m a i ni nah i g hp u l pt o w e rs ot h a tt h e c h e m i c a lr e a c t i o nc o n t i n u e s ，t h u sa tt h es a m et i m et h ea m o u n to t c h e m i c a l sr e m a i n e di np u l pi sr e d u c e dt of u r t h e ri m p r o v et h ep r o p e r t y o ff u r n i s h 。e s p e c i a l l yw h i t e n e s s a sp r ca p m pn e e ds m a l la m o u n to t w a t e r ，r e s u l t i n gi nh i g hw a s t e w a t e rp o l l u t i o n l o a da f t e rp r o c e s s i n g ， c o dc o n c e n t r a t i o no ft h ee f f l u e n tc a nr e a c h8 ，0 0 0t o10 ，0 0 0m g l ， t h i si sak i n do fh i g hc o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cw a s t e w a t e r a n dt h e r e f o r e a n a e r o b i ct r e a t m e n tm e t h o d si sa ne c o n o m i c a lc h o i c e w i t ht h es t r e n g t h e n i n go fp e o p l e sc o n s c i o u s n e s so ne n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n dt h ep r o m o t i o no fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g y , t h e t r e a t m e n to fp a p e r m i l le f f l u e n th a sb e c o m et h ek e y n o t ef o rt h es u r v i v a l a n dd e v e l o p m e n to fo u rp a p e r m a k i n gi n d u s t r y a st h ee c o n o m i c a la n d e f f e c t i v em e t h o di nt r e a t i n gh i g h - l o a do r g a n i ce f f l u e n t ，t h ea n a e r o b i c t r e a t m e n ts h o w si t sg r e a tp o t e n t i a lt or e m o v et h ep o l l u t i o nc a u s e db y p a p e r - m i l l e f f l u e n t a tt h es a m et i m e ，t h e r ea r em o r ea n dm o r e s u c c e s s f u le x p e r i e n c e so ft r e a t i n gp a p e r m i l le f f l u e n t t h r o u g hh i g h e f f e c t i v ea n a e r o b i cr e a c t o ri nm a n yd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，w h i c hm a k e s t h et r e a t m e n tp o s s i b l ea n df e a s i b l ei no u rc o u n t r y i nt h i ss t u d y , al a b - s c a l ei n t e r n a lc i r c u l a t i o nw a sd e s i g n e da i m i n g a tt r e a t i n gc o m p r e h e n s i v ee f f i u e n tf r o mp r ca p mp t h ep e r f o r m a n c e o ft h ei cr e a c t o rw a ss t u d i e di nt r e a t i n gt h ep r ca p m pe m u e n t ，o nt h e b a s i so ft h es t u d yo ft h ei cr e a c t o r sp e r f o r m a n c e ，f u r t h e r ，t h eq u i c k s t a r t u po ft h el a b s c a l ei cr e a c t o ri nt r e a t i n g t h e c o m p r e h e n s i v e e f f i u e n tf r o mt h ep r ca p m pw a ss t u d i e d t h es t u d yo na n a e r o b i cb i o d e g r a d a t i o no ft h ee f f i u e n tf r o