废水处理新革命！探寻厌氧生物处理技术的独特魅力

废水处理的厌氧生物处理技术是在厌氧条件下，兼性厌氧和厌氧微生物群体将有机物转化为甲烷和二氧化碳的过程，又称为厌氧消化。厌氧生物处理技术在水处理行业中一直都受到环保工作者们的青睐，由于其具有良好的去除效果，更高的反应速率和对毒性物质更好的适应，更重要的是由于其相对好氧生物处理废水来说不需要为氧的传递提供大量的能耗，使得厌氧生物处理在水处理行业中应用十分广泛。

 

　　一般来说，废水中复杂有机物物料比较多，通过厌氧分解分四个阶段加以降解：

　　(1)水解阶段：高分子有机物由于其大分子体积，不能直接通过厌氧菌的细胞壁，需要在微生物体外通过胞外酶加以分解成小分子。废水中典型的有机物质比如纤维素被纤维素酶分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被分解成短肽和氨基酸。分解后的这些小分子能够通过细胞壁进入到细胞的体内进行下一步的分解。

　　(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)产乙酸阶段：在此阶段，上一步的产物进一步被转化成乙酸、碳酸、氢气以及新的细胞物质。

　　(4)产甲烷阶段：在这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇都被转化成甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。这一阶段也是整个厌氧过程最为重要的阶段和整个厌氧反应过程的限速阶段。

 

　　厌氧技术发展过程大致经历了三个阶段：

　　第一阶段(1860-1899年)：简单的沉淀与厌氧发酵合池并行的初期发展阶段。这个发展阶段中，污水沉淀和污泥发酵集中在一个腐化池(俗称化粪池)中进行，泥水没有进行分离。

　　第二阶段(1899-1906年)：沉淀与厌氧发酵分层进行的发展阶段。

　　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。

　　与此相对应的是，厌氧生物处理技术的反应器主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)，厌氧接触工艺(ACP)为代表的低负荷系统。

　　第二代反应器是20世纪60年代末以在反应器内保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄为目标，利用生物膜固定化技术和培养易沉淀厌氧污泥的方式开发出的。如厌氧滤器(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。其中UASB反应器为应用最广的反应器，在其为代表的第二代反应器的研究与应用的基础上开发出了新一代反应器。

　　第三代厌氧反应器是在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触以达到真正高效的目的。目前研究较多的有：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、厌氧内循环(IC)等。

 

　　在此，简单介绍几种应用比较广泛的厌氧技术：

1.厌氧生物滤池

厌氧生物滤池的构造与一般的生物滤池相似，池内设填料，但池顶密封。废水由池底进人，由池顶部排出。填料浸没于水中，微生物附着生长在填料之上。滤池中微生物量较高，平均停留时间可长达150d左右，因此可以达到较高的处理效果。滤池填料可采用碎石、卵石或塑料等，平均粒径在40mm左右。

2.厌氧接触工艺

厌氧接触工艺又称厌氧活性污泥法，是在消化池后设沉淀分离装装置，经消化池厌氧消化后的混合液排至沉淀池分离装置进行泥水分离，澄清水由上部排出，污泥回流至厌氧消化池。这样做既避免了污泥流失又可提高消化池容积负荷，从而大大缩短了水力停留时间。厌氧接触工艺的一般负荷：中温为2-10kgCOD/(m3˙d)，污泥负荷≤0.25kgCOD/(kgVSS˙d)，池内的MLVSS为10-15g/L。

 

3.UASB

UASB反应器污泥床区主要有沉降性能良好的厌氧污泥组成，浓度可达到50-100g/L或更高。沉淀悬浮区主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成，污泥浓度较低，一般在5-40g/L范围内，在反应器的上部设有气(沼气)、固(污泥)、液(废水)三相分离器，分离器首先使生成的沼气气泡上升过程偏折，穿过水层进入气室，由导管排出。脱气后混合液在沉降区进一步固、液分离，沉降下的污泥返回反应区，使反应区内积累大量的微生物。待处理的废水由底部布水系统进入，澄清后的处理水从沉淀区溢流排除。在UASB反应器中能得到一种具有良好沉降胜能和高比产甲烷活性的颗粒厌氧污泥，因而相对其他的反应器有一定优势：颗粒污泥的相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，省却搅拌和回流污泥设备和能耗;三相分离器的应用省却了辅助脱气装置;颗粒污泥沉降性能良好，避免附设沉淀分离装置和回流污泥设备：反应器内不需投加填料和载体，提高容积利用率。

4.EGSB

20世纪90年代初，荷兰Wageningen农业大学开始了厌氧膨胀颗粒污泥床(简称EGSB)反应器的研究。Lettinga教授等人在利用UASB反应器处理生活污水时，为了增加污水污泥的接触，更有效地利用反应器的容积，改变了UASB反应器的结构设计和操作参数，使反应器中颗粒污泥床在高的液体表面上升流速下充分膨胀，由此产生了早期的EGSB反应器。EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器，区别在于前者具有更高的液体上升流速，使整个颗粒污泥床处于膨胀状态，这种独有的特征使其可以具有较大的高径比。EGSB反应器主要由主体部分、进水分配系统、气液固三相分离器和出水循环等部分组成结构。其中，进水分配系统是将进水均匀分配到整个反应器的底部，产生一个均匀的上升流速：三相分离器是EGSB反应器最关键的构造，能将出水、沼气和污泥三相有效分离，使污泥在反应器内有效持留;出水循环部分是为了提高反应器内的液体表面上升流速，使颗粒污泥与污水充分接触，避免反应器内死角和短流的产生。

　

5.IC

IC内循环厌氧反应器为荷兰帕克公司的专利产品，目前帕克公司在全球有300多台IC反应器得以应用。相对于UASB只在顶部有一级三相分离器，IC内循环反应器具有两级三相分离器。IC反应器实际上由两级UASB构成，底部UASB负荷高，顶部负荷低。因为在一级分离时收集了大量沼气，其对废水的扰动减少，使得在二级三相分离中得到更好的气、水、泥分离效果。二级分离的lC反应器确保了最佳的污泥停留时间，这样对于处理一些化工废水是很有利的，因为这些废水厌氧污泥产量很小。IC反应器具有一个自调节的气提内循环结构，循环废水与原水混合将稀释进水浓度。内循环作用所带来的能量使得泥水在底部混合更加充分，从而污泥活性也得到增加。IC内循环所行成的废水内部稀释可以减少生产所带来的负荷波动。IC反应器的容积负荷(15-30kgCOD/m³)为UASB(7-15kgCOD/m3)的两倍。