厭氧處理原理概述

厭氧處理技術(shù)是有機(jī)廢棄物生物處理方法的一種，近年來在污水處理領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展很快，是消減有機(jī)污染物、降低運(yùn)行成本的有效途徑。

污水中的有機(jī)廢棄物始終是造成環(huán)境污染最重要的污染物，它是使水域變質(zhì)、發(fā)黑發(fā)臭的主要原因。有機(jī)廢棄物在廢水中可以以懸浮物、膠狀物或溶解性有機(jī)物的方式存在，在水污染控制中主要以TS（固體物含量）、化學(xué)需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）作為監(jiān)測目標(biāo)。

一般而言，生物方法是去除廢水中有機(jī)物最經(jīng)濟(jì)有效的方法，特別是對廢水中BOD含量較高的有機(jī)廢水更為適宜。利用微生物生命過程中的代謝活動，將有機(jī)廢棄物分解為簡單無機(jī)物從而去除有機(jī)物污染的過程被稱之為廢水的生物處理。

根據(jù)代謝過程中對氧的需求情況，微生物可以分為好氧微生物、厭氧微生物和介于二者之間的兼性微生物，因此，相應(yīng)的污水處理工藝也可以分為三大類。

好氧生物處理利用好氧微生物的代謝活動來處理廢水，它需要不斷向廢水中補(bǔ)充大量空氣或氧氣，以維持其中好氧微生物所需要的足夠的溶解氧濃度。在好氧條件下，有機(jī)物最終被氧化為水和二氧化碳等，部分有機(jī)物被微生物同化以產(chǎn)生新的微生物細(xì)胞，活性污泥法、生物轉(zhuǎn)盤法和好氧濾器等都屬于好氧處理工藝。

厭氧生物處理則利用厭氧微生物的代謝過程，在無需提供氧氣的情況下把有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無機(jī)物和少量的細(xì)胞物質(zhì)，這些無機(jī)物主要包括大量的生物氣（即沼氣）和水。

沼氣的主要成分是約2/3的甲烷和1/3的二氧化碳，是一種可回收的能源。厭氧廢水處理是一種低成本的廢水處理技術(shù)，它又是把廢水處理和能源回收利用相結(jié)合的一種技術(shù)。包括中國在內(nèi)的大多數(shù)發(fā)展中國家面臨嚴(yán)重的資金不足。這些國家需要既有效、簡單又費(fèi)用低廉的技術(shù)。厭氧技術(shù)因而是特別適合我國國情的一種技術(shù)。

厭氧廢水處理技術(shù)同時可以作為能源生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)體系的一個核心部分，其產(chǎn)物可以被積極利用而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值。例如，處理過的潔凈水能被用于魚塘養(yǎng)魚、灌溉和施肥；產(chǎn)生的沼氣可作為能源；剩余污泥可以作為肥料并用于土壤改良。

2、厭氧處理的優(yōu)點(diǎn)

考慮到我國的國情、環(huán)境污染的現(xiàn)狀，有機(jī)廢棄物的厭氧處理技術(shù)有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)。

1）厭氧廢水處理可作為把環(huán)境保護(hù)、能源回收與生態(tài)良性循環(huán)結(jié)合起來的綜合系統(tǒng)的核心技術(shù)，具有較好的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益；

2）厭氧廢水處理技術(shù)是非常經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，在廢水處理成本上比好氧處理要便宜得多，特別是對中等以上濃度（COD>1500mg/L）的廢水更是如此，尤其適用于高濃度有機(jī)廢棄物的處理。厭氧處理成本的降低主要由于動力的大量節(jié)省，營養(yǎng)物添加費(fèi)用和污泥脫水費(fèi)用的減少。即使不計(jì)沼氣作為能源所帶來的收益，厭氧方法處理費(fèi)用也僅為好氧方法處理費(fèi)用的1/3或更低。如所產(chǎn)生的沼氣加以妥善的利用，則處理費(fèi)用更會大大降低，甚至帶來相當(dāng)可觀的利潤。

