廢水厭氧生物處理是環(huán)境工程與能源工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，是有機(jī)廢水強(qiáng)有力的處理方法之一，過(guò)去，它多用于城市污水廠的污泥、有機(jī)廢料及其部分高濃度有機(jī)廢水的處理，在建筑物形式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留時(shí)間長(zhǎng)、有機(jī)負(fù)荷低等缺點(diǎn)，較長(zhǎng)時(shí)間限制了它在廢水處理中的應(yīng)用，20世紀(jì)70年代以來(lái)，世界能源短缺日益突出，能生產(chǎn)能源的廢水厭氧技術(shù)受到重視，研究與實(shí)踐不斷深入，開(kāi)發(fā)了各種新型工藝與設(shè)備，大幅度地提高了厭氧反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的持有量，使處理時(shí)間大大縮短，效率提高。

厭氧生化法的基本介紹

廢水厭氧生物處理是環(huán)境工程與能源工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，是有機(jī)廢水強(qiáng)有力的處理方法之一。厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優(yōu)缺點(diǎn)：

七個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

● 應(yīng)用范圍廣

● 能耗低

● 負(fù)荷高

● 剩余污泥量少

● 氮、磷營(yíng)養(yǎng)需要量較少

● 厭氧處理過(guò)程有一定殺菌作用，可以殺死廢水與污水中的寄生蟲(chóng)、病毒等

● 厭氧活性污泥可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)。

三個(gè)方面的缺點(diǎn)：

● 厭氧微生物增殖緩慢，因而厭氧設(shè)備啟動(dòng)和處理時(shí)間比好氧設(shè)備大

● 出水往往需要進(jìn)一步處理，故一般在厭氧處理后串聯(lián)好氧處理

● 厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜

厭氧生化法的應(yīng)用范圍

●有機(jī)污泥處理

●高濃度有機(jī)廢水

●中、低濃度有機(jī)廢水

●城市廢水處理

厭氧生化法的基本原理

基本定義：廢水厭氧生物處理是指在無(wú)分子氧條件下通過(guò)厭氧生物（包括兼氧生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程，稱為厭氧消化。

污水厭氧生物處理是在無(wú)氧的條件下利用厭氧微生物的降解作用使污水中有機(jī)物質(zhì)達(dá)到凈化的處理方法。在無(wú)氧的條件下，污水中的厭氧細(xì)菌把碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物分解生成有機(jī)酸，然后在甲烷菌的作用下，進(jìn)一步發(fā)酵形成甲烷、二氧化碳和氫等，從而使污水得到凈化。是生活污水污泥、高濃度有機(jī)物工業(yè)廢水和糞便等良好的處理方法之一。

厭氧消化處理分為三個(gè)階段：

第一階段：水解酸化階段

第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段

第三階段：產(chǎn)甲烷階段 

厭氧器工作原理

概述

厭氧器實(shí)際是將厭氧生物濾池AF與升流式厭氧污泥反應(yīng)器UASB組合在一起，因此又稱為UBF反應(yīng)器。厭氧復(fù)合床反應(yīng)器下部為污泥懸浮層，而上部則裝有填料?？梢钥醋鍪菍⑸魇絽捬跎餅V池的填料層厚度適當(dāng)減小，在池底布水系統(tǒng)與填料層之間留出一定的空間，以便懸浮狀態(tài)的顆粒污泥能在其中生長(zhǎng)積累，因此又構(gòu)成一個(gè)UASB處理工藝。當(dāng)污水依此通過(guò)懸浮污泥層及填料層，有機(jī)物將與污泥層顆粒污泥及填料生物膜上的微生物接觸并被分解掉。

