废水厌氧处理工艺分析比较

废水厌氧处理工艺分析比较

一、废水厌氧处理原理

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。

在上述四个阶段中，有人认为第二个阶段和第三个阶段可以分为一个阶段，在这两个阶段的反应是在同一类细菌体类完成的。前三个阶段的反应速度很快，如果用莫诺方程来模拟前三个阶段的反应速率的话，Ks（半速率常数）可以在50mg/l以下，μ可以达到5KgCOD/KgMLSS.d。而第四个反应阶段通常很慢，同时也是最为重要的反应过程，在前面几个阶段中，废水的中污染物质只是形态上发生变化，COD几乎没有什么去除，只是在第四个阶段中污染物质变成甲烷等气体，使废水中COD大幅度下降。同时在第四个阶段产生大量的碱度这与前三个阶段产生的有机酸相平衡，维持废水中的PH稳定，保证反应的连续进行。

二、废水厌氧工艺的发展

厌氧生物过程一直广泛地存在于自然界中，但人类第一次有意识地利用厌氧生物过程来处理废弃物，则是在1881年由法国的Louis Mouras所发明的“自动净化器”开始的，随后人类开始较大规模地应用厌氧消化过程来处理城市污水（如化粪池、双层沉淀池等）和剩余污泥（如各种厌氧消化池等）。这些厌氧反应器现在通称为“第一代厌氧生物反应器”，它们的共同特点是：①水力停留时间（HRT）很长，有时在污泥处理时，污泥消化池的HRT会长达90天，即使是目前在很多现代化城市污水处理厂内所采用的污泥消化池的HRT也还长达20~30天；②虽然HRT相当长，但处理效率仍十分低，处理效果还很不好；③具有浓臭的气味，因为在厌氧消化过程中原污泥中含有的有机氮或硫酸盐等会在厌氧条件下分别转化为氨氮或硫化氢，而它们都具有十分特别的臭味。以上这些特点使得人们对于进一步开发和利用厌氧生物过程的兴趣大大降低，而且此时利用活性

污泥法或生物膜法处理城市污水已经十分成功。

但是，当进入上世纪50、60年代，特别是70年代的中后期，随着世界范围的能源危机的加剧，人们对利用厌氧消化过程处理有机废水的研究得以强化，相继出现了一批被称为现代高速厌氧消化反应器的处理工艺，从此厌氧消化工艺开始大规模地应用于废水处理，真正成为一种可以与好氧生物处理工艺相提并论的废水生物处理工艺。这些被称为现代高速厌氧消化反应器的厌氧生物处理工艺又被统一称为“第二代厌氧生物反应器”，它们的主要特点有：① HRT大大缩短，有机负荷大大提高，处理效率大大提高；②主要包括：厌氧接触法、厌氧滤池（AF）、上流式厌氧污泥床（UASB）反应器、厌氧流化床（AFB）、AAFEB、厌氧生物转盘（ARBC）和挡板式厌氧反应器等；③ HRT与SRT分离，SRT相对很长，HRT则可以较短，反应器内生物量很高。以上这些特点彻底改变了原来人们对厌氧生物过程的认识，因此其实际应用也越来越广泛。

进入20世纪90年代以后，随着以颗粒污泥为主要特点的UASB反应器的广泛应用，在其基础上又发展起来了同样以颗粒污泥为根本的颗粒污泥膨胀床（EGSB）反应器和厌氧内循环（IC）反应器。其中EGSB反应器利用外加的出水循可以使反应器内部形成很高的上升流速，提高反应器内的基质与微生物之间的接触和反应，可以在较低温度下处理较低浓度的有机废水，如城市废水等；而IC 反应器则主要应用于处理高浓度有机废水，依靠厌氧生物过程本身所产生的大量沼气形成内部混合液的充分循环与混合，可以达到更高的有机负荷。这些反应器又被统一称为“第三代厌氧生物反应器”。

