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摘要：随着社会的发展与进步，重视厌氧生物法处理技术具有重要的意义。本文主要介绍厌氧生物法在食品废水处理中的应用的有关内容。
关键词：厌氧 ， 生物法 ，食品废水， 处理， 原理
Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the anaerobic biological method processing technology is of great significance. This paper mainly introduces the anaerobic biological method in food wastewater treatment, the application of related content.
Keywords: anaerobic, biological method, food waste water, the processing, the principle
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：
引言
厌氧废水处理技术是近年来污水处理领域发展较快的领域，也是实现“一控双达标”的重要技术，是消减有机物、降低运行成本的有效途径，特别是厌氧上流式污泥床（UASB）技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一。
1、厌氧法的基本原理
废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用,将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程,也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体,而以化合态氧、碳、硫、氮等为氢体。
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、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。因而粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段,即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子,不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为水分子,溶性有机物,然后渗入细胞体内,分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个分阶段主要产生较高级脂肪酸。
由于简单碳水化合物的分解产酸作用,要比含氮有机物的分解产氨作用迅速,故蛋白质的分解在碳水化合物分解后产生。
含氮有机物分解产生的NH3除了提供合成细胞物质的氮源外,在水中部分电离,形成NH4HCO3,具有缓冲消化液PH值的作用,故有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过程称为酸性减退期。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氧产乙酸细菌的作用下,第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2,在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。
第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化成甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷,前者约占总量有1/3,后者约占2/3。
上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤，简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。
虽然厌氧消化过程可以分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡，这种动态平衡一旦被PH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程停滞。
2、常见的厌氧活性污泥工艺及其特点
厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的性质主要表现为的作用效能与沉淀性能，前者主要取决于活微生物的比例及其对底物的适应性和活微生物中生长速率低的产甲烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平。
常见的厌氧活性污泥工艺包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。
2.1厌氧消化池
普通厌氧消化池又称传统或常规消化池，已有百余年的历史。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产的沼氣从顶部排出。
普通消化池的特点是：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。但缺乏持留和补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；对无搅拌的消化器，还存在料液分离现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀，消化效率低等缺点。
2.2厌氧接触法
为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池设沉淀池，将沉淀池污泥回流至消化池，形成厌氧接触法，该系统即使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消化池的污泥浓度，从而提高设备的有机负荷和处理效率。
厌氧接触法的特点：（1）通过污泥回流，保证消化池内污泥浓度较高，一般为10~15g/L，耐冲击能力强；（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时一般为2~10 KgCOD/m3·d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15~30天，而接触法小于10天；（3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；（4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气装置。厌氧接触法还存在混合液在沉淀池中难于进行固液分离的缺点。
2.3上流式厌氧污泥床反应器
上流式厌氧污泥床反应器，简称UASB反应器，是由荷兰的G·Lettinga等人在20世纪70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器，由反应区、沉淀区和气室三部分组成。在反应器的底部是浓度较高的污泥层，称污泥床，在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层统称为反应区，在反应区上部设有气、液、固三相分离器。废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解废水中有机物产生沼气，微小气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室而被有效地排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下进行泥水分离，上清液从沉淀区上部排出，污泥区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。
