由此可见，无论两相厌氧生物处理的产酸反应器或单相反应器，避免丙酸型发酵是十分重要的。普遍认为两相厌氧生物处理工艺适合于处理易酸化的可溶性有机废水，两相分离易于控制运行的稳定性。两相厌氧生物处理产甲烷相中的生物菌群，除不发生水解阶段外，与单相反应器中的基本相同，只是在种群数量和各类菌群所存在的区域稍有不同。......
2023-06-19
其他厌氧生物处理过程的优化方法
【摘要】：但是，当废水中含有高浓度的硫酸盐时，则对有机物的厌氧生物处理带来极为不利的影响，它会改变和抑制有机物的代谢过程。目前，有效的解决方式是利用两相厌氧生物处理工艺中的产酸相先期还原硫酸盐，从而避免硫酸盐还原对产甲烷过程的影响。
1.硫酸盐还原过程
硫酸盐还原又称为硫酸盐呼吸或反硫化作用，是指在厌氧条件下，化能异养型硫酸盐还原细菌（简称SRB）利用废水中的有机物作为电子供体，将氧化态硫化合物（硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等）还原为硫化物（包括HS-、H2S和S2-）的过程。以乳酸为电子供体的化学反应式可表示为：
20世纪末的近20年来，人们对SRB的分类法和生理学研究取得了重大突破，较成功地掌握了15个属，其中参与废水处理的9个属中，主要的2个属为脱硫弧菌属和脱硫肠状菌属。前者一般为中温或低温型，不形成孢子，环境温度超过43℃会死亡；后者是中温或高温型，形成孢子。二者均为革兰氏阴性菌。这些SRB分布广泛，在利用多种有机物作为电子供体方面有相当惊人的能力和多样性，可以列出的作为SRB生长底物的物质接近100种之多。可以作为硫酸盐还原电子供体的物质主要有氢、醇、脂肪酸、某些氨基酸、糖、环状芳香族化合物、多种苯环取代基的酸类及长链溶解性烷烃等。据此将SRB分为4类：利用氢的硫酸盐还原菌；利用乙酸的硫酸盐还原菌；利用脂肪酸的硫酸盐还原菌；利用芳香族化合物的SRB。硫酸盐还原作用产生的H2S有强烈的腐蚀性，且其气味恶臭，严重影响环境卫生，破坏水体的生态平衡。影响硫酸盐还原过程的环境因素主要有pH值、电子供体的种类、温度、抑制剂、ORP（氧化还原电位）、代谢中间产物、盐度、重金属、超声波、可见光、紫外线等。
在自然界和人工处理构筑物中，当硫酸盐浓度较低时，硫酸盐还原作用弱，不会给正常的有机物厌氧生物处理带来不利影响，而且由于硫酸盐还原菌可以利用H2从而降低厌氧生物处理中的氢分压，一定程度上可以促进有机物的厌氧生物处理过程。但是，当废水中含有高浓度的硫酸盐时，则对有机物的厌氧生物处理带来极为不利的影响，它会改变和抑制有机物的代谢过程。其影响机制可以归纳为两个方面：一是由于SRB与产甲烷细菌竞争共同底物（乙酸和氢气）而对产甲烷细菌产生的抑制作用；二是由于硫酸盐还原产生的H2S对产甲烷细菌和其他厌氧细菌的抑制作用。同时，产生的H2S对沼气的产量和利用也造成严重影响。因此，如何避免或减轻硫酸盐还原作用对有机物厌氧生物处理的影响，是废水处理工程中关注的问题之一。
对于某些含高浓度硫酸盐的废水（如味精生产等废水），宜采用专门的厌氧生物处理反应器进行硫酸盐还原。目前，有效的解决方式是利用两相厌氧生物处理工艺中的产酸相先期还原硫酸盐，从而避免硫酸盐还原对产甲烷过程的影响。产酸相中产酸细菌可以为SRB提供适宜的电子供体，而且产酸细菌对H2S的耐受能力比产甲烷细菌大，而且低pH值状态有利于H2S释放进入气相中。一般，对于完全混合搅拌槽式硫酸盐还原反应器，反应器内形成絮状厌氧污泥，在最佳控制参数下，COD去除率可达85%～90%，硫酸盐去除率可达90%以上。
2.反硝化与厌氧氨氧化
（l）生物反硝化是指污水中的硝酸盐氮（
—N）和亚硝酸盐氮（
—N）在无氧或缺氧条件下，被微生物还原转化为氮气（N2）的过程。这个过程可用下式表示：
反硝化过程中
和
的转化是通过反硝化细菌的异化作用（分解代谢）来完成的。反硝化细菌是异养型兼性厌氧细菌，在有分子态氧存在时，反硝化菌氧化分解有机物，利用分子态氧作为最终电子受体。在无分子态氧的条件下，反硝化菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的N5+和N3+作为电子受体，O2-作为受氢体生成H2O和OH-碱度，有机物则作为碳源及电子供体提供能量并得到氧化稳定。目前已鉴别出来的反硝化细菌有几十种，主要的有：无色杆菌属，产碱杆菌属，杆菌属和色杆菌属等。反硝化细菌在厌氧、好氧和缺氧条件下都能够生存，喜欢中性至微碱性环境，温度的改变对反硝化细菌影响很大。
（2）20世纪末人们发现，在无氧环境中，同时存在
和
时，
作为反硝化的无机电子供体，
作为电子受体，生成氮气，这一过程称为厌氧氨氧化。生物氮循环是由许多种能催化不同反应的微生物的复杂作用而构成的。长期以来一直认为由自养光化学硝化菌进行的
和
的氧化过程是严格好氧的，并且自养硝化菌的代谢复杂性也是有限的。一般认为生物脱氮的过程是有氧条件下的硝化和无氧条件下的反硝化的共同作用：
有氧条件下：
→NH2OH→
→
无氧条件下：
→
→NO→N2O→N2
至2003年，关于氮在厌氧氨氧化过程中是如何转化的还没有定论，厌氧氨氧化细菌也尚未最终确定，可能的优势菌种是一类革兰氏阴性的专性厌氧细菌。目前有研究发现，能进行氨氧化的细菌中的亚硝化单胞菌属中的两个种能同时硝化与反硝化，在无氧条件下利用氨作为电子供体，将
转化为N2，还原
。ANAMMOX无需有机碳源存在，微生物利用碳酸盐或二氧化碳为无机碳源，增长率和产率非常低，氨氮的转化率为0.25mgN（/mgSS·d），这与传统好氧硝化的转化率相当。ANAMMOX反应在10～43℃的温度范围内具有活性，适宜的禅为6.7～8.3。ANAMMOX工艺的可能途径如下所示。
含有高浓度氨氮的污水，将其控制在57%亚硝化时，进入厌氧氨氧化反应器，生成的亚硝酸盐和剩余的氨氮能刚好安全去除，这种半硝化—厌氧氨氧化组合的自养脱氮工艺能节省碳源和供氧消耗的能源。此外，控制环境中的氨氮和溶解氧，采用生物膜系统的一体化自养脱氮工艺，利用生物膜表层生长亚硝化菌，内层生长厌氧氨氧化细菌，也可以实现自养脱氮过程。
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2023-06-19
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