mp - r c a p m pi n d i c a t e st h a tt h eb o d 5 ：c o d c ro ft h e p r ca p m p c o m p r e h e n s i v ee f f i u e n tr e a c h e d3 0 一4 5 ，c o dc a nb er e m o v e da b o u t 75 1 f r o mt h e s ed a t aw ec a nc o n c l u d ei tw i l lb ef e a s i b l et r e a t i n gt h e c o m p r e h e n s i v ee f f l u e n tf r o ma l k a l i n ep e r o x i d em e c h a n i c a lp u l pt h r o u g h a n a e r o b i ct r e a t m e n t t h es t u d yo nt h ep e r f o r m a n c eo ft h ei cr e a c t o rs h o w st h a tt h e s t a r t u po fi cr e a c t o ra tt h ev o l u m e 1 0 a dr a t eo f6g c o d ( l d ) 叫c o u l d b ef i n i s h e dw i t h i n3 7d a y s 。i n t e r n a lc i r c u l a t i o nw e l lp e r f o r m e dw i t h i n 6 5d a y s ，t h ev o l u m e l o a dr a t er e a c h e dl2 5g c o d ( l d ) 一，a n dt h ec o d r e m o v a lw a sa b o v e7 0 d u r i n gt h ec o u r s eo fs t a b l er u n n i n g ，i cr e a c t o rs y s t e mw i l ls h o w i t sb e t t e re f f e c tw i t hm i n i m u mh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m es h o r t e n e dt o 6 7 8h ，t h el a r g e s tv o l u m e l o a di s3 5 4l7g c o d ( l d ) ，c o dr e m o v a l r a t ew a ss t a b l ea t6 9 2 t o7 5 5 t h eg a sp r o d u c t i o nr a t ei n c r e a s e d w i t hi n c r e a s eo fv o l u m e1 0 a d ，h r ta n dt h er a t eo fg a sp r o d u c t i o n c o r r e l a t e dw i t ht h ee f f i u e n tss t h ed e c r e a s eo fh r ta n dt h ei n c r e a s e s o fg a sp r o d u c t i o nr a t ew i l ll e a dt oi n c r e a s e de f f l u e n tss t h ec h a r a c t e r i s t i c so fg r a n u l a rs l u d g ec h a n g e dg r e a t l ya f t e rt h e r u n n i n g ：g r a n u l a rd i a m e t e ri n c r e a s e d ，t h eh i g h e s ts e d i m e n t a t i o nr a t e w a se n h a n c e dt o10 4 2 3 m h e l e c t r o nm i c r o s c o p ys h o w e dt h a to nt h e r u g g e ds u r f a c eo fg r a n u l a rs l u d g e t h e r ei st h ef i l a m e n t o u sb a c t e r i a w i n d i n ge a c ho t h e r ，w h i l em e t h a n ec o c c ia n db a c i l l id i s t r i b u t e di n i n t e r n a lg r a n u l a rs l u d g e s e c t i o no fs l u d g es h o w st h eo u t e rl a y e ro ft h e s l u d g eh a sah i g h e rc e l ld e n s i t y , i n t e r n a ls t r u c t u r ei sr e l a t i v e l yl o o s e ，o r e v e na n e m p t y i n t e r n a l s t r u c t u r e ；d u r i n g t h et r e a t m e n tp r o c e s s ， a n a e r o b i cg r a n u l a rs l u d g ec a nb em a i n t a i n e dv s s t s st o6 8 3 8 2 7 ， m e t h a n e - p r o d u c i n ga c t i v i t y1 0 4 9 2 9 c o d c h 4 ( g v s s d ) l e v e l t h e m i d d l es i z eo fg r a n u l a rs l u d g ec a na l w a y sa d a p tq u i c k l yt oc h a n g e si n t h ee x t e r n a le n v i r o n m e n t ，a n dq u i c k l yr e s u m e sa n dm a i n t a i n sh i g h a c t i v i t y a n a e r o b i ci cr e a c t o rw a ss t a r t e dt h r o u g hj u i c ew a s t e w a t e ri nt h e e a r l ys t a g e t h e na d d e di n t os o m ew a s t e w a t e rf r o mp r ca p m p ，t h e i v o r i g i n a lw a s t e w a t e rw a sc h a n g e di n t ot h em i x t u r eo fj u i c ew a s t e w a t e r a n dp - r ca p m pc o m p r e h e n s i v ew a s t e w a t e r ，a tt h eb e g i n n i n go f a d d i n gt h ep - r ca p m pc o m p r e h e n s i v ew a s t e w a t e r ，t h er e m o v a lr a t i o w a sd e c r e a s e df r o m7 9 5 9 t o6 0 81 ，a n dt h e ng r a d u a l l yr e d u c e dt h e p r o p o r t i o no ff r u i t u i c ew a s t e w a t e ri nt h ep r o c e s st h e nt h ec o d r e m o v a lr a t ei n c r e a s e dg r a d u a l l y ，t h ea c t i v i t yo fg r a n u l a rs l u d g ew a s h i g hw i t hs t r o n ga d a p t a b i l i t y w a t e rq u a l i t ya n a l y s i so ft h ec o m p r e h e n s i v ew a s t e w a t e rt h r o u g h g e lp e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h ya n a l y s i ss h o w e dt h a tt h e r ew a s as e r i e s o ft h em o l e c u l a r w e i g h t d i s t r i b u t i o nw i t ht h eh r tc h a n g i n g r e s p e c t i v e l y ，h r t = o ，m o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o nm a i n l yi sm o r et h a n 2 0 0 0 0 ；h r t = 4 ，m o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o nm a i n l yi sw i t h i n 153 - 一 16 7 4 ；h r t = 6 ，m o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o nm a i n l yc o n c e n t r a t e dw i t h i n 15 3 , - - 15 3 0 ；w h e n h r t = 8 ，m o l e c u l a rw e i g h t d i s t r i b u t i o nm a i n l y c o n c e n t r a t e di nt h er a n g eo f15 3 n 1515 ，c o m p a r e dw i t hh r t = 6 h ，d i d n o tc h a n g et h eb a s i cl e v e lo fd e g r a d a t i o n ；t h ed e g r a d a t i o no fp o l l u t a n t s m a i n l yo c c u r r e di nt h eh r t56hp e r i o d ，t oc o n t i n u et oe x t e n dt h eh r t , t h ed e g r e eo fd e g r a d a t i o no fp o l l u t a n t si n c r e a s eal i t t l e a l o n gw i t ht h ei n c r e a s eo ft h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ei nr e a c t o r ， t h et y p e so ff u n c t i o n a lg r o u p si no u t