上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的特点是：（1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30～40g/L,其中底部污泥床污泥浓度60～80g/L，污泥悬浮层浓度5～5g/L；（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化时一般为10~20 KgCOD/m3·d；（3）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；（4）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅拌；（5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。
3、厌氧生物法在食品废水处理中的应用
食品工业原料广泛，制品种类繁多，排出废水的水量、水质差异很大。废水中主要污染物有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质及溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等。食品工业废水的特点是有机物质和悬浮物含量高，易腐败，一般无大的毒性。其危害主要是使水体富营养化，以致引起水生动物和鱼类死亡，促使水底沉积的有机物产生臭味，恶化水质，污染环境。
一般来说食品工业废水中营养物质含量高（BOD、COD值很大），可生化性好。而厌氧生物法有机负荷高，能耗低，且产生能源物质甲烷等优点，被广泛应用于食品废水的处理。通常采用厌氧生物法与好氧生物法相结合，厌氧处理后再进行好氧生化，出水可达标排放。厌氧生物处理在处理高浓度有机废水方面已取得了良好的效果和经济效益。资料显示：采用屠宰废水培养的颗粒污泥接种启动中温(35±1)UASB反应器处理味精-卡那霉素混合废水，COD去除率为75％-80％，进水COD/SO42-可低至4-5。 胡威夷推荐了某玉米淀粉厂厌氧-好氧相结合 的处理工艺,该工程成功地运用常温UASB生产工艺处理淀粉废水,并在常温条件下实现了UASB反应器接种 活性污泥的颗粒化,在国内淀粉行业尚属首次。在中温35±1℃条件下,采用UASB和 混合活性污泥串联的方法来处理玉米淀粉生产废水, 当COD在7 000~8 000mg/L, HRT为18h时,废水经两步处理后, COD的去除率在97%以上；再经二级好氧生化处理的出水达到国家规定的排放标准。在国外，厌氧生物法已广泛应用于啤酒废水处理。特别是啤酒废水的UASB法处理技术，可以大幅度地降低处理设施的建设费用和运行费用，具有很大的经济性，已经从欧洲的荷兰等国向亚洲辐射。朝日啤酒公司已建成的东京、大阪等六处处理设施的运行效果证明，同传统活性污泥相比，厌氧-好氧工艺可以使处理能力增加1～2倍；回收的沼气经锅炉燃烧后，所产生的蒸汽供维持啤酒发酵温度利用，可降低能源消耗。朝日啤酒公司在1999年以前，更新其所属日本国内的全部啤酒厂的废水处理设备，全部采用UASB+活性污泥工艺。国内从80年代就开始研究和使用UASB工艺处理啤酒废水。
结束语
虽然厌氧生物法有着重要的作用，但是,厌氧生物处理法也存在缺点:厌氧微生物增殖缓慢,因而厌氧设备启动和处理时间比好氧设备长；出水往往达不到排放标准,需要进一步处理,故一般在厌氧处理后串联好处理;厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。因此，我们应该应用厌氧废水法处理食品废水时，应扬长避短，发挥其最大的功效。
参考文献
[1]Stephenson T，Judd S膜生物反应器污水处理技术[M]．张树国，李咏梅，译．北京：化学工业出版社，2003．
[2]Liao BQ，Kra锄er J T，BagleyDM．Amerobicm一brane bioreactors：applications and research directions[J]．Crit Rev En、，imn sci Technol，2006，36：489—530．
[3]張欣欣，沈菊李，朱宝库，等．厌氧膜一生物反应器的研究及其在废水处理中的应用[J]．膜科学与技术，2008，28(2)：79—84．
[4]何义亮，吴志超．厌氧膜生物反应器处理高浓度食品废水的应用[J]．环境科学。1999，20(6)：53—55．
关键词：厌氧 ， 生物法 ，食品废水， 处理， 原理
Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the anaerobic biological method processing technology is of great significance. This paper mainly introduces the anaerobic biological method in food wastewater treatment, the application of related content.
Keywords: anaerobic, biological method, food waste water, the processing, the principle
中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：
引言
厌氧废水处理技术是近年来污水处理领域发展较快的领域，也是实现“一控双达标”的重要技术，是消减有机物、降低运行成本的有效途径，特别是厌氧上流式污泥床（UASB）技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一。
1、厌氧法的基本原理
废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用,将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程,也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体,而以化合态氧、碳、硫、氮等为氢体。
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、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。因而粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段,即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
第一阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子,不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为水分子,溶性有机物,然后渗入细胞体内,分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个分阶段主要产生较高级脂肪酸。
由于简单碳水化合物的分解产酸作用,要比含氮有机物的分解产氨作用迅速,故蛋白质的分解在碳水化合物分解后产生。
含氮有机物分解产生的NH3除了提供合成细胞物质的氮源外,在水中部分电离,形成NH4HCO3,具有缓冲消化液PH值的作用,故有时也把继碳水化合物分解后的蛋白质分解产氨过程称为酸性减退期。
第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氧产乙酸细菌的作用下,第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2,在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。
第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化成甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷,前者约占总量有1/3,后者约占2/3。
