废水厌氧生物处理技术的发展与最新现状

孟玉勤

摘 要：结合传统厌氧生物处理技术，从自身的废水处理管理经验出发，探讨了零价铁耦合厌氧生物处理技术，提出了厌氧生物处理技术的新发展等内容，希望对于今后全方位提升废水厌氧生物处理技术水平有所帮助。

关键词：废水处理;厌氧生物处理;零价铁藕合处理技术;技术趋势

当前，随着社会经济发展和人们生活水平的逐步提升，人们越来越关注环境保护问题。我国的印染、化工、焦化等工业生产中排放的废水，体现出来生化性较低、毒性大以及有机物浓度高等特点，给周边环境造成较为持久的危害。所以，我们应该从多方面充分重视如何有效进行治理。当前，在针对难降解有机物的处理方面，高级氧化技术具有一定的应用前景，但厌氧生物处理技术却有着低成本、操作方便简单，可回收沼气清洁能源等优势，在废水处理领域有着广泛应用。

1传统厌氧生物处理技术

1.1技术原理

在早期的传统厌氧生物处理环节，人们一般是通过产酸和产甲烷这2个阶段对厌氧生物处理过程进行描述。随着对厌氧生物处理机理不断的深入了解，人们发现厌氧生物处理过程主要有水解产酸菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌联合完成，于是就有了“三阶段理论”。 水解产酸菌将复杂的聚合底物水解成各种有机酸、乙醇、糖类、氢和二氧化碳。产氢产乙酸菌将水解发酵的产物（有机酸和糖类等）转化为氢、乙酸和二氧化碳。产甲烷菌将简单的底物，如乙酸、甲醇和二氧化碳，与氢转化为甲烷。三阶段理论至今仍是厌氧生物处理技术的最权威解释。

1.2技术现状

（1）上流式厌氧污泥床（UASB）

上个世纪七十年代中叶荷兰Lettinga等人研发了UASB反应器，其独特的结果使厌氧技术得到了快速发展。在此反应器中，废水从反应器底部流入，经过底部污泥床进入污泥悬浮层，经过微生物的分解作用，有机物转化成了沼气，同时污泥层把沉降性能好的活性污泥截留下来，在反应器底部形成高浓度的污泥床，处理后的废水从顶部流出。产生的沼气经过收集，可作为清洁能源使用。这种方式能有效降低污泥流失对反应器运行的不利影响，对厌氧充分反应起到很好的作用。这种装置具有运行稳定、处理效率高、HRT短等优势，在实际工程中得到了广泛的应用。

（2）折流式厌氧反应器（ABR）

Bachmann等从厌氧生物转盘反应器受到启发并研发改进提出了ABR，这种装置显著的特点是将反应器分隔为多个独立连续的反应室，利用折流板的作用，能有效阻挡反应器内的颗粒污泥流失，污泥依靠重力的作用而进行相应的沉降。其优点之一是有效的避免了污泥流失，提高了处理效果。另外，能够通过合理化设置折流板，将产酸与产甲烷阶段分开，产酸与产甲烷在不同的分隔间进行，提升了反应器的抗冲击能力。折流式厌氧反应器装置的主要特点就是能够实现厌氧反应过程分相多阶段的要求，具有较强的研发指导作用。

（3）内循环厌氧反应器（IC）

荷兰Paques公司对UASB反应器进行改进和开发，提出了IC装置，IC装置在底部以及顶部分别设置了UASB反应器进行串联反应，其核心思想则是实现内循环。在IC反应器中大量的沼气在底部反应器产生，借助于沼气的汽提作用，使底部的污泥床膨胀，加强了泥水接触，大部分有机物转化成了沼气，沼气可以将泥水混合液提至顶部的分离区，沼气从泥水混合液中分离出来外排，泥水混合物由于重力作用通过回流管又回到了底部，实现了内循环。部分没有经过沼气提升的废水穿过三相分离器进入顶部反应室，继续厌氧反应。处理后的水最后通过顶部反应室排出，满足水质要求。废水通过两级厌氧反应，且污泥回流降低了进水的有机物浓度，能起到较好的降解有机物的作用，特别适用于高浓度有机废水的处理。其上升流速通常控制在10m～20m/小时，水力停留时间短，处理效果好。此工艺技术对于高浓度有机废水具有较强的稳定性、容积负荷比较高，但成本投入也较高，施工维修存在一定的困难。

（4）膨胀颗粒污泥床（EGSB ）

Lettinga教授在UASB反应器的基础上，利用厌氧流化床的基本理论，提出了EGSB反应器，其主要思想是进行水循环系统的优化，容器高度可达15-20m，高径比可达3-5，上升流流在2.5-6.0m/h的范围，污泥可实现流化态的要求。由于內循环的存在，可有效降低进水的有机物浓度，减少了有机负荷变化对反应器的冲击。EGSB占地面积少，系统稳定，目前EGSB反应器已被广泛应用于淀粉、酒精、啤酒、制药、造纸等行业，处理效果良好。