3）厭氧處理不但能源需求很少而且能產(chǎn)生大量的能源。

4）厭氧廢水處理設(shè)備負(fù)荷高，占地少。厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷比好氧法要好得多，單位反應(yīng)器容積的有機(jī)物去除量也因此要高得多，特別是新一代的高速厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷率更高，效果更好。因此其反應(yīng)器體積小，占地少。

5）厭氧處理方法產(chǎn)生的剩余污泥比好氧處理方法少得多，且剩余污泥脫水性能好，濃縮時不需要使用脫水劑，因此，厭氧剩余污泥的處理要容易得多。由于厭氧微生物增殖緩慢，因而處理同樣數(shù)量的廢水僅產(chǎn)生相當(dāng)于好氧處理方法的1/10~1/6的剩余污泥。厭氧處理方法所產(chǎn)生的污泥高度無機(jī)化，可用作農(nóng)田肥料或作為新運(yùn)行的厭氧處理裝臵的菌種出售。

6）厭氧處理方法對營養(yǎng)物的需求量小。一般認(rèn)為，若以可以生物降解的COD（COD BD）為計(jì)算依據(jù)，好氧處理方法中氮和磷的需求量比例為COD BD：N：P=100：5：1。而厭氧處理方法為COD BD：N：P=（350~500）：5：1。有機(jī)廢棄物中一般含已有一定量的氮和磷及多種微量元素，因此，厭氧處理方法可以不添加或少添加營養(yǎng)鹽。

7）厭氧處理方法可以處理很高濃度的有機(jī)廢水。當(dāng)有機(jī)廢棄物濃度很高時，并不需要添加大量的稀釋水。

8）厭氧處理方法的菌種（例如厭氧顆粒污泥）可以在中止供給廢水與營養(yǎng)物情況下保留其生物活性與良好的沉淀性能至少一年以上。它的這一生物特性為其間斷的或季節(jié)性的運(yùn)行提供了有利條件，厭氧污泥因此可以作為新建厭氧處理裝臵的種泥出售。

9）厭氧處理系統(tǒng)規(guī)模靈活，可大可小，設(shè)備簡單，易于制作， 無特別昂貴的設(shè)備。

目前正在運(yùn)行的單座厭氧處理裝臵的規(guī)模從幾十立方米到幾萬立方米不等。 

3、各類厭氧反應(yīng)器性能概述

1）完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）

傳統(tǒng)的完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）是借助消化池內(nèi)厭氧活性污泥來凈化有機(jī)污染物。有機(jī)污染物進(jìn)入池內(nèi)，經(jīng)過攪拌與池內(nèi)原有的厭氧活性污泥充分接觸后，通過厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解，使廢水中的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為沼氣。完全混合厭氧反應(yīng)器（CSTR）池體體積較大，負(fù)荷較低，其污泥停留時間等于水力停留時間，因此不能在反應(yīng)器內(nèi)積累起足夠濃度的污泥，一般僅用于城市污水廠的剩余好氧污泥以及糞便的厭氧消化處理。

2）厭氧接觸反應(yīng)器

厭氧接觸工藝的反應(yīng)器是完全混合式的，是在連續(xù)攪拌完全混合式厭氧消化反應(yīng)器（CSTR）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)的一種較高效率的厭氧反應(yīng)器。反應(yīng)器排出的混合液首先在沉淀池中進(jìn)行固液分離，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厭氧消化池內(nèi)。這樣的工藝既保證污泥不會流失，又可提高厭氧消化池內(nèi)的污泥濃度，從而提高了反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷率和處理效率，與普通厭氧消化池相比，可大大縮短水力停留時間。目前，全混合式的厭氧接觸反應(yīng)器已被用于廢水中SS濃度較高的好氧污泥處理、酒精廢醪處理。

