一、厭氧消化池

1. 工作原理

厭氧消化是以成分復(fù)雜的有機(jī)物為基質(zhì)，由多種群兼性厭氧和專性厭氧微生物參與的復(fù)雜代謝過程。在厭氧消化過程中存在基質(zhì)鏈與生物鏈的交互作用。廢水的厭氧生物處理是在無氧和無其他氧化物存在下，厭氧微生物將復(fù)雜的無機(jī)化合物降解，轉(zhuǎn)化為簡單、穩(wěn)定的無機(jī)化合物，并釋放能量。甲烷和二氧化碳是主要終產(chǎn)物，也有N2、H2、NH3、H2S出現(xiàn)。

有機(jī)物的厭氧分解是涉及多種微生物生理類群的復(fù)雜生物化學(xué)反應(yīng)。大批學(xué)者研究了生化過程中不同階段的能量水平不同營養(yǎng)功能菌群的代謝途徑和不同微生物的形狀等。

依據(jù)微生物生理類群的代謝差異，Zeikus 提出的“三段四菌群"學(xué)說是目前普遍為人接受的觀點(diǎn)，它提出厭氧消化是在四個微生物菌群(水解菌群、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌群、同型產(chǎn)乙酸菌群、產(chǎn)甲烷菌群)的作用下完成。其過程可以分為三個階段。

第一階段為水解發(fā)酵階段（也稱酸化）。此階段，通過兼性水解發(fā)酵菌（即產(chǎn)酸菌）的代謝活動，將復(fù)雜有機(jī)物——碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂類等發(fā)酵成為有機(jī)酸、醇類、CO2、H2、NH3和H2S等。第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。這一階段，主要通過專性厭氧的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的生理活動，將第一階段細(xì)菌的代謝產(chǎn)物--丙酸及其他脂肪酸、醇類和某些芳香族酸轉(zhuǎn)化為乙酸、CO，和H。第三階段為產(chǎn)甲烷階段。主要是由產(chǎn)甲烷菌利用第一階段、第二階段產(chǎn)生的乙酸，CO2，H2(還有甲酸、甲醇和甲胺)等為主要基質(zhì)，最終轉(zhuǎn)化為CH和 CO2。產(chǎn)甲烷菌包括兩種特異性很強(qiáng)的細(xì)菌:一群產(chǎn)甲烷菌主要利用H把CO還原為CH(也可利用甲酸);另一群產(chǎn)甲烷菌主要以乙酸為基質(zhì)(也可利用甲醇和甲胺)，把它分解為CH和CO2。在這一階段中，據(jù)研究還有一種同型產(chǎn)乙酸菌可把CH。和CO2合成為乙酸。

厭氧消化是一個多種群多層次的混合發(fā)酵過程，在這個復(fù)雜的系統(tǒng)中，細(xì)菌種群之間存在著互相依存、互相影響和互相制約的關(guān)系，其代謝產(chǎn)物之間在 系統(tǒng)內(nèi)也存在著動態(tài)平衡。

厭氧消化池中水處理中用來代替化糞池。

二、厭氧消化的影響因素

影響厭氧反應(yīng)的因素很多，其主要因素是氧化還原電位、溫度和pH值

1.氧化還原電位

厭氧系統(tǒng)中氧化還原電位(OPR)可表示厭氧反應(yīng)器中含氧濃度，對甲烷菌的影響極為明顯。甲烷菌細(xì)胞內(nèi)具有許多低氧化還原電位的酶系統(tǒng)，當(dāng)體系中氧化態(tài)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)電位高且濃度大時，這些酶系統(tǒng)將被高電位不可逆轉(zhuǎn)地氧化破壞，使甲烷菌的生長受到抑制甚至死亡。

氧是厭氧發(fā)酵系統(tǒng)中拒絕存在的氧化態(tài)物質(zhì)，極少量的氧存在即能毒害甲烷菌的生長一般認(rèn)為參與中溫消化的甲烷菌要求環(huán)境中維持的氧化還原電位低于-350mV;對參與高溫消化的甲烷菌則應(yīng)低于-600~-500mV。

2.溫度

根據(jù)甲烷菌對溫度的適應(yīng)范圍，可將甲烷菌分為三類:低溫菌、中溫菌和高溫菌。低溫菌的適應(yīng)范圍為20~25℃，中溫菌為30~45℃，高溫菌為45~75℃。經(jīng)鑒定，甲烷菌中,低溫菌較少，大多數(shù)為中溫菌，而高溫菌的種類也較多。溫度對甲烷菌的影響要比產(chǎn)酸細(xì)菌的影響大得多，這種影響十分明顯地表現(xiàn)在影響細(xì)胞內(nèi)部的生長繁殖速度、甲烷產(chǎn)量及細(xì)胞外部的環(huán)境條件三個方面。實(shí)際上，在所說的溫度范圍內(nèi)，產(chǎn)甲烷菌并沒有特殊的溫度限制，只是在一定的溫度范圍內(nèi)被馴化后，溫度稍有升降(士2℃)都嚴(yán)重影響消化的進(jìn)行，尤其是高溫消化對溫度變化的敏感性。

