举例阐述有机污物好氧处理与厌氧处理的区别联系

举例阐述有机污物好氧处理与厌氧处理的区别联系摘要：介绍有机污染物的生物处理工艺的应用现状和发展趋势。比较了厌氧(水解)法和好氧法废水生物处理技术的优缺点,阐述了有机污物好氧处理与厌氧处理的区别联系并分析了厌氧(水解)—好氧组合工艺的主要优势。关键词：有机污染物好氧处理厌氧处理Abstract:Thebiologicaltreatmentprocessoforganicpollutantsintheapplicationofthestatusquoanddevelopmenttrends.Comparisonofanaerobic(hydrolysis)Actandaerobicbiologicalwastewatertreatmenttechnology,advantagesanddisadvantages,describestheaerobictreatmentoforganicdirtandanaerobictreatmentofthedistinctionbetweenlinksandanalysisofanaerobic(hydrolysis)-aerobiccombinedprocessofthemainadvantage.Keywords:organicpollutants,aerobictreatment,anaerobictreatment随着城市化进程的加快,污染负荷的不断增大,城市景观水体的整治与改善问题日益受到人们的关注。众所周知，造成水体污染的主要成份绝大部分是有机物。含有有机污染物的废水易造成水质富营养化，危害比较大[1]。有机污染物也是生物质能，大部分是能够被人类可利用。污水的处理就是最大程度从中获取碳与能源，从而在回收利用生物质能的同时达到清洁环境的目的。污水处理的主要方法有物理、化学、物理化学和生物方法。这些方法可以单一使用,也可以针对不同的污水水质组合使用。污水生物处理法是19世纪末出现的污水治理技术,现今已成为世界各国处理污水的主要手段。我国现阶段的城市污水处理主要以生物法为主,物理法和化学法起辅助作用[2]。1.有机废水的定义及分类有机废水就是以有机污染物为主的废水。根据有机废水的性质与来源可将其划分为以下3类：第l类，废水中的有机污染物易于生物降解,这类废水主要是生活污水和来自以农牧产品为原料的工业废水等。其数量大，有机物浓度很高，对环境污染严重；第2类，废水中的有机物易于生物降解，废水中的毒物含量较多，这类废水主要来自印染、制革业等；第3类，废水中的有机物难以生物降解。这类废水主要来自造纸、制药业等。有机废水如果直接排放，会造成严重的水环境污染[3]。废水生物处理是微生物以废水中的有机污染物作为自身的营养和能源,通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶解、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物转化为未定、无害的物质的处理方法，同时使废水得到净化的过程。这种技术成熟有效、经济可行,与化学或物理方法相比有独特的优势,发展至今已成为世界各国处理城市生活污水和工业废水的主要手段[4]。在污水处理的过程中,根据环境可以分为有机物生物处理分为有氧生物和厌氧生物处理过程，由于生物法中的各种微生物生长与水质关系密切，因而必须控制适宜的水质指标以保证微生物能够正常的生长和工作。好氧、厌氧水质要求表2.好氧处理2.1好氧生物处理原理好氧法是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理法。在有氧的条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使有机物的浓度下降而微生物量增加。由于有机污染物结构和性质的不同，好氧微生物的优势种群组成和数量也相应地发生变化。有机污染物好氧微生物处理的过程为：大分子的有机污染物首先在微生物产生的各类胞外酶的作用下分解为小分子有机物，进而被好氧微生物继续氧化分解，通过不同途径进人三羧酸循环，最终被彻底分解为二氧化碳、水、硝酸盐和硫酸盐等简单的无机物[5]。好氧处理过程中散发的臭气较少，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度小于500mg/L的有机废水，基本上采用好氧生物处理。好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法。由于有氧作为氢接受体,有机物的分解比较彻底,释放的能量多,故有机物转化速率快,所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。废水能在较短的停留时间内获得高的COD去除率。好氧降解中,有机物质被彻底氧化分解为水和二氧化碳。在厌氧反应中,原有机物质被改变化学结构,降解为小好氧生物处理厌氧生物处理备注氧气需不需温度℃10~4030~40只代表常用的中温细菌特点pH6~96.5~7.5BOD5500~1500mg/L之间，不低于50~100mg/L1500mg/L以上BOD：N：P100：5：1（350~500）：5：1工业废水常需要额外补充氮磷源分子中间产物。好氧与厌氧分解均释放能量和无机养分,为微生物生长所利用。好氧降解不仅彻底,反应速率也较高,因此成为生化处理技术的主体。图有机污染物好氧微生物处理的一般途径2.2好氧生物处理主要方法：好氧降解技术有活性污泥法和生物膜法。2.2.1.活性污泥法活性污泥法(ActivatedSludge)是最传统的好氧生物处理技术。所谓活性污泥是指微生物利用废水中的有机物质生长与繁殖而形成的絮凝体。这一絮凝物质具有两个基本特性:一是吸附与分解有机物质的能力强;二是自身的凝聚与沉降性好。因此,活性污泥法的工作原理是:在有机废水中通过曝气供氧,促进微生物生长形成活性污泥,利用活性污泥的吸附、氧化分解、凝聚和沉降性能来净化废水中的有机污染物。处理过程中,有机降解是依赖活性污泥的吸附与氧化分解能力,而水泥分离则是利用活性污泥的凝聚和沉降性能[7]。