厌氧工艺

7.1厌氧工艺厌氧生物处理是利用厌氧性微生物的代谢特性，在不需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，将有机物最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等小分子物质的处理方法。

在此过程中，不同的微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成复杂的生态系统厌氧降解过程可以被分为四个阶段。

①水解阶段：
蛋白质、碳水化合物和脂类等高分子有机物因相对分子质量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能被细菌直接利用。

因此它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。

如废水中的纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽与氨基酸等，这些小分子的水解产物能够溶解于水并透过细胞膜为细菌所利用。

②发酵阶段：
在这一阶段，上述的小分子的化合物在发酵细菌的细胞内转化为更为简单的化合物并分泌到细胞外，这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。

与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，氨基酸、糖类、较高级的脂肪酸及醇类被厌氧氧化。

③产乙酸阶段：
在此阶段，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。

④产甲烷阶段：
在这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

厌氧生物处理技术由于高效率、低成本、高有机负荷和多用途等方面，已广泛应用于高、中、低浓度的有机废水处理，应用行业涉及造纸、皮革、制糖、酒精、制药、肉类食品加工、合成脂肪酸等。

近二十多年来，发展了多种由于处理高浓度有机废水的高效厌氧消化工艺，有厌氧接触工艺、厌氧生物滤池、厌氧流化床反应器、上流式厌氧污泥床反应器、两相厌氧消化系统等。

7.
2.1厌氧接触工艺是在传统的完全混合反应器（Complete Stirred TankReactor，简写作CSTR）的基础上发展而来的，在一个厌氧的完全混合反应器后增加了污泥分离和回流装置，从而使污泥停留时间（SRT）大于水力停留时间（HRT），有效的增加了反应器中的污泥浓度。

厌氧接触工艺用于高浓度有机污水，为了强化有机物与池内厌氧污泥的充分接触，必须连续搅拌；同时为了提高处理效率，必须连续进水排水。

但这样会造成厌氧污泥的大量流失，因此反应器后要串联沉淀池将厌氧污泥沉淀并回流至厌氧反应器。

厌氧接触工艺存在以下缺点：
①负荷较低，在沉淀池中的固液分离较为困难；②受污泥浓度的制约，在高的有机负荷下，厌氧接触工艺也会产生类似好氧活性污泥的污泥膨胀问题。

③厌氧接触工艺系统较为复杂，反应器需要搅拌装置，运转设备多，管理比较复杂。

7.
2.2厌氧流化床反应器的内部填充着粒径很小（d=
0.5mm左右）的挂膜介质，依靠在惰性的填料颗粒表面形成的生物膜来保留厌氧污泥，污水污泥的混合、物质的传递依靠使这些带有生物膜的颗粒形成流态来实现。

流化床反应器的主要特点归纳如下：
①流化态最大程度使厌氧污泥与被处理的污水触；②由于颗粒与流体相对运动速度高，液膜扩散阻力小，且由于形成的生物膜较薄，传质作用强，因此生物化学过程进行较快，允许污水反应器内有较短的水力停留时间；③高的反应器容积负荷可减少反应器容积，同时由于其高度与直径的比例大于其它厌氧反应器，因此可以减少占地面积。

但是厌氧流化床反应器存在着几个尚未解决的问题：
①为了实现良好的流态化并使污泥和填料不致从反应器中流失，必须使生物膜颗粒保持均匀的形状、大小和密度，但这几乎是难以做到的，因此稳定的流态化也难以保证。

②为取得高的上流速度以保证流态化，流化床反应器需要大量的回流水，这样导致能耗加大，成本上升。

③该反应器运行管理较为复杂。

由于以上原因，流化床反应器至今没有生产规模的设施运行。

7.
2.3上流式厌氧污泥床反应器（UASB）上流式厌氧污泥床反应器（UASB）是一种高效的生物处理装置。

在反应器底部装有厌氧污泥，污水反应器底部进入，在穿过污泥层时进行有机物与微生物的接触。

产生的生物气附着在污泥颗粒上，使其悬浮于污水，形成下密上疏的悬浮污泥层。

气泡聚集变大脱离污泥颗粒而上升，能起一定的搅拌作用。

有些污泥颗粒被附着的气泡带到上层，撞在三相分离器上使气泡脱离，污泥固体又沉降到污泥层，部分进入澄清区的微小悬浮固体也由于静沉作用而被截留下来，滑落到反应器内。

UASB反应器运行的三个重要前提是：
①反应器内形成沉降性能良好的颗粒污泥或絮状污泥；②由产气和进水的均匀分布所形成的良好的自然搅拌作用；③设计合理的三相分离器，使沉降性能良好的污泥能保留在反应器内。