工作原理

經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)pH和溫度的廢水首先進(jìn)入反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與來(lái)自外循環(huán)回流的泥水混合液充分混合后進(jìn)入顆粒污泥膨脹床區(qū)進(jìn)行COD生化降解，此處的COD容積負(fù)荷很高，大部分進(jìn)水COD在此處被降解，產(chǎn)生大量沼氣。由于沼氣氣泡形成過(guò)程中對(duì)液體做的膨脹功產(chǎn)生了氣提的作用，使得沼氣、污泥和水的混合物上升，經(jīng)過(guò)填料區(qū)的降解后，混合液至反應(yīng)器頂部的三相分離器，沼氣在該處與泥水分離后并被導(dǎo)出處理系統(tǒng)。泥水混合物則沿?fù)跄喟逑陆抵练磻?yīng)器底部的混合區(qū)，并于進(jìn)水充分混合后再次進(jìn)入污泥膨脹床區(qū)，形成所謂內(nèi)循環(huán)。根據(jù)不同的進(jìn)水COD負(fù)荷和反應(yīng)器的不同構(gòu)造，外循環(huán)回流量可達(dá)進(jìn)水流量的0.5-10倍。經(jīng)膨脹床處理后的廢水除一部分參與循環(huán)外，其余污水繼續(xù)上升，污水進(jìn)入填料區(qū)進(jìn)行剩余COD降解與產(chǎn)沼氣過(guò)程，提高和保證了出水水質(zhì)。由于大部分COD已經(jīng)被降解，所以填料區(qū)的COD負(fù)荷較低，產(chǎn)氣量也較小。該處產(chǎn)生的沼氣也是由三相分離器收集，通過(guò)集氣管導(dǎo)出處理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)填料區(qū)處理后的廢水經(jīng)三相分離器作用后，上清液經(jīng)出水區(qū)排走，顆粒污泥則返回污泥床。

厭氧器部件組成及特點(diǎn)

UBF的組成：厭氧器器器體為玻璃鋼整體纏繞的圓筒型器體，無(wú)分段連接法蘭。具體結(jié)構(gòu)由器體、布水系統(tǒng)、污泥床、生物載體區(qū)、三相分離器、浮渣速排裝置和回流系統(tǒng)等組成。

UBF反應(yīng)器特點(diǎn)可歸納為：

(1) UBF反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊， 集厭氧生物濾池（AF）與升流式厭氧污泥反應(yīng)器（UASB），和沉淀于一體。

(2) UBF反應(yīng)器的最大特點(diǎn)是能在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥，使反應(yīng)器內(nèi)平均污泥濃度達(dá)到30～40g/L,底部污泥濃度可高達(dá)60～80g/L。

(3) UBF反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷，一般為10～20kgCODCr/(m3·d)，最高可達(dá)30kgCODcr/(m3·d)。而且水力停留時(shí)間短，通常采用中溫厭氧消化，有時(shí)可以在常溫下運(yùn)行。

(4)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，在沉淀區(qū)分離的污泥能自動(dòng)回流到反應(yīng)區(qū)，而切還增加了回流裝置。并利用自身產(chǎn)生的沼氣和進(jìn)水水流來(lái)實(shí)現(xiàn)攪拌混合，也不需要混合攪拌設(shè)備。因此，簡(jiǎn)化了工藝環(huán)節(jié)和減少了系統(tǒng)工藝設(shè)備，維護(hù)運(yùn)行較簡(jiǎn)單。

(5) UBF反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有生物載體區(qū)，是一種懸浮生長(zhǎng)型和附著生長(zhǎng)的厭氧消化方法，厭氧復(fù)合床反應(yīng)器（UBF）與厭氧生物濾池相比，減少了填料層的高度，也就減少了濾池被堵塞的可能性；與UASB法相比，填料層既是厭氧微生物的載體，又可截留水流中的懸浮厭氧活性污泥碎片，從而能使厭氧反應(yīng)器保持較高的微生物量，并使出水水質(zhì)得到保證。

厭氧復(fù)合床反應(yīng)器綜合了厭氧生物濾池與升流式厭氧污泥反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的缺點(diǎn)，不但增加了生物量，而且提高了反應(yīng)區(qū)的容積利用率，反應(yīng)器的總高度可大于10m，從而減少了占地面積，處理能力也有較大提高。

反應(yīng)器采用玻璃鋼材質(zhì)，一次整體纏繞工藝成型，制作方便、強(qiáng)度高、占地面積小、處理效率高、效果好、耐腐蝕、抗老化、使用壽命長(zhǎng)。

反應(yīng)器可配備在線分析儀、PH控制計(jì)、差壓變送器、壓力傳感器、流量傳感器、電導(dǎo)率儀、液位控制計(jì)、電磁閥、變頻器及控制柜等組成的控制系統(tǒng)，以上控制情況均以數(shù)字形式顯示在顯示器界面上，使管理人員一目了然，并有故障報(bào)警，便于管理與維護(hù)。 [2] 