p u tt r e a t e dw a s t e w a t e ri n c r e a s e d ， t h en u m b e ro fc o l o r i n gg r o u po ft r e a t e do u t p u ti sn o t i c e a b l ym o r et h a n t h a to fi n p u tw a s t e w a t e r ，t h i sc a nf u r t h e re x p l a i nt h ec o l o ro fo u t p u t t r e a t e dw a s t e w a t e ri s d e e p e rt h a nt h a to fo r i g i n a lw a t e r ；a f t e r t h e a n a e r o b i ct r e a t m e n to fw a s t e w a t e rm o s to ft h ec e l l u l o s e ，h e m i c e l l u l o s e w a sr e m o v e d ，t h ed e b r i so f l i g n i nw a s r e m a i n e di nt r e a t e dw a s t e w a t e r ，i t n e e d st h ep r e s e n c eo fo x y g e nt oi n i t i a t et h ed e g r a d a t i o no fl i g n i n ，t h u s w i t h o u tt h ep r e t r e a t m e n t ，l i g n i nc a nn o tb ef u r t h e rd e g r a d e du n d e r a n a e r o b i ce n v i r o n m e n t ，b u tit sn e t w o r ks t r u c t u r ew a sd e s t r o y e da n d m o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o nw a sr e d u c e dt oal i g h t e rr a n g e k e yw o r d s ：i n t e r n a lc i r c u l a t i o na n a e r o b i cr e a c t o r ，p r ca p m p c o m p r e h e n s i v ee f f l u e n t ，g r a n u l a rs l u d g e ，w a t e rq u a l i t ya n a l y s i s ，b i o g a s a n a l y s i s v 厌氧内循环反应器( i c ) 处理p r ea p m p 综合废水的研究 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔盈垫 e l 期： 2 q q 墨生5 月 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全 文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规 论文作者签名：盔经煞导师签名： 厌氧内循环反应器( i c ) 处理p r ca p m p 综合废水的研究 1 前言 1 1 水污染与废水的厌氧生物处理技术 环境保护是我国的基本国策。世界经济发展的实践证明，实现经济持续稳 定发展，必须解决好发展与环境保护的矛盾。事实上，近代工业飞速发展所产 生的严重环境问题，已经直接或潜在地威胁着人类的生存和可持续发展。 废水中有机物始终是造成水污染最重要的污染物，它是水域变质、发黑， 发臭的主要罪魁祸首。废水中有机物也不乏有毒有害化合物，因此在保护环境 控制污染的工作中，对废水中有机物的处理是非常重要的。 废水中有机物可以以悬浮物，胶体物或溶解性有机物的方式存在，在水污 染控制中以t s s ( t o t a ls u s p e n d e ds o l i d ，悬浮物) ，c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d 。 化学需氧量) ，b o d ( b i o c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ，生化需氧量) 作为主要监测指 标。一般讲，生物方法是去除废水中有机物最经济有效的方法，特别是对于 b o d 含量高的有机废水更为适宜。利用微生物生命过程中的代谢活动，将有 机物分解为简单无机物从而去除废水中有机污染物的过程称为废水的生物处 理。根据微生物代谢过程中对氧的需求情况，微生物可以分为好氧微生物、厌 氧微生物和介于两者之间的兼性微生物。因此相应的废水处理工艺也可以分为 三大类。好氧生物处理利用好氧微生物生命代谢活动来处理废水，它需要在处 理过程中不断向废水中补充大量空气或氧气，以维持好氧微生物所需要的足够 溶解氧浓度。在好氧条件下，有机物最终被氧化成为水和二氧化碳等，部分有 机物被微生物同化产生新的微生物细胞。厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代 谢过程，在无需提供氧气的情况下把废水中有机物转化为无机物和少量细胞物 质，这些无机物主要包括大量的生物气( 即沼气) 和水。沼气的主要成分是约2 3 的甲烷和1 3 的二氧化碳，是一种可回收的清洁能源【i 】。 厌氧废水处理是一种低成本的废水处理技术，它又是把废水处理和能源回 收利用相结合的一种技术【l l 。