UASB反应器存在以下问题：
①需要性能优良的气、液、固三相分离器保证其出水水质，由此也造成构造的复杂化，并占去了一定的容积。

②UAS B反应器抗冲击负荷能力低，当进水的浓度低或SS高时会导致污泥大量流失，影响出水水质。

7.
2.4两相厌氧消化系统中参与厌氧消化的微生物主要分为两大类群，即水解发酵细菌和甲烷细菌。

但这两大类群细菌的生理特性及对环境条件的要求很不一致：
前者生化速率高、繁殖快、适应的pH值及温度范围宽、环境条件突变对其影响较小；后者的生化速率低、繁殖慢、对环境条件要求较苛刻。

由此出现了两相厌氧消化系统，将两大类群微生物的发酵过程分别在两个反应器中完成，维持各自的最佳环境条件，促进整个厌氧消化过程。

此外，前段酸化反应器具有较高的抗毒物负荷及环境条件突变的能力，运行起来比较稳定。

但由于两相的工作条件不同，运行管理较复杂。

7.
2.5厌氧折板厌氧反应器（ABR）ABR折板厌氧反应器是一种专门应用于高浓度有机废水的厌氧处理工艺，该工艺将厌氧反应室分割成不同大小的隔间，通过合理布置隔墙间的间距，使之在不同的隔间内形成适应于不同污染物浓度的细菌群。

同时在反应器的末端设置出水回流装置，该回流装置可改善反应器内的流态，避免水流死角的出现，提升容积利用率，并平衡厌氧池进出口产生的碱度差，中和进水浓度。

ABR折板厌氧反应器内安装弹性填料，由于填料上附着大量的微生物，因而有机负荷高，处理效果好，同时由于反应器中微生物系附着生长，负荷突然增大不会导致厌氧微生物大量流失，在处理水量和负荷有较大变化的情况下，仍能保持较大的稳定性，具有较高的耐冲击负荷的能力。

弹性填料选用耐腐蚀、耐高温、耐老化的丙纶配以亲水、吸附、抗热氧等助剂的混合共聚物为原料，经拉丝工艺而成兼具柔韧性和适度刚性的弹性丝条，并巧妙地利用机械原理将丝条穿插固定在耐腐蚀、高强度的乙纶绳（中心绳）上而制成。

由于拉丝过程中运用了特殊工艺，弹性丝条表面引成波纹并带毛刺，藉此提高其比表面积和有利于微生物附着性能。

丝条以中心绳为轴呈螺旋形辐射状排列，在水中充分伸展，故立体分布均匀。

具有一定刚性的弹性丝条可对充氧气泡进行多层次的碰撞切割，提高氧的转移率与充氧动力效率，同时丝条受气、水流的冲击，产生轻微的颤动而引成紊流，增加了水（有机物）气（氧）与微生物的接触，提高了传质效应、促进微生物的新陈代谢，从而强化了废水的处理效率。

7.
1.6几种厌氧生物处理工艺及装置的比较（见表7-2）表7-2厌氧生物处理系统比较表序工艺或技术号容积负荷抗冲击负荷出水悬浮物剩余污泥产量占地面积运行控制设备维修运营费用厌氧接触工艺较高较好较多较少大复杂高厌氧流化床反应器高一般较多较少小复杂低上流式厌氧污泥床反应器高较差较少少小复杂一般低两相厌氧消化系统较高较好较少大复杂低折板式厌氧反应器高好少少较小简单一般低通过以上比较分析，ABR折板厌氧反应器具有容积负荷高、抗冲击负荷能力强、出水水质好、剩余污泥产量低、运行控制简单、设备维修方便的显著特点，对于该制药废水处理是最适合的厌氧处理工艺。