污水厌氧生物处理探讨_彭文正

1996年,第1期林业科技情报污水厌氧生物处理探讨彭文正幸金香一、’试论二柏厌叙生物处理的理论依据70年代初,世界性的能源危机爆发,促使厌氧生物处理技术迅速发展。以荷兰的Lottinga及其同事所开发的升流式庆氧污泥层(UAS)B反应器的问世作为研制高效低能耗的新型厌氧反应器的开端,相继出现了厌氧流化床反应器、庆氧固定膜膨胀床反应器、厌氧生物转盘,及我国开发的厌氧垂直折流反应器和厌合式厌氧反应器等。与此同时,另一部分专着着眼于厌氧生物分解机理和微生物类群的理论研究,并提出适应发酵细菌和产甲烷菌生理生化及生态特性的立相庆氧生物处理工艺,即产酸反应器与产甲烷反应串联,使两类群细菌分别培养。从生物化孚和微生物类群来划分,厌氧生物处理可分为产酸发酵阶段和产甲烷阶段。产酸发酵阶段生物相主要是发酵细菌,这类细菌可将复杂的大分子有机物分解为简单的小分子有机物(如乙酸、丙酸、丁酸等挥发酸和乙醇),根据代谢产物种类可将发酵类型分为三类:丁酸型发酵(丁酸、乙酸、H:、C02)、丙酸型发酵(丙酸、乙酸、少量C02)和乙醇型发酵(乙醇、乙酸、HZ、CO:)。这类细菌的代谢能力强,繁殖速度快。产甲烷阶段更物相主要是产甲烷细菌,他们仅能利用乙酸及甲`酸、甲醇、甲胺、H:/CO:,并且利用i底物能力有限,繁殖速度很慢。`一些专家对相分离持怀疑态度厂认为将产酸发酵细菌和产甲烷细菌分别培养,将破坏生态条伴,从而使代谢速率降低。’而单相厌氧反应器通过两类菌群的协同作用,将提高废水生物处理能力少笔者对此不敢苟同。我认为,正常运行下的单相厌氧生物处理反应器中,产酸发酵与产甲烷作用是处于平衡状态的,即产酸代谢所产生的挥发酸必须能够及时地被产甲烷菌所利用生成甲烷,一旦产酸过程过快而不能被产甲烷菌全部利用,则挥发酸积泉,厌氧处理过程因失衡而失败。但产酸发酵细菌约代谢能力是很强的,这就带来两个问题:一方面,若要保持厌氧处理系统稳定,必须以限制产酸细菌的代谢能力为代价,从而降低了产酸发酵阶段的发酵速率;另一方面,一旦进水有机负荷较高,产酸发酵细菌将有机物迅速转化为挥发酸,而产甲烷细菌因代谢能力有限不能迅速利用挥发酸而造成挥发酸积累,并呈现酸化。而采用两相厌氧生物处理工艺,产酸细菌和产甲烷细菌分别在两个反应器中培养,两类群细菌均处于最佳环境条件下,可充分发挥两者的代谢能力:在这种工艺中,产酸相仅需很少的水力停留时间,产甲烷相采用较长的反应时,两者容积一般为l:2~3。由于相分离后为两类群细菌创造了良好的生态条件,从而提高了各自的处理能力,两者容积之和小于单相厌氧反应器的容积,并且处理稳定性显著提高。综上所述,两相庆氧处理工艺是一种高效的废水处理系统,这种工艺是以微生物学40林·业科技情报1996年第1期和生物化学理论为依据而产生出来的,其优越性不容忽视,在我国应推广应用。特别是对于木材加工中产生的各种有机废水,废水中含有大量的纤维素等难降解物质,这些物质首先通过产酸发酵反应器分解为小分子的挥发酸后再进入产甲烷反应器,无疑会大大提高厌氧生物处理效率。为了使难降解有机物充分分解,建议对于这类废水,产酸发酵反应器与产甲烷反应器的容积之比采用1:2。二、从随机分布到自组织过程的厌叙颗粒污泥形成过程分析提高废水厌氧生物处理能力是人们一直研究的期题,荷兰农业大学的Letigna开发的升流式厌氧污泥层(UAS)B反应器以其高效的废水处理能力得到了国际上高度重视,并标志着废水厌氧生物处理技术走向新的阶段。UASB反应器之所以具有高效的生物处理能力,是凭借着反应器内高浓度的生物量,一般可达309/L。而保持很大的生物量的原因,是因为反应器中厌氧污泥呈沉降性能非常好的颗粒污泥(一般为1~3mm)。对于颗粒污泥的成因,国内外专家作了一些研究,但均不尽人意。本文拟从流体动力学和耗散结构理论分析和探论颗粒污泥的形成过程,以便为UA争B反应器中颗粒污泥的培养提供理论依据。(一)UASB反应器结构UASB反应器中污泥呈两层,下层为污泥层,由颗粒较大的污泥构成,相对较密实,上层为浮动层,颗粒较小,呈浮动状态。废水从底部进入,呈.上升流动。顶部设气一液一固三相分离器。(二)厌氧污泥不连续相的水力学形成过程分析1.UASB反应器初期运行中接种的微生物粒子(产酸菌和产甲烷菌)一在污泥层中呈随机分布,在一定时间和空间尺度内,微生物粒子呈湍流运动(即混沌状态)。随着时间的推移,由于污泥层底部微生物密度不断增加,而运行初期进水流速及负荷均较低,因而从宏观上来看,由子水流在层部穿透,将会使液一固系统出现不连续相。.2.从微观角度来看,不连续相的产生是高度有序的。uAsB反应器初期运行的污泥层为三相流态系统,微生物代谢中产生的气体不断释放,并在密实的生物粒子周围所产生的气泡不断增大,当其浮力克服了污泥层的阻力,气泡将以栓流的