厌氧法处理硫酸盐有机废水过程中的基质竞争

厌氧法处理硫酸盐有机废水过程中的基质竞争章非娟,冀滨弘(同济大学环境科学与工程学院,上海200092)摘要:本文介绍一相法UASB反应器、复合式厌氧反应器、二相法的硫酸盐还原相厌氧滤池中硫酸盐还原菌与产甲烷菌之间的基质竞争作用。关键词:硫酸盐有机废水;厌氧消化;硫酸盐还原;基质竞争;电子流比重中图分类号:X703,S21614文献标识码:A文章编号:1000-1166(2002)01-0006-05SubstrateCompetitiononAnaerobicTreatmentforSulphateΟContainingOrganicWastewaterΠZHANGFeiΟjuan,JIBinΟhong(SchoolofEnvironmentalScience&Engineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:ThispaperintroducesthesubstratecompetitionbetweenmethaneΟproducingbacteria(MPB)andsulphateΟreducingbacteria(SRB)insingleΟphaseUASBreactor,multiplexanaerobicreactorandsulphateΟreducingΟphaseanaerobicfilterinthetowΟphaseanaerobicdigestion.Keywords:sulphateΟcontainingorganicwastewater;anaerobicdigestion;sulphatereduction;substratacompetition;percentelectronflow厌氧法是处理高浓度有机废水的有效方法,在国内外已被广泛应用并取得丰富的经验。但是,当废水中含高浓度硫酸盐(每升几千毫克)时,由于硫酸盐还原反应的介入,使厌氧法处理这类废水存在许多问题,主要表现为产甲烷菌受到基质竞争性抑制,或硫酸盐还原产物———硫化物对其产生毒害作用(非竞争性抑制)。这两种抑制作用都可能导致生物活性降低,使处理体系恶化甚至破坏。为解决厌氧法处理这类废水时存在的上述问题,国内外已进行了大量的研究,研究内容包括:1.机理方面的研究;2.克服硫酸盐还原影响的工艺研究。本文拟以一相法UASB、复合式厌氧反应器、二相法的硫酸盐还原相作为对象,探讨厌氧过程中硫酸盐还原菌与产甲烷菌之间的基质竞争性抑制作用。1硫酸盐还原作用硫酸盐还原作用是指在厌氧条件下,硫酸盐还原菌降解有机物的过程中,以SO42-,SO32-,S等作为电子受体,将有机物氧化降解并使上述高价态硫化合物、元素硫还原为S2-的生化代谢反应。厌氧条件下有机物与硫酸盐的代谢途径如图1所示。图1厌氧降解过程示意图图1表明,硫酸盐还原作用介入厌氧降解过程时,硫酸盐还原菌(SRB)将与产甲烷收稿日期:2001-10-23作者简介:章非娟(1939-),女,福建人,教授,博士生导师,主要从事水污染控制研究。6中国沼气ChinaBiogas2002,20(1)菌(MPB)、产氢产乙酸菌(HPAB)互相影响,互相竞争基质,主要表现为:1.SRB将乙醇、脂肪酸(乳酸、丙酮酸)等转化为乙酸,减少丙酸等的积累,在一定程度上促进了厌氧消化的进行;2.SRB与MPB竞争H2和乙酸,将硫酸盐还原为S2-;3.SRB与HPAB竞争脂肪酸(丙酸、丁酸),将硫酸盐还原为S2-。乙酸和H2是SRB和MPB的共同的良好基质,厌氧环境中70%的甲烷来源于乙酸,而40%～60%的H2S是由乙酸提供质子和电子形成的,因此,当废水中含大量硫酸盐时,由于SRB对H2和乙酸的竞争,体系中的产硫化氢反应就可能成为主导反应,导致对MPR的基质竞争性抑制,使产甲烷过程受到破坏。另一方面,当体系中硫酸盐还原产物———硫化物的量达到致害浓度时,将造成微生物(如SRB、MPB等)的活性下降、生长率降低,降解有机物的速率变慢,使厌氧体系恶化,导致非竞争性抑制。关于硫化物的毒性抑制浓度各报道相差甚远,其值为200～1000mg·L-1,这可能与试验条件、污泥驯化方法与驯化程度、反应器类型、基质性质、负荷率、反应器内的pH值、产甲烷菌的存在形式等因素有关,本文对此不作详细讨论。2基质竞争性抑制作用许多研究表明,在基质竞争中SRB比MPB有三个明显的优势:(1)SRB对H2和乙酸的亲和力比MPB高得多,即Km值较低(见表1),因此,在低基质浓度时,对基质的竞争方面,SRB比MPB有优势。表1SRB和MPB对乙酸、H2的Km细菌基质Km(mM基质)SRB乙酸0.2H20.001MPB乙酸3.0H20.006(2)反应热力学有利于硫酸盐还原作用。表2表明,硫