2零价铁耦合厌氧生物处理技术

ZVI还原剂由于其成本较低、环境友好等特点，在污水处理中具有一定的应用空间，它能有效进行多种金属的吸附处理。将ZVI加入厌氧反应器之后，能有效保障厌氧反应性能的提升。其中，Alvarez等人对于ZVI强化机理进行重点分析，总结归纳为：一是，ZVI具有还原作用，在酸性溶液中，铁能还原出污水中的重金属离子，及其他氧化性强的离子及化合物;二是，微电解作用，铁具有电化学性质，可析出氢离子及二价铁离子，其产物能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，提高废水的可生化性，使难降解的化学物质变成易降解的可生化处理的物质;三是，具有混凝吸附作用。

通过这部分的研究来看，ZVI的作用重点表现在：一方面，ZVI能有效实现缓冲pH值，降低废水处理体系的ORP，去除废水中的有毒成分，加强厌氧污泥的颗粒化进程，积极构建良好的甲烷菌的新陈代谢的环境;另一方面，被氧化的二价铁是相关微生物的生命活动的必须组分，能有效促进微生物的生长，二价铁、三价铁在碱性环境下的络合物是强絮凝剂，特别是新生的二价铁离子具有更高的吸附-絮凝活性，调节废水的pH 可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，去除部分有机污染物质使废水得到净化。总之，零价铁能有效提升COD的去除率，提升甲烷的产量。但是，从实践中的应用情况来看，这种方式并没有获得预期理想的工作目标，主要是因为ZVI容易锈蚀板结，这样会阻止铁表面的还原反应的进一步发生，存在着废水水流短路的情况，难以实现预期的处理效率，从而造成处理工艺的失败。

3 厌氧生物处理技术的新发展

3.1 外电场强化厌氧生物处理技术

为了解决阻止ZVI表面形成的鈍化层，为了有效发挥ZVI耦合厌氧的作用，可以通过人为外加电场的方式进行处理。通过相关的研究，将外电场施加到ZVI和厌氧微生物互营体系中，能加速离子的迁移速度，这样就有效解决了ZVI的锈蚀板结。从另一个角度来看，通过电场的作用，还有利于促进微生物的新陈代谢，使厌氧污泥的颗粒化的速度得到提升，满足有机物除去效能的要求。但是，在具体的实践中，考虑到电极比表面积的实际情况，并不能有效保障相应电子转移效率得到预期的提升，这点则是应该重视的问题。所以，今后的发展方向则是集中于如何保障电极比表面积的有效提升。

3.2多元微电场耦合厌氧生物处理技术

通过外加电场的方式解决零价铁锈蚀的问题，存在着相应的能源消耗，这里提出结合ZVI和碳素融合的方式来进行空间多元微电场及厌氧微生物进行耦合，通过这种方式能有效解决上述的外电场作用效率低的情况，同时又节约了能源，具有非常广阔的应用前景。铁碳微电的原理是，，这些微电池以铁为阴极，碳为阳极，铁和碳元素间存在一定的电位差，在电位差内源驱动力影响下，具备丰富的原电池微元反应。从而构建出多维化的微元内电场。结合相应的原电池微元反应的情况，在电化学氧化作用和厌氧菌生物催化作用影响下，能够构建出符合多梯度协同微生物链系环境中的强吸电子基团，使污水中有机组分的生物毒性得到降低，使难降解或大分子有机物变成易降解和小分子有机物，提高了水体的B/C值，使污水达到易生化处理的条件，促进了厌氧微生物活性的有效提升。这种技术的应用，通过微观电化学和厌氧生物化学耦合中的还原作用，使厌氧生物处理方式得到进步，从而有利于有机废水处理效果的提升，为后续的污水处理技术发展提供了思路。

4 结语

综上所述，随着厌氧处理技术的不断发展，这里重点探讨了有机废水传统厌氧处理技术的原理及技术发展情况，最后结合实际情况提出了未来发展的重点内容。基于外电场的作用，能保障实现电极的比表面积的有效提升，从而可以保障ZVI耦合厌氧生物处理技术的有效发展，有效实现厌氧生物处理方法的拓展，从而也意味着合理化进行有机废水的处理正在受到越来越多人的关注，也提供了有机废水处理的发展新思路。

参考文献：

[1] 邹定. 厌氧微生物技术处理工业废水的作用价值探讨[J]. 节能， 2019年6期.

[2]陈国强.厌氧微生物技术处理工业废水的作用价值[J]. 化工管理， 2019年5期.

[3] 陆海鹏.国外化工废水厌氧生物处理技术的新进展[J]. 中国化工贸易， 2019年8期.