包括中国在内的大多数发展中国家面临环境污染 严重、能源短缺以及经济发展与环境治理资金不足等问题，在实现经济发展与 环境质量不断提高的过程中，这些国家需要既有效、简单又费用低廉的技术。 厌氧生物技术由于符合节能环保的原则和发展趋势，因而是特别适合我国国情 的一种技术。同时，厌氧废水处理技术也可以作为能源生产和环境保护体系的 一个核心部分，产物可以被积极利用而产生经济价值【2 】。 陕西科技大学硕士学位论文 1 1 1 厌氧生物处理的基本原理 厌氧生物处理又称为厌氧消化、厌氧反应，是指在厌氧条件下多种( 厌氧 或兼性) 微生物的共同作用，使有机物分解并产生c h 4 和c 0 2 的过程。厌氧过 程广泛地存在于自然界中。从18 8 1 年，法国的l o u i sm o u r a s 发明“自动净化器” 处理污水污泥开始，一百多年来，人们对厌氧过程不断进行深入的研究，相继 发明了一批高速厌氧反应器，并成功地将其应用于大规模的废水处理，取得了 很好的处理效率。 在2 0 世纪3 0 6 0 年代，人们普遍认为厌氧消化过程可以简单的分为两个 阶段( 如图1 1 所示) ，即两阶段理论： 图l - 1 厌氧消化过程的两阶段理论 f i g 1 - 1t w o s t a g et h e o r yo fa n a e r o b i cd i g e s t i o n 第一阶段称为反应阶段或产酸阶段或酸性反应阶段，废水中的有机物在反 应细菌的作用下，发生水解和酸化反应，而被降解为以脂肪酸、醇类、c 0 2 和 h 2 等为主的产物。参与反应的微生物则被统称为反应细菌或产酸细菌，主要特 点有： ( 1 ) 生长速率快； ( 2 ) 对环境条件( 如温度、p h 值、抑制物等) 的适应性较强。 第二阶段则被称为产甲烷阶段或碱化反应阶段，所产生的反应是产甲烷菌 利用前一阶段的产物脂肪酸、醇类、c 0 2 和h 2 为基质，并最终将其转化为c h 4 和c 0 2 。参与反应的微生物被统称为产甲烷菌，主要特点有： ( 1 ) 生长速率很慢； ( 2 ) 对环境条件( 如温度、p h 值、抑制物等) 非常敏感等。 但是随着对厌氧微生物学研究的不断深入，很多学者都发现上述过程不能 2 酸性发尊阶段 碱性发酵阶段 厌氧内循环反应器( i c ) 处理p r c a p m p 综合废水的研究 真实完整地反映厌氧消化过程的本质。厌氧微生物学的研究结果表明，产甲烷 菌是一类非常特别的细菌，它们只能利用一些简单的有机物如甲酸、乙酸、甲 醇、甲基胺类以及h 2 c 0 2 等，而不能利用除乙酸以外的含两个碳以上的脂肪 酸和甲醇以外的醇类。2 0 世纪7 0 年代，b r y a n t 发现原来认为是一种被称为“奥 氏产甲烷菌”的细菌，实际上是由两种细菌共同组成的，其中一种细菌先将乙 醇氧化为乙酸和h 2 ，另一种细菌则利用h 2 、c 0 2 以及乙酸产生c h 4 。由此， b r y a n t 提出了厌氧消化过程的三阶段理论( 如图1 2 所示) ： 有机物 i l 嬲蝴膏 曩嘴溅，哆昏尊 n i 产乙- 晴 c i l k 图1 - 2 厌氧消化过程的三阶段和四类群理论 f i g 1 2t h r e e - s t a g ea n df o u r p o p u l a t i o nt h e o r yo fa n a e r o b i cd i g e s t i o n 三阶段理论认为，整个厌氧消化过程可以分为三个阶段，即水解反应阶段， 产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。有机物首先通过反应细菌的作用生成乙酸、丙 酸、丁酸和乳酸等，接着通过产氢产乙酸菌的降解作用而被转化为乙酸和 h 2 c 0 2 ，然后再被产甲烷菌利用，最终被转化为c h 4 和c 0 2 。产氢产乙酸菌 和产甲烷菌之间存在着互营共生的关系。该理论将厌氧反应微生物分为反应细 菌群、产氢产乙酸细菌群和产甲烷菌群。 几乎与三阶段理论提出的同时，z e i k u s 提出了四菌群学说集，即四类群理 论( 见上图) 。与三阶段理论相比，该理论增加了同型( 耗氧) 产乙酸菌群，该 菌群的代谢特点是能将h 2 c 0 2 合成为乙酸。但是研究结果表明，这一部分乙 酸的量较少，一般可以忽略不计。 目前为止，三阶段理论和四类菌群理论是对厌氧生物处理过程较全面和较 准确的描述。 1 1 2 厌氧生物处理的技术特点1 3 1 考虑到我国当前环保资金短缺，能源不足与水污染严重的现状，厌氧废水 处理技术有其明显的优点： ( 1 ) 厌氧废水处理技术可作为环境保护，能源回收与生态良性循环结合 3 陕西科技大学硕士学位论文 起来的综合系统的核心技术，具有良好的环境和经济效益【j ； ( 2 ) 厌氧废水处理技术是非常经济的技术，在废水处理成本上比好氧处 理要便宜很多，特别是对中等以上浓度( c o d i5 0 0 m g l ) 的废水更是如此。 表1 1 为厌氧废水处理与好氧处理成本的比较。 表1 1 某工业废水处理厂厌氧处理与好氧处理相对成本比较【4 1 ( 以厌氧技术处理总费用为1 0 0 ) t a b 1 - ic o s tc o m p a r i s o nb e t w e e na n a e r o b i ca n da e r o b i ct r e a t m e n to fc e r t a i ni n d u s t r i a l w a s t e w a t e r 4 l ( c o n s i d e rt h ec o s to fa n a e r o b i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta s10 0 ) 其它的一些文献也给出了类似的结果，例如，p i c h o n t 5 】比较了处理2 5 0 0 m 3 d c o d ，b o d 浓度分别为2 6 0 0 m g l 和1 0 0 0 m g l 的工业废水的费用，当用好氧 技术处理时每吨水成本为0 4 美元，而用厌氧技术处理时每吨水的成本仅为 0 1 4 美元，这其中还没有计入所产沼气的价值。 