1.厭氧處理原理概述
厭氧處理技術(shù)是有機廢棄物生物處理方法的一種，近年來(lái)在污水處理領(lǐng)域內發(fā)展很快，是消減有機污染物、降低運行成本的有效途徑。
污水中的有機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。有機廢棄物在廢水中可以以懸浮物、膠狀物或溶解性有機物的方式存在，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）作為監測目標。
一般而言，生物方法是去除廢水中有機物最經(jīng)濟有效的方法，特別是對廢水中BOD 含量較高的有機廢水更為適宜。利用微生物生命過(guò)程中的代謝活動(dòng)，將有機廢棄物分解為簡(jiǎn)單無(wú)機物從而去除有機物污染的過(guò)程被稱(chēng)之為廢水的生物處理。
根據代謝過(guò)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，相應的污水處理工藝也可以分為三大類(lèi)。
好氧生物處理利用好氧微生物的代謝活動(dòng)來(lái)處理廢水，它需要不斷向廢水中補充大量空氣或氧氣，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，有機物最終被氧化為水和二氧化碳等，部分有機物被微生物同化以產(chǎn)生新的微生物細胞，活性污泥法、生物轉盤(pán)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(guò)程，在無(wú)需提供氧氣的情況下把有機物轉化為無(wú)機物和少量的細胞物質(zhì)，這些無(wú)機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合的一種技術(shù)。包括中國在內的大多數發(fā)展中國家面臨嚴重的資金不足。這些國家需要既有效、簡(jiǎn)單又費用低廉的技術(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(shí)可以作為能源生產(chǎn)和環(huán)境保護體系的一個(gè)核心部分，其產(chǎn)物可以被積極利用而產(chǎn)生經(jīng)濟價(jià)值。例如，處理過(guò)的潔凈水能被用于魚(yú)塘養魚(yú)、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)境污染的現狀，有機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、能源回收與生態(tài)良性循環(huán)結合起來(lái)的綜合系統的核心技術(shù)，具有較好的環(huán)境與經(jīng)濟效益；
（2）厭氧廢水處理技術(shù)是非常經(jīng)濟的技術(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廢棄物的處理。厭氧處理成本的降低主要由于動(dòng)力的大量節省，營(yíng)養物添加費用和污泥脫水費用的減少。即使不計沼氣作為能源所帶來(lái)的收益，厭氧方法處理費用也僅為好氧方法處理費用的1/3 或更低。如所產(chǎn)生的沼氣加以妥善的利用，則處理費用更會(huì )大大降低，甚至帶來(lái)相當可觀(guān)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）厭氧廢水處理設備負荷高，占地少。厭氧反應器容積負荷比好氧法要好得多，單位反應器容積的有機物去除量也因此要高得多，特別是新一代的高速厭氧反應器容積負荷率更高，效果更好。因此其反應器體積小，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(shí)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，因而處理同樣數量的廢水僅產(chǎn)生相當于好氧處理方法的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(wú)機化，可用作農田肥料或作為新運行的厭氧處理裝臵的菌種出售。
（6）厭氧處理方法對營(yíng)養物的需求量小。一般認為，若以可以生物降解的 COD（COD BD ）為計算依據，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(yíng)養鹽。
（7）厭氧處理方法可以處理很高濃度的有機廢水。當有機廢棄物濃度很高時(shí)，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(yíng)養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性的運
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）厭氧處理系統規模靈活，可大可小，設備簡(jiǎn)單，易于制作， 無(wú)特別昂貴的設備。
目前正在運行的單座厭氧處理裝臵的規模從幾十立方米到幾萬(wàn)立方米不等。
3.各類(lèi)厭氧反應器性能概述
（1）完全混合厭氧反應器（CSTR） 傳統的完全混合厭氧反應器（CSTR）是借助消化池內厭氧活性污泥來(lái)凈化有機污染物。有機污染物進(jìn)入池內，經(jīng)過(guò)攪拌與池內原有的厭氧活性污泥充分接觸后，通過(guò)厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解，使廢水中的有機污染物轉化為沼氣。完全混合厭氧反應器（CSTR）池體體積較大，負荷較低，其污泥停留時(shí)間等于水力停留時(shí)間，因此不能在反應器內積累起足夠濃度的污泥，一般僅用于城市污水廠(chǎng)的剩余好氧污泥以及糞便的厭氧消化處理。