上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤，简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。
虽然厌氧消化过程可以分为以上三个阶段，但是在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种程度的动态平衡，这种动态平衡一旦被PH值、温度、有机负荷等外加因素所破坏，首先将使产甲烷阶段受到抑制，其结果会导致低级脂肪酸的积存和厌氧进程的异常变化，甚至会导致整个厌氧消化过程停滞。
2、常见的厌氧活性污泥工艺及其特点
厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的性质主要表现为的作用效能与沉淀性能，前者主要取决于活微生物的比例及其对底物的适应性和活微生物中生长速率低的产甲烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平。
常见的厌氧活性污泥工艺包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。
2.1厌氧消化池
普通厌氧消化池又称传统或常规消化池，已有百余年的历史。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产的沼氣从顶部排出。
普通消化池的特点是：可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。但缺乏持留和补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞；对无搅拌的消化器，还存在料液分离现象严重，微生物不能与料液均匀接触，温度也不均匀，消化效率低等缺点。
2.2厌氧接触法
为了克服普通消化池不能持留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池设沉淀池，将沉淀池污泥回流至消化池，形成厌氧接触法，该系统即使污泥不流失、出水水质稳定，又可提高消化池的污泥浓度，从而提高设备的有机负荷和处理效率。
厌氧接触法的特点：（1）通过污泥回流，保证消化池内污泥浓度较高，一般为10~15g/L，耐冲击能力强；（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时一般为2~10 KgCOD/m3·d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15~30天，而接触法小于10天；（3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；（4）混合液经沉淀后，出水水质好，但需增加沉淀池、污泥回流和脱气装置。厌氧接触法还存在混合液在沉淀池中难于进行固液分离的缺点。
2.3上流式厌氧污泥床反应器
上流式厌氧污泥床反应器，简称UASB反应器，是由荷兰的G·Lettinga等人在20世纪70年代初研制开发的。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器，由反应区、沉淀区和气室三部分组成。在反应器的底部是浓度较高的污泥层，称污泥床，在污泥床上部是浓度较低的悬浮污泥层，通常把污泥层和悬浮层统称为反应区，在反应区上部设有气、液、固三相分离器。废水从污泥床底部进入，与污泥床中的污泥进行混合接触，微生物分解废水中有机物产生沼气，微小气泡在上升过程中，不断合并逐渐形成较大的气泡。由于气泡上升产生较强烈的搅动，在污泥床上部形成悬浮污泥层。气、水、泥的混合液上升至三相分离器内，沼气气泡碰到分离器下部的反射板时，折向气室而被有效地排出；污泥和水则经孔道进入三相分离器的沉淀区，在重力作用下进行泥水分离，上清液从沉淀区上部排出，污泥区下部的污泥沿着斜壁返回到反应区内。
上流式厌氧污泥床（UASB）反应器的特点是：（1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30～40g/L,其中底部污泥床污泥浓度60～80g/L，污泥悬浮层浓度5～5g/L；（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化时一般为10~20 KgCOD/m3·d；（3）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；（4）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅拌；（5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。
3、厌氧生物法在食品废水处理中的应用
食品工业原料广泛，制品种类繁多，排出废水的水量、水质差异很大。废水中主要污染物有油脂、蛋白质、淀粉、胶体物质及溶解在废水中的酸、碱、盐、糖类等。食品工业废水的特点是有机物质和悬浮物含量高，易腐败，一般无大的毒性。其危害主要是使水体富营养化，以致引起水生动物和鱼类死亡，促使水底沉积的有机物产生臭味，恶化水质，污染环境。
一般来说食品工业废水中营养物质含量高（BOD、COD值很大），可生化性好。而厌氧生物法有机负荷高，能耗低，且产生能源物质甲烷等优点，被广泛应用于食品废水的处理。通常采用厌氧生物法与好氧生物法相结合，厌氧处理后再进行好氧生化，出水可达标排放。厌氧生物处理在处理高浓度有机废水方面已取得了良好的效果和经济效益。资料显示：采用屠宰废水培养的颗粒污泥接种启动中温(35±1)UASB反应器处理味精-卡那霉素混合废水，COD去除率为75％-80％，进水COD/SO42-可低至4-5。 胡威夷推荐了某玉米淀粉厂厌氧-好氧相结合 的处理工艺,该工程成功地运用常温UASB生产工艺处理淀粉废水,并在常温条件下实现了UASB反应器接种 活性污泥的颗粒化,在国内淀粉行业尚属首次。在中温35±1℃条件下,采用UASB和 混合活性污泥串联的方法来处理玉米淀粉生产废水, 当COD在7 000~8 000mg/L, HRT为18h时,废水经两步处理后, COD的去除率在97%以上；再经二级好氧生化处理的出水达到国家规定的排放标准。在国外，厌氧生物法已广泛应用于啤酒废水处理。特别是啤酒废水的UASB法处理技术，可以大幅度地降低处理设施的建设费用和运行费用，具有很大的经济性，已经从欧洲的荷兰等国向亚洲辐射。朝日啤酒公司已建成的东京、大阪等六处处理设施的运行效果证明，同传统活性污泥相比，厌氧-好氧工艺可以使处理能力增加1～2倍；回收的沼气经锅炉燃烧后，所产生的蒸汽供维持啤酒发酵温度利用，可降低能源消耗。朝日啤酒公司在1999年以前，更新其所属日本国内的全部啤酒厂的废水处理设备，全部采用UASB+活性污泥工艺。国内从80年代就开始研究和使用UASB工艺处理啤酒废水。
结束语
虽然厌氧生物法有着重要的作用，但是,厌氧生物处理法也存在缺点:厌氧微生物增殖缓慢,因而厌氧设备启动和处理时间比好氧设备长；出水往往达不到排放标准,需要进一步处理,故一般在厌氧处理后串联好处理;厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。因此，我们应该应用厌氧废水法处理食品废水时，应扬长避短，发挥其最大的功效。
参考文献
[1]Stephenson T，Judd S膜生物反应器污水处理技术[M]．张树国，李咏梅，译．北京：化学工业出版社，2003．
[2]Liao BQ，Kra锄er J T，BagleyDM．Amerobicm一brane bioreactors：applications and research directions[J]．Crit Rev En、，imn sci Technol，2006，36：489—530．
[3]張欣欣，沈菊李，朱宝库，等．厌氧膜一生物反应器的研究及其在废水处理中的应用[J]．膜科学与技术，2008，28(2)：79—84．
[4]何义亮，吴志超．厌氧膜生物反应器处理高浓度食品废水的应用[J]．环境科学。1999，20(6)：53—55．