3.pH值

厭氧處理過程中，水解細(xì)菌和產(chǎn)酸細(xì)菌均對PH值有較大的適應(yīng)性，等你PH值對甲烷菌的生長也有重要影響。影響表現(xiàn)在如下方面：影響菌體及酶系統(tǒng)的生理功能和活性；影響環(huán)境的氧化還原電位；影響基質(zhì)的可利用性。大多數(shù)中溫甲烷細(xì)菌的最適PH值范圍約在6.8~7.2之間，但各種甲烷菌的最適PH值也有差別，從6.0~8.5各不相同

4.營養(yǎng)物質(zhì)

厭氧微生物除了對氮和磷兩種元素的需求外，硫也是微生物生物代謝的所需成分，但所需量較少。與好氧過程相比，由于厭氧過程大大減少了生物體的合成量，所以對其他營養(yǎng)的需求都相應(yīng)減少。一般認(rèn)為，厭氧過程中有機(jī)物和氮、磷之比為COD:N:P-200:5:1即可。

5.代謝時間

為了保證代謝作用，生物處理需要足夠的接觸時間(HRT)，所需的代謝時間與基質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。簡單的低分子量VFA、糖和乙醇可以在數(shù)分鐘內(nèi)代謝，而大的、復(fù)雜的或氯化的分子需要數(shù)小時甚至幾天的時間。厭氧反應(yīng)過程中必須注意保證有機(jī)物代謝的充足時間。此外，厭氧反應(yīng)的影響因素還有微量元素、毒物等。

三、厭氧消化的優(yōu)缺點(diǎn)

1.厭氧處理的優(yōu)點(diǎn)

厭氧廢水處理技術(shù)有其明顯的優(yōu)點(diǎn)。

①厭氧廢水處理是把環(huán)境保護(hù)、能源回收與生態(tài)良性循環(huán)結(jié)合起來的綜合系統(tǒng)的核心技術(shù)，具有較好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。

②厭氧廢水處理技術(shù)是一種非常經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，它在廢水處理成本上比好氧處理便宜得多，特別是對中等以上濃度(COD>1500mg/L)的廢水。

③厭氧處理不但能源需求很少而且能產(chǎn)生大量的能源。據(jù)報(bào)道，每處理1t含COD的廢水，厭氧法只需要耗電2.7x10°(75kW·h)，而好氧法需耗電36x10°J(1000kW. h)。理論上，厭氧法每除去1kgCOD可產(chǎn)生035m的純甲烷氣(0℃、1.013x10°Pa下)。純甲烷的燃燒值為393x10J/m，高于天然氣353x10J/m的燃燒值，每立方米甲烷可發(fā)電864x10J(2.4kw·h)，因此甲烷是很好的能源。含甲烷約60%~80%的沼氣可用作鍋爐。

④厭氧廢水處理技術(shù)處理設(shè)備負(fù)荷高，占地少。厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷比好氧法要高得多，單位反應(yīng)器容積的有機(jī)物去除量也因此要高得多，特別是使用新一代的高速厭氧反應(yīng)器。

⑤厭氧方法產(chǎn)生的剩余污泥量比好氧法要少得多，且剩余污泥脫水性能好，濃縮時不使用脫水劑，因此剩余污泥處理很容易。

⑥厭氧方法對營養(yǎng)物的需求小。一般認(rèn)為，若以可生物降解的COD(CODaD)為計(jì)算依據(jù)。好氧法中氮、磷的需求量為CODu:N:P=100:5:1，而厭氧方法則為(350~500):5∶1。

⑦厭氧方法可處理高濃度的有機(jī)廢水。

⑧厭氧方法的菌種可在終止供給廢水與營養(yǎng)的情況下保留其生物活性與良好的沉淀性能至少一年以上。

⑨厭氧系統(tǒng)規(guī)模靈活，設(shè)備簡單，易于制作，無需昂貴的設(shè)備。

2.厭氧處理的不足

厭氧方法用于大規(guī)模工業(yè)廢水的處理只是近20年間的事，該技術(shù)的發(fā)展尚不充分，其經(jīng)驗(yàn)與知識的積累有一定的局限性。作為一種新的技術(shù)，它的不足之處主要體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)。

①由于產(chǎn)甲烷菌的敏感性和專性厭氧微生物酶系統(tǒng)對氧的不穩(wěn)定性，使反應(yīng)器中的菌群對環(huán)境微小的變化比好氧系統(tǒng)表現(xiàn)得更加敏感。因此，厭氧系統(tǒng)的啟動時間較長，短的二三個月，長的達(dá)半年甚至一年之久，嚴(yán)重影響了厭氧工藝在污水處理中的應(yīng)用。

②厭氧方法雖然負(fù)荷高，但其出水COD濃度高于好氧處理，原則上仍需要后處理才能達(dá)到較高的排放標(biāo)準(zhǔn)。

③厭氧微生物對有毒物質(zhì)較為敏感。因此，對于有毒廢水性質(zhì)了解不足或操作不當(dāng)，嚴(yán)重時可導(dǎo)致整個反應(yīng)器運(yùn)行條件的惡化，使反應(yīng)器“酸化"。