3）厭氧濾器（AF）

厭氧濾器是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應(yīng)器，厭氧菌在填充材料上附著生長，形成生物膜。生物膜與填充材料一起形成固定的濾床。厭氧濾床可分為上流式厭氧濾床和下流式厭氧濾床二種。污水在流動過程中生長并保持與充滿厭氧細(xì)菌的填料接觸，因?yàn)榧?xì)菌生長在填料上將不隨出水流失，在短的水力停留時間下可取得較長的污泥泥齡。厭氧濾器的缺點(diǎn)是填料載體價(jià)格較貴，反應(yīng)器建造費(fèi)用較高，此外，當(dāng)污水中SS含量較高時，容易發(fā)生短路和堵塞。

4）厭氧流化床反應(yīng)器

厭氧流化床反應(yīng)器采用微粒狀填料作為微生物固定化材料，厭氧微生物附著在這些微粒上形成生物膜。由于這些微粒粒徑較小，反應(yīng)器內(nèi)采用一定范圍的上流速度，因此在反應(yīng)器內(nèi)這些微粒形成流態(tài)化。厭氧流化床反應(yīng)器由于使用了較小的顆粒，由于形成比表面積很大的生物膜，流態(tài)化又充分改善了有機(jī)物向生物膜傳遞的傳質(zhì)速率，同時它克服了厭氧濾器中可能出現(xiàn)的短路和堵塞。

在這一工藝中，流態(tài)化的形成前提條件，較輕的顆?；蛐鯛畹奈勰鄬姆磻?yīng)器中連續(xù)沖出，流態(tài)化的真正形成必須依賴于所形成的生物膜在厚度、密度、強(qiáng)度等方面相對均勻或形成的顆粒均勻。但實(shí)際上，生物膜的形成與剝落難于控制，真正的流化床形態(tài)很難實(shí)現(xiàn)，致使工藝控制困難，投資和運(yùn)行成本較高。

5）上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）

待處理的廢水被引入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器的底部，向上流過由絮狀或 顆粒狀厭氧污泥的污泥床。隨著污水與污泥相接觸而發(fā)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生沼氣引起污泥床的擾動。在污泥床產(chǎn)生的沼氣有一部分附著在污泥顆粒上，自由氣泡和附著在污泥顆粒上的氣泡上升至反應(yīng)器的上部。污泥顆粒上升撞擊到三相分離器擋板的下部，這引起附著的氣泡釋放；脫氣的污泥顆粒沉淀回到污泥層的表面。自由狀態(tài)下的沼氣和由污泥顆粒釋放的氣體被收集在三相分離器錐頂部的集氣室內(nèi)。液體中包含一些剩余的固體物和生物顆粒進(jìn)入到三相分離器的沉淀區(qū)內(nèi)，剩余固體物和生物顆粒從液體中分離并通過三相分離器的錐板間隙回到污泥層。UASB反應(yīng)器的特點(diǎn)在于可維持較高的污泥濃度，很長的污泥泥齡（30天以上），較高的進(jìn)水容積負(fù)荷率，從而大大提高了厭氧反應(yīng)器單位體積的處理能力。但是對于SS含量很高的污水，由于三相分離器泥氣水分離能力的限制，不可避免地造成出水中含泥量很高，整個系統(tǒng)的投資費(fèi)用也較大。

6）膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器（EGSB）

EGSB是在UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)相似，所不同的是在EGSB反應(yīng)器中采用相當(dāng)高的上流速度，因此，在EGSB反應(yīng)器中顆粒污泥處于完全或部分“膨脹化”的狀態(tài)，即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的增加而擴(kuò)大。為了提高上升速度，EGSB反應(yīng)器采用較大的高度與直徑比和很大的回流比。在高速上升速度和產(chǎn)氣的攪拌作用下，廢水與顆粒污泥間的接觸更充分，因此可允許廢水在反應(yīng)器中有很短的水力停留時間，從而EGSB可以高速地處理濃度較低的有機(jī)廢水。