三、厌氧处理常见工艺（运行方式、构筑物结构、优缺点、适合水质、主要工艺控制参数等）

3.1普通厌氧消化池

普通厌氧硝化池又称传统或常规硝化池，已有百余年历史。硝化池常用密闭的圆柱形池。废水定期或者连续进入池中，经消化的污泥和废水分别从消化池底和上部排出，所产生的沼气出顶部排除。池径由几米到几十米，柱体部分的高度一般约为直径的1/2，池底未圆锥形，便于污泥排出。一般池体加盖，以保证良好的厌氧条件，收集沼气和保温，并减少池面的蒸发。为了使进料和厌氧污泥充分接触、使产生的沼气及时溢出而设有搅拌装置。此外，进行中温和高温消化时，常需要对消化液进行加热。常用的搅拌方式：（1）池内机械搅拌；（2）沼气搅拌；（3）循环消化液搅拌。一般情况下，2--4小时搅拌一次。在排放消化液时，通常停止搅拌，经沉淀分离后排出上清液。常用加热方式：1、废水在消化池外先经过热交换器预热到定温再进入消化池；2、热蒸汽直接再消化池内加热；3、在消化池内安装热交换器。

普通消化池一般的负荷，中温为2--3kgCOD/(m3/d),高温为5--6kgCOD/(m3/d)。

普通消化池优点：

①工艺可以进入高悬浮固体含量的原料；

②消化器内物料分布均匀，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；

③消化器内温度分布均匀；

④进入消化器内任何一点的抑制物质，能够迅速分散保持在最低浓度水平；

⑤避免了浮渣结壳、堵塞、气体逸出不畅和沟流现象；

⑥易于建立数学模型。

普通消化池缺点:

①由于该消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；

②要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；

③生产用大型消化器难以做到完全混合；

④底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。

3.2厌氧接触法

为了克服普通消化池不能按需要保留或补充厌氧活性污泥的缺点，在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流到消化池，这样就形成了厌氧接触氧化法。厌氧接触氧化法使污泥不流失、出水水质稳定，可提高消化池内的污泥浓度，缩短污水在消化池内的水力停留时间，从而提高厌氧反应的有机容积负荷和处理效率。其工艺流程见图

厌氧接触法的特点是：

(1)由于设置了专门的污泥截留设施，能够回流污泥，通过污泥回流，使厌氧接触法的固体停留时间较长。可保持消化池内10～15g/L的较高污泥浓度，提高了耐冲击能力，使系统运行比较稳定；

(2)容积负荷大大超过普通消化池，中温消化时一般为2～10kgCODcr／(m3·d)，水力停留时问比普通消化池大大缩短，比如常温下普通消化池的水力停留时间为20～30d，而接触法小于10d：

(3)不存在堵塞问题，可以处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的污泥或废水；

(4)混合液经沉淀后，出水水质好，但需要配置沉淀池、污泥回流和脱气等设备，流程较复杂；

(5)厌氧接触法的最大问题是混合液难于在普通沉淀池中进行固液分离，需要设置专门的脱气设施。

提高厌氧消化污泥沉淀效果的措施：

(1)真空脱气：将从消化池排出的混合液进人真空度为一5kPa的真空脱气器，将污泥絮体上的沼气泡除去，改善混合液的沉淀性能。

(2)急冷脱气：将从消化池排出的混合液进行急速冷却，比如将35℃的中温消化液冷却到15～25℃，可以防止污泥继续产气，使厌氧污泥有效地沉淀分离。(3)混凝沉淀：向混合液中投加絮凝剂，使细小的厌氧污泥凝聚成大颗粒，在沉淀池中容易沉淀下去，提高固液分离效果。

(4)过滤分离：用过滤器代替沉淀池，提高固液分离效果。

(5)降低沉淀负荷：为保证沉淀池分离效果，厌氧消化液的沉淀池表面水力负荷要比一般废水沉淀池小一些，混合液在沉淀池内的停留时间比一般废水沉淀时间要长一些，一般不小于4h。