污水处理工艺之厌氧技术

废水处理的厌氧生物处理技术是在厌氧条件下将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程，又称厌氧消化。厌氧生物处理技术一直受到水处理行业环保工作者的青睐。因为它有很好的去除效果，较高的反应速率和更好的适应有毒物质，更重要的是，厌氧生物处理在水处理工业中被广泛应用，因为它与有氧生物处理废水相比，不需要提供大量的能量消耗来进行氧气转移。

一般来说，废水中有较复杂的有机物质，通过厌氧分解分为四个阶段进行降解：

(1)水解阶段：由于分子体积大，高分子有机物不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要通过体外细胞外酶分解成小分子。废水中典型的有机物质如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质分解成短肽和氨基酸。分解的小分子可以通过细胞壁进入细胞体进一步分解。

(2)酸化阶段：上述的小分子有机物进入到细胞体内转化成更为简单的化合物并被分配到细胞外，这一阶段的主要产物为挥发性脂肪酸(VFA)，同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生。

(3)醋酸生产阶段：在此阶段，前一步的产品进一步转化为醋酸、碳酸盐、氢和新的细胞物质。

(4)产甲烷阶段：在此阶段，乙酸，氢，碳酸，甲酸和甲醇转化为甲烷，二氧化碳和新的细胞物质。该阶段也是整个厌氧过程和整个厌氧反应过程的限速阶段中最重要的阶段。

厌氧技术的发展经历了三个阶段：

第一阶段(1860-1899)：开发与厌氧发酵池平行的简单沉淀的初始阶段。在这一发展阶段，污水沉淀和污泥发酵都集中在一个化粪池(俗称化粪池)，泥水没有被分离。

第二阶段(1899-1906)：污水沉淀和厌氧发酵分层的发展阶段。

第三阶段(1906-2001年)：独立式营建的高级发展阶段。这个发展阶段中，沉淀池中的厌氧发酵室分离出来，建成独立工作的厌氧消化反应器。

相应地，厌氧生物处理技术的反应器本体也经历了三个时代。

第一代厌氧反应器是以普通厌氧消化池(cadt)和厌氧接触过程(acp)为代表的低负荷系统。

第二代反应器是在20世纪60年代末发展起来的，目的是利用生物膜固定化技术和易沉淀的厌氧污泥的培养，保持反应器内活性污泥量大，污泥龄长。如厌氧过滤器(AF)、厌氧流化床(AFB)、厌氧生物转盘(ARBCP)、上流式厌氧污泥床(IAASB)、厌氧附着膨胀床(AAFEB)等，UASB反应器是应用最广泛的反应器。在研究和应用以UASB反应器为代表的第二代反应器的基础上，开发了新一代反应器。

第三代厌氧反应器是在分离固体停留时间和水力停留时间的前提下，使固体液体相完全接触;使其既能保持大量污泥，又能使废水与活性污泥充分混合与接触。实现真正效率的目的。目前有较多的研究：厌氧颗粒污泥膨胀床(egsb)、厌氧内循环(ic)等。

在这里，该测试介绍了几种广泛使用的厌氧技术：

1、厌氧生物滤池

厌氧生物滤池的结构与普通生物滤池相似，池内有填料，但池顶密封。废水从池底进入，从池顶排出。填料浸入水中，微生物附着在填料上。过滤器内微生物生物量高，平均停留时间可达150天，可达到较高的处理效果。过滤填料可以是砾石、卵石或塑料，平均粒径约为40 mm。

2、厌氧接触工艺

厌氧接触过程，也称为厌氧活性污泥法，是在消化池后设置沉淀分离装置，消化池中厌氧消化后的混合液体排放到沉淀池分离装置中分离泥水，澄清的水从上部排出。污泥返回厌氧消化罐。这不仅可以避免污泥损失，还可以增加蒸煮器的容积负荷，从而大大缩短水力停留时间。厌氧接触过程的一般负荷：中温为2-10kgCOD /(m3?d)，污泥负荷≤0.25kgCOD/(kgVS?d)，池内MLVSS为10-15g / L.

3、UASB

ASB反应器的污泥床主要由具有良好沉降性能的厌氧污泥组成，其浓度可达到50-100g/L或更高。泥沙悬浮区主要由反应过程中产生的气体的上升和搅拌作用形成。污泥浓度低。一般在5-40g/L范围内，反应器上部有气(甲烷)、固(泥)液(废水)三相分离器。分离器首先将产生的甲烷气泡的上升过程偏转，通过水层进入气室，然后由导管排出。除气后，混合液在沉降区进一步与固液分离，沉淀后的污泥返回反应区，在反应区内聚集了大量的微生物。待处理废水由底水配水系统进入，经澄清后的处理水由沉淀区排出。UASB反应器可获得一种沉降能力好、比产甲烷活性高的颗粒厌氧污泥，与其它反应器相比具有一定的优势：颗粒污泥的相对密度小于人工载体的相对密度，产生的气体可使污泥与基质充分接触，并可使污泥与基质充分接触。可节省搅拌回流污泥的设备和能耗;采用三相分离器可节省辅助去除。气体装置;颗粒污泥沉淀性能好，避免了附加沉淀分离装置和回流污泥设备：反应器不需要添加填料和载体，提高了容积利用率。

4、EGSB

20世纪90年代初，荷兰的瓦格宁根农业大学开始研究厌氧膨胀颗粒污泥床(egsb)反应堆。Lettinga教授等人使用uasb反应堆处理生活污水。为了增加污水污泥的接触，更有效地利用了反应器的体积，改变了uasb反应器的结构设计和运行参数。反应器中的颗粒污泥床在液体表面的高流速下完全膨胀，形成了早期的egsb反应器。egsb反应堆实际上是一个改进的uasb反应堆。不同的是前者的液体上升速度较高，使得整个颗粒污泥床处于膨胀状态。这个独特的特性使它有一个大的直径比。egsb反应器主要由主部件、入水分配系统、气-固三相分离器和流出循环组成。其中，进水量分配系统平均分配进水量到整个反应堆的底部，由此产生了均匀的向上流动率：三相分离器是egsb反应堆最关键的结构，可以有效地分离水、甲烷和污泥的三个相。在反应器中有效保存污泥;排出循环的部分是提高反应器中液体表面的流速，使颗粒污泥与污水充分接触，避免反应堆产生死角和短电流。

5、IC

其内循环厌氧反应器是海兰帕克的专利产品。目前，帕克在世界各地拥有300多个核反应堆。与uasb相比，顶部只有一个一级三相分离器，ic内循环反应器有两级三相分离器。ic反应堆实际上是由两个层次的uasb组成的。底部有高负荷，顶部负载低。因为在第一阶段分离时收集了大量沼气，减少了对废水的干扰，在第二阶段三阶段分离时得到了气、水、泥的较好分离效果。该反应器的二次分离保证了污泥的最佳滞留时间，有利于对部分化学废水的处理，因为这些废水的厌氧污泥产量很小。该反应器具有自调节气体提升器内循环结构，循环废水与原水混合稀释进气浓度。内部循环所带来的能量使泥水在底部得到更充分的混合，污泥活性也随之增加。通过内部循环对废水进行内部稀释，可以减少生产过程中产生的负荷波动。ic反应堆的体积负荷(15-30kgcod/m3)是uasb(7-15kgcod/m3)的两倍。