有机污水处理工艺技术特点与应用

在生物处理中，废水中的有机物作为微生物的营养源被微生物利用，最终分解为稳定的无机物或合成细胞物质而以污泥物态由水中分离，从而使废水得到净化。在好氧处理工艺中，微生物通过利用氧气将有机污染物氧化为CO2和微生物的细胞物质(污泥)。随着氧化分解过程，大量能量被释放，用于微生物降解有机物转化为细胞物质，即好氧污泥;而厌氧处理工艺则是在无氧的条件下，大多数有机污染物的能量转化为甲烷的形式，结果只有很少部分用于合成细胞物质，而产生的沼气可作为热能被再利用。因此从生物反应的原理上，显而易见，厌氧处理存在很大的优势。

整个厌氧过程分为水解、发酵、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段。

1.水解阶段

高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。因此它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶分解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。

2.发酵(或酸化)阶段

在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌(即酸化菌)的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸(简写为VFA)、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化细菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此未经酸化废水厌氧处理时会产生更多的剩余污泥。酸化菌对pH有很大的容忍性，产酸可在pH到4的条件下进行，产甲烷菌则有它自己的最佳pH：6.5～7.5，超出这个范围则转化速度将减慢。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

3.产乙酸产氢阶段

在此阶段，上一阶段的产物被进一步降解为乙酸(又称醋酸)、氢和二氧化碳，这是最终产甲烷反应的反应底物。

4.产甲烷阶段(最高的阶段)

产甲烷菌是一种严格的厌氧微生物，与其它厌氧菌比较，其氧化还原电位非常低(<-330mV)。

【有机污水处理工艺技术特点】

1、无需曝气，节省用电。理论上讲，好氧曝气去除1kgBOD需要耗电1.67kWh,而通过厌氧处理，可以节约电耗80%。

2、产生有价值的能源——沼气。理论上讲，厌氧降解1kgCOD可以产生0.4～0.5m3沼气，每m3沼气的燃烧热值大约为23000～27000kJ/ m3,如用于发电，1立方米沼气可发电1.50～1.80度。

3、产生污泥量少，颗粒污泥同时是有价值的接种产品。通常好氧去除1kgBOD产生0.4kg很难处理的好氧污泥;而厌氧去除1kgCOD只产生0.05kg左右的厌氧污泥，而且无需处理，可以作为有价值的种泥商品。

4、由于合成新生细胞少，合成细胞所需的氮、磷营养盐也少。好氧反应对氮、磷的需求比例是：BOD:N:P=100:5:1,而厌氧反应对应的比例为：BOD:N:P=300:5:1。

5、处理容积负荷高，占地小。

6、抗冲击负荷性强。

7、一般好氧法处理氨氮大约在30%左右，而好氧与厌氧结合氨氮的处理能力可以达到80%左右。

虽然厌氧在处理高浓度有机废水方面具有较大优势,但是它同时也存在一定的缺点,如运行启动时间较长,需要较高的管理水平,容易产生臭味，特别是对于规模较小的工业处理工程更是如此。但是在厌氧反应中可以放弃反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段，将反应控制在酸化阶段，这样较之全过程的厌氧反应具有以下优点：

(1)由于反应控制在水解、酸化阶段反应迅速，故水解池体积小;

(2)不需要收集产生的沼气，简化了结构，降低了造价，便于维护;

(3)对于污泥的降解功能完全和消化池一样，产生的剩余污泥量少。

(4)油脂分子在水解酶作用下生成甘油与脂肪酸，大分子有机物被分解为小分子物质，经水解反应后废水中的溶解性COD增加，可生化性提高，有利于微生物对基质的摄取，在微生物的代谢过程中减少了一个重要环节，这将加速有机物的降解，为后续生物处理创造更为有利的条件。

微生物的固定化技术：

一、 固定化微生物

以与固定化酶相同的固定方法将酶活力强的微生物体固定在载体上，微生物体本身是多酶体系的固定化载体，将整个细胞固定化更有利于保持其原有活性，甚至可提高活性。有死细胞固定化和生长细胞固定化两种。

二、 固定化微生物的特性

固定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好、稳定、降解有机物性能力强、耐毒、抗杂菌、耐冲击负荷。将固定化微生物制备成颗粒状、膜状和包埋制成凝胶，充填到反应器中用于连续流运行，微生物不会流失。

三、 固定化微生物的固定方法

固定化方法有载体结合法、交联法、包埋法、逆胶束酶反应系统和孔网状载体截陷固定技术。

1、 载体结合法。

以共价结合、离子结合和物理吸附等将微生物固定在非水溶性的载体上。载体有葡聚糖、活性炭、胶原、琼脂糖、多孔玻璃珠、高岭土、硅胶、氧化铝、羧甲基纤维素等。在污水处理中，这种固定方式要求生物膜载体表面具某种活性基团，通常可对载体表面进行改性，达到携带活性基的目的。

2、 交联法

将微生物与2个或2个以上的官能团的试剂反应形成共价键的固定方法。交联剂有：戊二醇、双重氮联苯胺和六亚甲基二异氰酸酯。细胞间自交联是自然界普遍存在的一种现象，如活性污泥系统中菌胶团的形成以及厌氧污泥床中颗粒污泥的产生均是通过细胞间自交联实现的。为了进一步强化细胞间或酶间的这种自交联程度，可以认为的加入一些交联剂形成细胞间的稳固结合。交联剂在活性污泥系统中也有应用，有时认为地向曝气池内投加一定量的交联剂能得到更好的菌胶团，它有利于二沉池中泥水分离及有助于控制曝气池内微生物浓度。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。

3、 包埋法。

将微生物包埋在凝胶微小格子中，或者将微生物包裹在半透性的聚合物膜内的固定方法。格子型的包埋材料：聚丙烯酰胺(PACAM)凝胶、聚乙烯醇(PVA)、琼脂、硅胶等。微胶囊型的包埋材料有尼龙、乙基纤维素和硝酸纤维素。包埋技术是通过某些多聚体化合物包裹微生物，从而达到固定微生物的目的。它有两大特点，一是可快速、简捷地获得固定微生物;二是可以选择性地同时固定不同菌属的微生物。目前，该种技术在文献中已有大量报道，特别是在生物工程领域。由于研究目的的不同，所选用的多聚体包埋剂也不尽相同。在污水生物处理中，人们应用较多的包埋剂为PVA及海藻酸等。经过多聚体包埋处理后的微生物分别于多聚体骨架内，可以将它们制成颗粒或方块状等不同形状的材料。值得强调的是，多聚体在包埋处理了微生物后，一般其机械强度不够理想，加之微生物在包埋体的增长，使的包埋体的破损率较高。这些无疑在一定程度上限制了多聚体包埋技术在污水生物处理中的大规模应用