（2）厭氧接觸反應器 厭氧接觸工藝的反應器是完全混合式的，是在連續攪拌完全混合式厭氧消化反應器（CSTR）的基礎上進(jìn)行了改進(jìn)的一種較高效率的厭氧反應器。反應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。這樣的工藝既保證污泥不會(huì )流失，又可提高厭氧消化池內的污泥濃度，從而提高了反應器的有機負荷率和處理效率，與普通厭氧消化池相比，可大大縮短水力停留時(shí)間。目前，全混合式的厭氧接觸反應器已被用于廢水中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 器，厭氧菌在填充材料上附著(zhù)生長(cháng)，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(dòng)過(guò)程中生長(cháng)并保持與充滿(mǎn)厭氧細菌的填料接觸，因為細菌生長(cháng)在填料上將不隨出水流失，在短的水力停留時(shí)間下可取得較長(cháng)的污泥泥齡。厭氧濾器的缺點(diǎn)是填料載體價(jià)格較貴，反應器建造費用較高，此外，當污水中SS 含量較高時(shí)，容易發(fā)生短路和堵塞。
（4）厭氧流化床反應器 厭氧流化床反應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(zhù)在這些微粒上形成生物膜。由于這些微粒粒徑較小，反應器內采用一定范圍的上流速度，因此在反應器內這些微粒形成流態(tài)化。厭氧流化床反應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物向生物膜傳遞的傳質(zhì)速率，同時(shí)它克服了厭氧濾器中可能出現的短路和堵塞。
在這一工藝中，流態(tài)化的形成前提條件，較輕的顆粒或絮狀的污泥將會(huì )從反應器中連續沖出，流態(tài)化的真正形成必須依賴(lài)于所形成的生物膜在厚度、密度、強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，致使工藝控制困難，投資和運行成本較高。
（5）上流式厭氧污泥床反應器（UASB） 待處理的廢水被引入 UASB 反應器的底部，向上流過(guò)由絮狀或 顆粒狀厭氧污泥的污泥床。隨著(zhù)污水與污泥相接觸而發(fā)生厭氧反應，產(chǎn)生沼氣引起污泥床的擾動(dòng)。在污泥床產(chǎn)生的沼氣有一部分附著(zhù)在污泥顆粒上，自由氣泡和附著(zhù)在污泥顆粒上的氣泡上升至反應器的上部。污泥顆粒上升撞擊到三相分離器擋板的下部，這引起附著(zhù)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。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內，剩余固體物和生物顆粒從液體中分離并通過(guò)三相分離器的錐板間隙回到污泥層。UASB 反應器的特點(diǎn)在于可維持較高的污泥濃度，很長(cháng)的污泥泥齡（30 天以上），較高的進(jìn)水容積負荷率，從而大大提高了厭氧反應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(gè)系統的投資費用也較大。
（6）膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB） EGSB 是在UASB 反應器的結構相似，所不同的是在EGSB 反應器中采用相當高的上流速度，因此，在EGSB 反應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大。為了提高上升速度，EGSB 反應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器中有很短的水力停留時(shí)間，從而EGSB 可以高速地處理濃度較低的有機廢水。
4.幾種典型的厭氧反應器適用性能比較
①完全混合厭氧反應器（CSTR）：
優(yōu)點(diǎn)：投資小、運行管理簡(jiǎn)單 容積負荷率低，效率較低，出水水質(zhì)較差 適用于SS 含量很高的污泥處理 厭氧接觸反應器。投資較省、運行管理簡(jiǎn)單，容積負荷率較高，耐沖擊負荷能力強。
缺點(diǎn)：停留時(shí)間相對較長(cháng)，出水水質(zhì)相對較差。
適用范圍：適用于高濃度、高懸浮物的有機廢水。
②厭氧濾器（AF） ：
優(yōu)點(diǎn)：處理效率高，耐負荷能力強，出水水質(zhì)相對較好
缺點(diǎn)：投資較大，反應器容易短路和堵塞，適用于SS 含量較低的有機廢水 厭氧流化床反應器 處理效率高，不易短路和堵塞 實(shí)現真正的流態(tài)化污泥床難度較大，運行管理要求較高
適用范圍：適用于處理特種工業(yè)廢水
③上流式厭氧污泥床反應器（UASB）：
優(yōu)點(diǎn)：處理效率高，耐負荷能力強，出水水質(zhì)相對較好
缺點(diǎn)：投資相對較大，對廢水SS 含量要求嚴格
適用范圍：適用于SS 含量適低的有機廢水 。
④膨脹顆粒污泥床反應器（EGSB）：
優(yōu)點(diǎn)：處理效率高，負荷能力強，出水水質(zhì)相對較好。
缺點(diǎn)：投資相對較大，對廢水SS 含量要求嚴格 。
適用范圍：適用于SS 含量較少和濃度相對較低的有機廢水