厭氧器的運(yùn)行管理

1．厭氧生物處理設(shè)施運(yùn)行管理應(yīng)該注意的問(wèn)題

(1) 當(dāng)被處理污水濃度較高（CODCr值大于5000mg/L）時(shí)，必須采取回流的運(yùn)行方式，回流比根據(jù)具體情況確定，有效的回流，不僅可以降低進(jìn)水濃度，還可以增大進(jìn)水量，保證處理設(shè)施內(nèi)的水流分布均勻，避免出現(xiàn)短流現(xiàn)象。回流還可以防止進(jìn)水濃度和厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH值的劇烈波動(dòng)，使厭氧反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，也就是說(shuō)可以減少厭氧反應(yīng)對(duì)堿度的需求量，降低運(yùn)行費(fèi)用。厭氧反應(yīng)是產(chǎn)能過(guò)程，出水溫度高于進(jìn)水．因此冬季氣溫低時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)的溫度恒定，盡可能使厭氧微生在其最適宜溫度下活動(dòng)。

(2)一般的工業(yè)廢水溫度難以達(dá)到35℃，需要加熱（尤其在冬季）。因此，為節(jié)約加溫所需能量，一方面要注意保溫（包括采取加大回流量等措施），盡可能防止反應(yīng)器熱量散失，另一方而要充分發(fā)揮反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較大的特點(diǎn)，盡可能提高反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，減弱溫度對(duì)厭氧反應(yīng)的影響。

(3)沼氣要及時(shí)有效地排出。厭氧消化過(guò)程必定伴隨著沼氣的產(chǎn)生，沼氣對(duì)污泥可以起到攪拌和作用，促進(jìn)污水與污泥的混合接觸，這是其有利的一面。同時(shí)，沼氣的存在也會(huì)起到類似浮渣的作用，沼氣向上溢出時(shí)將部分污泥帶到液面，導(dǎo)致浮渣的產(chǎn)生和出水中懸浮物含量增加及水質(zhì)變差。因此，要設(shè)置氣體擋板和集氣罩，將沼氣從厭氧消化裝置內(nèi)引出，在出水堰附近留有足夠的沉淀區(qū)，以保證出水水質(zhì)。

(4)污泥負(fù)荷要適當(dāng)。為保持厭氧消化過(guò)程三個(gè)階段的平衡，使揮發(fā)性脂肪酸等中間產(chǎn)物的生成與消耗平衡，防止酸積累導(dǎo)致pH值下降，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷不宜過(guò)高，一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS·d)。可以通過(guò)提高反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，在保持相對(duì)較低的污泥負(fù)荷條件下，獲得較高的容積負(fù)荷。一般來(lái)說(shuō)，厭氧消化裝置的容積負(fù)荷都在5kg CODcr/(m3·d)以上，甚至高達(dá)50kg CODcr/( m3·d)。

(5)當(dāng)被處理污水懸浮物濃度較大（一般指1000mg/L以上）時(shí)，就應(yīng)當(dāng)對(duì)污水進(jìn)行沉淀、過(guò)濾、或浮選等適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以降低進(jìn)水的懸浮物含量，防止填料層堵塞。一般AF的進(jìn)水懸浮物不超過(guò)200mg/L，但如果懸浮物可以生物降解而且均勻分散在污水中，則懸浮物對(duì)AF幾乎不產(chǎn)生不利影響。

(6)要充分創(chuàng)造厭氧環(huán)境。無(wú)氧是厭氧微生物正常活動(dòng)的前提，甲烷菌則必須在絕對(duì)的厭氧環(huán)境下才能高效率發(fā)揮作用。在污水提升進(jìn)入?yún)捬跸b置、出水回流等環(huán)節(jié)都要盡可能避免與空氣的接觸，盡可能減少與空氣接觸的機(jī)會(huì)。如水流過(guò)程中盡量不要出現(xiàn)跌水、攪動(dòng)等現(xiàn)象，調(diào)節(jié)池、回流池等要加蓋封閉，污水提升不要使用氣提泵。厭氧反應(yīng)構(gòu)筑物最好經(jīng)過(guò)氣密試驗(yàn)，確保嚴(yán)密無(wú)滲漏。

