高浓度有机废水厌氧处理技术的发展与应用

       随着社会的快速发展，生活水平的不断提高，我们所面临的环境污染问题也日益严重。目前，对于高浓度有机废水的处理，主要是采用厌氧处理法，厌氧处理技术主要是利用反应器内部的厌氧菌经过水解、产酸和产甲烷等阶段讲解废水中的有机污染物，其处理成本低、耗能低、可回收利用沼气资源、负荷高、产泥少等因素而收到广泛的应用。

一、第一代厌氧处理技术

1860年，成功采用厌氧方法处理经沉淀的固体物质。

1895年，世界上第一个厌氧化粪池成功地处理生活污水设计成功。

至20世纪50年代，随着对好氧活性污泥法经验的积累，人们开始认识到延长污泥停留时间和减小反应器体积的重要性。

50年代中期开发了厌氧接触反应器，在连续搅拌反应器的基础上沉淀池中增设了污泥回流装置，增大了反应器中污泥的浓度，这是厌氧处理技术的一个重要发展。

二、第二代厌氧处理技术

      第二代厌氧处理技术可以把SRT与HRT相分离，使HRT从过去的几天或几十天缩短到几天或几个小时。

     60年代末发明了厌氧滤器（AF），AF是一种内部填充有微生物载体的厌氧生物反应器，该工艺的开发使得厌氧反应器的容积负荷从4~5kgCOD/(m3?d)提高至10~15kgCOD/（m3?d）。

      70年代开发了升流式厌氧污泥床（UASB），在池子的上部设置了气、液、固三相分离器，其结构简单、处理效能很高。UASB反应器一出现很快便获得广泛的关注和认可，并在世界范围内得到广泛的应用。

三、第三代厌氧处理技术

      随着UASB的广泛应用，出现了污泥流失、占地面积大、难实现均匀布水等问题，为解决这一问题，20世纪90年代初在国际上出现了第三代厌氧处理工艺，包括厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器、厌氧循环反应器（IC）、升流式厌氧污泥床过滤器（UBF）和厌氧折流板反应器（ABR）。第三代反应器的共同特点有：

1） 占地面积小动力消耗小；

2） 生物量高；

3） 能承受更高的水力负荷并具有较高的有机污染物净化效能；

4） 在低温条件下能有效处理低浓度有机废水。

四、厌氧处理工艺应用现状

1、升流式厌氧污泥床(UASB)

      UASB反应器中的厌氧反应过程与其他厌氧生物处理工艺一样，包括水解，酸化，产乙酸和产甲烷等。反应器主体分为上下两个区域，即反应区和气、液、固三相分离区，在下部的反应区内是沉淀性能良好的厌氧污泥床；高浓度有机废水通过布水系统进入反应器底部，向上流过厌氧污泥床，与厌氧污泥充分接触反应，有机物被转化为水、甲烷和二氧化碳，气、液、固由顶部三相分离器分离。出水COD的去除率可达到80%以上，容积负荷5~10kgCOD/（m3·d），出水二次处理后达标排放，分离后的沼气可作为能源利用。

UASB反应器构造原理图

主要优点是：

1） UASB内污泥浓度高，平均污泥浓度为20~40g VSS/I；

2） 有机负荷高，水力停留时间长；

3） 无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥床也有一定程度的搅动；

4） 污泥床不填载体，节省造价及避免因填料发生堵塞问题。

主要缺点是：

1） 进水中悬浮物需要适当控制，不宜过高，一般控制在100mg/L以下；

2） 污泥床内有短流现象，影响处理能力；

3） 对水质和负荷突然变化较敏感，耐冲击力稍差。

2、完全混合式厌氧反应器(CSTR) 

      完全混合式厌氧反应器(CSTR)是一种连续搅拌槽反应器是指带有搅拌桨的槽式反应器。搅拌的目的在于使物料体系达到均匀状态，有利于反应的均匀和传热。反应过程包括体系中物料的屋里和化学的变化，表征其体系特征的参数包括温度、压力、液位及体系组分等。

       完全混合式厌氧反应是在一个密闭罐体内完成料液的发酵、沼气产生的过程。消化器内安装有搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态。投料方式采用恒温连续投料或半连续投料运行。新进入的原料由于搅拌作用很快与反应器内的全部发酵液菌种混合，使发酵底物浓度适中保持相对较低状态。

CSTR反应器构造原理图

主要优点是：

1） 可处理高悬浮固体含量的原料；

2） 消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了物料和微生物接触的机会；

3） 利用产生沼气发电余热对反应器外部的保温加热系统进行保温，大大提高了产气率和投资利用率，同时使得反应器一年四季均可正常工作。

4） 占地少、成本低，是目前世界上较先进的厌氧反应器之一。

3、IC厌氧反应器

      IC厌氧工艺通过采用内循环技术大大提高了COD容积负荷，实现了泥水之间的良好接触。由于采用了高COD负荷，所以沼气产量高，价值内循环液的作用，使污泥处于膨胀流化状态，强化了传质效果，达到了泥水充分接触的目的。

      IC反应器运行温度的设计完全和UASB一样，在调试运行上和UASB区别不大，只是在刚进水调试时尽可能采用水力负荷高些，然后逐步交互提升水力、有机负荷，尽可能在负荷提升过程中保证第一反应室上升流速大于10m/h，但最大水力负荷最好控制在20m/h一下，这样既保证第一反应室污泥床的传质效果，也避免污泥流失。冬季进水管道及反应器最好进行保温，因为厌氧菌对温度波动较敏感，对负荷波动适应要相对好很多。

IC反应器构造原理图

        IC反应器具有有机负荷高、抗冲击负荷能力强，运行稳定性好、基建投资省，占地面积小、节能等优点，被称为第三代厌氧生化反应器的代表工艺之一。

4、厌氧折流板反应器(ABR)

      厌氧折流板反应器（ABR）是一种新型高效节能的厌氧处理生物反应器，将产酸相与产甲烷相分离开来，在单一反应器内实现多段分相的思想。

      ABR反应器中使用一系列垂直安装的折流使被处理的废水在反应器内沿折流板做上下流动，借助于处理过程中反应器内产生的沼气，反应器内的微生物固体在折流板所形成的各个格室内做上下膨胀和沉淀运动，而整个反应器内的水流则以比较慢的速度做水平流动。由于污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流径的总长度增加，再加之折流板的阻挡及污泥的沉降作用，生物固体被有效地截留在反应器内。

ABR反应器构造原理图

        ABR反应器的有点在于结构简单、无运动部件、无需机械混合装置、造价低、容积利用率高、不易阻塞、污泥床膨胀程度较低而可降低反应器的总高度、投资成本和运转费用低；对生物体的沉降性能无特殊要求、污泥产率低、剩余污泥量少；水力停留时间短、可以简写的方式运行、耐水力和有机冲击负荷能力强。

结语：

       随着厌氧处理技术的不断提高，人们逐渐认识到厌氧处理技术在污水处理领域的重要地位。但由于高浓度有机废水污染物的种类和污水的数量不断增加，采用单一的污水处理技术势必存在一定的局限性。新型反应器的研制及其组合工艺的应用，将在废水处理领域发挥日益重要的作用。