活性污泥法于1914年首先在英国应用。污水经初沉池后,进入曝气池与污泥混合,从进水端向出水端呈推流式流动,在此过程中完成吸附和代谢分解,然后在第二沉淀池中完成水与污泥的分离。决定活性污泥处理系统功能和效果的因子很多，例如有机负荷、水力负荷与反应时间(决定反应器功能),污泥性质与泥龄(决定生物种类、活性与沉降性能)以及溶解氧水平、温度、水压等(影响处理效率)。活性污泥法中有两项最基本的技术措施:一是通过曝气来提高反应器水体中溶解氧的水平;二是通过污泥回流来保证反应器中的生物量与活性。因此,后人在研究和改进充氧方式和污泥回流的基础上,发展出了系列新型工艺。基于活性污泥法原理的新型生化处理技术中,较为典型和成功的要属间歇式活性污泥法和氧化沟。间歇式活性污泥法,也称序批式活性污泥法(SequenceBatchReactor,即SBR),是近十年来新开发的一种活性污泥法,其特点是将初沉池、反应池和二沉池各工序放在同一反应器(SBR反应器)中进行,提供一种时间顺序上的工艺处理模式,处理过程按序分为进水、反应、沉降、出水、闲置五个阶段。与传统的活性污泥法不同,废水在反应器中不呈推流式运动,而是在SBR反应器的曝气过程中与污泥完全混合。SBR法还具有投资少、反应易于操作控制的优点。因此这一技术在处理生活污水、食品工业废水和有机化工废水中得到广泛应用。氧化沟(OxidationDitch),亦称氧化渠或循环曝气池,这一方法的主要特点是采用横轴转刷,或竖轴表面叶轮曝气来推动水流。这一工艺不仅能耗小,而且具有推流式和混合式两者的特征。和SBR法一样,氧化沟技术在国内外应用很广,除了用以处理城市生活污水外,还被用在组合工艺中处理炼油废水和含氮废水等[6]。2.2.2生物膜法生物膜法(Biofilmtechniques)是在处理废水的反应器中添加介质(填料)作为微生物附着的载体,在分解有机污染物过程中,微生物在介质的表面上生长繁殖,逐步形成粘液状的膜,然后,利用固着在介质表面的这种微生物膜来净化污水。在分解有机污染物的过程中,载体上微生物的生长会使膜逐步增厚,形成表层好氧、内层兼氧和厌氧的微生态环境,因此生物膜法具有一定的厌氧降解功能。生物膜增厚至一定程度会自动脱落,形成污泥,残留或新附着在介质表面的微生物将继续生长繁殖,形成新的生物膜。因此生物膜法具有无需污泥回流、膜的生物活性高、反应稳定等优点。传统的生物膜法于1893年在英国问世,当时的水力负荷与有机负荷都较低。到20世纪60年代后期,世界各国在新型载体填料的选择和研制以及供氧系统的改进和开发等方面取得了系列成果,极大地促进了生物膜反应器的发展。当前在世界各国推广应用的生物膜法大致可分为三类。①润壁型生物膜法:废水和空气沿固定或转动的接触介质表面的生物膜流过,例如生物滤池和生物转盘。②浸没型生物膜法:接触滤料完全浸没在废水中,采用鼓风供氧,例如接触氧化法。③流动床型生物膜法:附有生物膜的介质在曝气充氧过程中悬浮流动,例如生物移动床和生物流化床等。流动床型生物膜法是20世纪后期发展较快的新型生物降解技术。不同类型的生物流化床在结构、充氧方式、填料性质与形状方面有一定差异,但反应器的共同特点是:床内载体在充氧过程中始终悬浮于液体中快速运动,具有类似液体的自由流动性,促进了物质的扩散与接触,相应提高了反应速率。生物流化床工艺的改进主要集中于充氧、进水分布系统及新型填料开发等方面。近年来,我国在研究和应用生物流化床技术处理石化、印染、制药废水和城市生活废水方面也取得了一些突破性的进展。3.厌氧处理3.1厌氧生物处理的基本原理厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物,将各种有机物转化为甲烷、二氧化碳等的过程。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌(fermentativebacteria)、产氢产乙酸细菌(acetogenicbacteria)和产甲烷细菌(methanogenicbacteria)的联合作用完成。厌氧生物处理后面常常要连接好氧生物处理。复杂的有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶的作用下分解成简单溶解性的有机物，并进入细胞内由胞内酶分解为乙酸、丙酸、丁酸、乳酸等脂肪酸和乙醇等醇类，同时产生氢气和二氧化碳，然后在产氢产乙酸菌，将把丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等转化为乙酸，进而在产甲烷细菌作用下，利乙酸生成甲烷或在二氧化碳存在时利用氢气生成甲烷。图1.有机物厌氧分解生成甲烷的过程[8]（1)发酵性细菌(2)产氢产乙酸细菌(3)同型产乙酸菌(4)利用H2和CO2产甲烷菌（30%）(5)分解乙酸的产甲烷菌（70%）3.2厌氧生物处理的发展厌氧生物处理法最早用于处理城市污水处理厂的沉淀污泥，后来用于处理高浓度有机废水。普通厌氧生物处理法的主要缺点是水力停留时间长，一般需要20～30d。进入上世纪50、60年代，特别是70年代的中后期，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器”。20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循环可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”[9]。4好氧与厌氧生物处理的区别和联系4.1废水的厌氧生物处理与厌氧生物处理对比具有以下主要优点：1）厌氧生物处理可节省动力消耗，由于厌氧分解有机物是营无分组氧呼吸，在分解有机物过程是不必提供氧气的，而好氧菌降解有机物是营分组氧呼吸，在分解有机物过程必须提供分子氧。对于高浓度有机废水，采用厌氧生物法节省的电耗大的惊人。目前我国轻工业的造纸、食品发酵、皮革、制糖等行业每年派出的BOD5达200万吨。如采用厌氧法，以去除BOD580%计，则年节省电达8.0～16亿kwh。2）厌氧生物处理可产生生物能，厌氧发酵产生甲烷