2．厭氧生物反應(yīng)器的控制指標(biāo)

(1)氧化還原電位：利用測(cè)定氧化還原電位的方法判定厭氧反應(yīng)器內(nèi)的多個(gè)氧化還原組分系統(tǒng)是否平衡狀態(tài)，雖然這種方法可靠性較差，但由于氧化還原電位測(cè)定簡(jiǎn)單，和其他監(jiān)測(cè)指標(biāo)結(jié)合起來(lái)應(yīng)用，有一定的指導(dǎo)意義。

(2)丙酸鹽和乙酸鹽濃度比：如果厭氧反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷超過(guò)正常范圍，在其他運(yùn)行參數(shù)發(fā)生變化之前，丙酸鹽和乙酸鹽濃度之比會(huì)立即升高。因此可以將丙酸鹽和乙酸鹽濃度之比作為厭氧反應(yīng)器超負(fù)荷引起運(yùn)行異常的靈敏而可靠的警示指標(biāo)。

(3)揮發(fā)性酸VFA：揮發(fā)性酸的異常升高是厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)甲烷菌代謝受到抑制的最有效指標(biāo)。

(4)苯乙酸：苯乙酸是降解芳香組氨基酸和木質(zhì)素等大分子有機(jī)物產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，當(dāng)處理含有這類污染物的污水時(shí)，厭氧處理出水中苯乙酸含量是比揮發(fā)性酸更為敏感的反映厭氧反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)。

(5)甲硫醇：甲硫醇?xì)馕丢?dú)特，即使含最很低，人們也能憑嗅覺(jué)感覺(jué)出來(lái)。甲硫醇含量突然增加（氣味突然出現(xiàn)或加大）往往表明進(jìn)水中氯代烴類有毒物質(zhì)含量突然增加。

(6)一氧化碳CO:：CO的產(chǎn)生與甲烷的產(chǎn)生密切相關(guān)，CO難溶于水，可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。氣相中CO的含量和液相中乙酸鹽的濃度有良好的相關(guān)性，CO的含量變化與重金屬和由有機(jī)毒性所引起的抑制作用也有關(guān)系。

3．厭氧生物反應(yīng)器維持高效率的基本條件

(1)適宜的pH值：為使厭氧順利進(jìn)行，反應(yīng)器中的pH值必須在6.5～8.2之間。

(2)充足的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)：反應(yīng)器內(nèi)氮的濃度必須在40～70mg/L范圍內(nèi)才能滿足需要，而磷和硫化物維持較低的濃度即可滿足需要。甲烷菌對(duì)硫化物和磷有專性需要，必須在反應(yīng)器內(nèi)保證其含量，有時(shí)需要向進(jìn)水中投加磷肥和硫酸鹽。

(3)必要的微量專性營(yíng)養(yǎng)元素：對(duì)甲烷菌有激活作用的專性營(yíng)養(yǎng)元素有鐵、鈷、鎳、鋅、錳、鉬、銅甚至硒、硼等很多種，缺少其中一種就可能嚴(yán)重影響整個(gè)生物處理過(guò)程。

(4)合適的溫度：厭氧反應(yīng)一般在30～37℃的中溫條件下運(yùn)行。

(5)對(duì)毒性適應(yīng)能力：必須完成厭氧微生物對(duì)有毒物質(zhì)適應(yīng)性的馴化。

(6)充足的代謝時(shí)間：要同時(shí)保證厭氧生物處理的水力停留時(shí)間HRT和固體停留時(shí)間SRT。

(7)適量的碳源：來(lái)自進(jìn)水中的有機(jī)物要滿足異養(yǎng)型甲烷菌用于生物合成所需要的碳源，同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的溶解性C02要滿足自養(yǎng)型甲烷菌所需要的碳源。

(8)污染物向微生物的傳質(zhì)良好：厭氧生物反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥在流化狀態(tài)下傳質(zhì)能力較好，但生物量過(guò)多積累或使用厭氧生物膜法時(shí)生物膜過(guò)厚都可能產(chǎn)生傳質(zhì)問(wèn)題，要定期排出剩余生物污泥或提高回流比減少部分傳質(zhì)阻力。