由表1 1 可见，厌氧技术成本的降低主要是由于动力的大量节省，营养物 添加费用和污泥脱水费用的减少。即使不计所产沼气作为能源带来的收益，厌 氧技术处理成本也仅为好氧技术处理成本的1 3 左右。如所产沼气能被利用， 则费用更会大幅度降低，甚至会带来相当的利润。 实践中，在废水厌氧处理之后往往再辅以好氧作为后处理。h a b e t s 等【6 】比 较了好氧工艺和厌氧+ 好氧处理的投资和成本( 见表1 2 ) 。表1 2 中的三个系 统都是同样性质的工业废水，好氧系统a 为另两个系统处理能力的一半，另两 个系统( 即好氧系统b 和厌氧+ 好氧系统) 的处理能力相同。由表中可以看到， 当在原好氧系统a 前加上厌氧处理系统后，每年废水处理费用仅上升了1 1 ， 但处理能力扩大了一倍。当该厂将厌氧处理部分沼气用于高压蒸汽的生产时， 每年回收热量节约10 9 万美元。相同处理能力下，好氧系统与厌氧+ 好氧的优 劣也可从表1 2 中明确看到。 4 厌氧内循环反应器( i c ) 处理p o r ca p m p 综合废水的研究 表1 2好氧活性污泥工艺和厌氧+ 好氧工艺年操作费用的比较t 6 1 单位：万美元 t a b 1 el - 2y e a r l yo p e r a t i o nc o s tc o m p a r i s o nb e t w e e na c t i v a t e ds l u d g et e c h n i q u ea n d a n a e r o b i cp l u sa e r o b i ct r e a t m e n tt e c h n i q u e t 6 u n i t ：t e nt h o u s a n dd o l l a r s ( 3 )厌氧处理不但能源需求很少而且能产生大量的能源。据报道【4 】，每 处理l t c o d 的废水，厌氧工艺只需要耗电2 7 1 0 8 j ( 7 5 k w h ) ，而好工艺需耗 电3 6 x 1 0 8 j ( 1 0 0 0 k w h ) 。厌氧法在理论上每除去1 k g c o d 可以产生0 3 5 m 3 的 纯甲烷气( 0 ，1 0 13 1 0 5 p a 下) 。纯甲烷气的燃烧值为3 9 3 x10 7 j m 3 ，高于 天然气3 5 3 107 j m 3 的燃烧值，每l m 3 甲烷可发电8 6 4 x10 6 j ( 2 4k w h ) ，因 此甲烷时很好的能源。含甲烷约6 0 8 0 的沼气也可以用于锅炉燃料或家用 燃气。以日排放1 0 tc o d 的工厂为例，若c o d 去除率为8 0 ，甲烷产量为理 论值的8 0 ，则可日产甲烷2 2 4 0m 3 ，其热量相当于2 5 0 0m 3 天然气或优质原 煤3 8 5 t ，可发电1 9 9 4 x 1 0 1 u j ( 5 4 0 0 k w h ) 。 ( 4 )厌氧废水处理设备负荷高，占地少。厌氧反应器容积负荷比好氧法 要高很多，单位反应器容积的有机物去除量也因此要高得多，特别是使用新一 代的高速厌氧反应器更是如此。因此其反应器体积小，占地省。这一优点对于 人口密集、地价昂贵的地区是非常重要的。澳大利亚某造纸厂在改造旧有的好 氧工艺时，引入厌氧处理先行处理废水，在占地面积不变的情况下，使废水处 理能力增加了一倍1 5 1 。 ( 5 ) 厌氧方法产生的剩余污泥量比好氧法少得多，且剩余污泥的脱水性 能好，浓缩时可不使用脱水剂，因此剩余污泥的处理要比好氧污泥容易得多。 5 陕西科技大学硕士学位论文 由于厌氧微生物增殖缓慢，因此处理同样数量的废水仅产生相当于好氧法 1 10 1 6 的剩余污泥。厌氧法所产生的污泥高度无机化，可用作农田肥料或作 为新运行的厌氧废水处理设备的种泥出售。 ( 6 ) 厌氧方法对营养物的需求量小。一般认为，若以可以生物降解的 c o d ( c o d b d ) 为计算依据，好氧方法氮和磷的需求量为c o d b o ：n ：p = 1 0 0 ：5 ：1 ， 而厌氧方法为c o d b d ：n ：p = ( 3 5 0 5 0 0 ) ：5 ：1 。有机废水一般已含有一定量的氮 和磷及多种微量元素，因此厌氧方法可以不添加或少添加营养盐。 ( 7 )厌氧方法可处理高浓度的有机废水。当废水浓度较高时，不需要大 量的稀释水。 ( 8 )厌氧方法的菌种( 例如厌氧颗粒污泥) 可以在中止供给废水与营养 的情况下保留其生物活性与良好的沉淀性能至少一年以上。它的这一特性为其 间断的或季节性的运行提供了有利条件，厌氧颗粒污泥因此可作为新建厌氧处 理厂的种泥出售。 ( 9 )厌氧系统规模灵活，可大可小，设备简单，易于制作，无需昂贵的 设备。目前处理工业废水的上流式厌氧污泥床反应器( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g e b e d ，简称u a s b ) 由几十立方米到上万立方米的规模运行。由荷兰b i o t h a n e 公司为加拿大b a t h u r s t 造纸公司设计的上流式厌氧污泥床反应器容积为 1 5 6 0 0 r n 3 ，可日处理制浆造纸废水1 8 5 t c o d l 1 1 。 综上所述，厌氧处理的种种优点相当适合我国的国情，是一种很值得推广 的技术。但同时也应该看到，厌氧方法用于大规模的工业废水的处理还只是近 4 0 年间的事，厌氧技术的发展还不是很充分，其经验与知识的积累尚有一定的 局限性。作为一种新兴的废水处理技术，它也具有以下一些不足之处： ( 1 ) 厌氧方法虽然负荷高，去除有机物的绝对量与进液浓度高，但其出 水c o d 浓度高于好氧