厌氧生物处理技术、教学内容

厌氧生物处理技术、
废水的厌氧生物处理技术
厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物的代谢特性分解有机污染物，在不需要提供外界能源的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体的水处理技术。

1厌氧生物处理的基本原理
1.1两阶段理论
在20世纪30-60年代，人们普遍认为厌氧消化过程可以简单地分为两个阶段，即两阶段理论。

第一阶段称为发酵阶段或产酸阶段或酸性发酵阶段，废水中的有机物在发酵细菌的作用下，发生水解和酸化反应，而被降解为以脂肪酸、醇类、CO2和H2等为主的产物。

第二阶段则被称为产甲烷阶段或碱性发酵阶段，所发生的反应时是产甲烷菌利用前一阶段的产物脂肪酸、醇类、CO2和H2等为基质，并最终将其转为CH4和CO2。

1.2三阶段理论
三阶段理论认为，整个厌氧消化过程可以分为三个阶段，即水解、发酵阶段，产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。

有机物首先通过发酵细菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等，接着通过产氢产乙酸菌的降解作用而被转化为CH4和CO2。

产氢产乙酸菌和产甲烷菌之间存在着互营共生的关系。

该理论将厌氧发酵微生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群。

1.3四阶段理论
几乎与三阶段理论的提出同时，Zeikus提出了四菌群学说即四类群理论。

与三阶段理论相比，该理论增加了同型（耗氢）产乙酸菌群(Homoacetogenic
Bacteria),该菌群的代谢特点是能将H2/CO2合成为乙酸。

但是研究结果表明，这一部分乙酸的量较少，一般可以忽略不计。

目前为止，三阶段理论和四类群理论是对厌氧生物处理过程较全面和较准确的描述。

2 厌氧生物处理的优缺点
厌氧生物处理技术与好氧生物处理技术比较，有如下优缺点。

（1）厌氧法的主要优点：①应用范围较广：适用于处理污泥及有机废水；可处理好氧法难降解的有机物，也可处理含有毒有害物质较高的有机废水。

②运行成本与能耗较低：厌氧处理的污泥产率低；厌氧法所需营养成分较少，一般可不必投加营养分；厌氧法不需要供氧设备，因而能耗较少。

③负荷高，相对来说厌氧法的反应容积较较好氧法为小。

（2）厌氧法的主要缺点：①处理程度往往达不到排放标准，常需好氧法或其他处理法补充，才能达到排放标准；②厌氧生物处理技术，不能除磷；③厌氧生物处理的启动与处理时间较好氧法长。

④厌氧生物处理技术，在处理高、低浓度的有机废水时，生产运行经验及理论研究，尚欠成熟。

3厌氧生物处理工艺
3.1厌氧接触工艺
厌氧接触工艺是在一个厌氧的完全混合反应器基础上增加了污泥分离和回流装置。

从完全混合式反应器中排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，可以采用沉淀池或气浮处理装置进行处置。

污水从沉淀池上部排出，沉淀下的污泥回流至消化池，这样做既可保证污泥不流失，又可提高消化池内的污泥浓度，从而在一定程度上提高设备的有机负荷率和处理效率。

厌氧接触法的主要优点：
适用于处理以溶解性有机物为主的高浓度有机废水。

由于具有污泥回流及搅拌混合设备，消化池内混合均匀，可降解部分难生物降解的有机化合物，处理水质好。

便于人工控制。

厌氧接触法的主要缺点：
由于消化污泥颗粒细小，并夹带有沼气气泡，沉淀池难以完成良好的固液分离。

故需设气体分离器；启动时间长，不宜处理季节性废水；消化时间较短，耐冲击负荷能力低。

3.2厌氧生物滤池(AF)
厌氧生物滤池是一种淹没式的固定填料生物膜法。

废水自下而上，或自上而下地通过固定填料床。

前者称为升流式厌氧生物滤池、后者称降流式厌氧生物滤池。

上流式属于推流式工艺；而降流式厌氧生物滤池由于水流下向流动、沼气上升以及填料空隙间的悬浮污泥的存在，混合情况良好，属于完全混合工艺。

厌氧生物滤池适用于含悬浮可降解有机物较高的废水。

适用COD浓度范围为1000～20000mg/L。

为了避免堵塞，可回流部分处理水。

该工艺简单方便，产生的污泥量很少。

3.3升流式厌氧污泥床（UASB）
UASB工艺是在上流式厌氧生物膜法的基础上发展而成。

上流式厌氧生物膜法的填料容易造成堵塞。

在取消了填料层后，运行发现在反应器的相应部位，形成一层厌氧活性污泥层，成为截留，吸附与降解有机物的主要部位。

后来改进为在反应器的上部增加找企业提污泥分离的三相分离器。

使经厌氧消化
处理后的废水、产生的沼气以及艳阳活性污泥有效分离，完成废水外派、沼气收集并输出、沉淀下来的活性污泥直接回落至反应区。

够成了完整的UASB反应器。

UASB反应器主要由下列几部分构成。

①进水陪水系统。

②反应区。

包括污泥床区和污泥悬浮层悬浮层区。

③三相分离器。

由沉淀区、回流缝和气封组成。

④出水系统。

其作用是把沉淀区表层处理过的水均匀地加以收集，排出反应器。

⑤气室。

⑥浮渣清除系统
UASB反应器的断面形状一般为圆形或矩形。

反应器常为刚结构或钢筋混凝土结构。

当采用钢结构时，常采用圆形断面；当采用钢筋混凝土结构时，常用矩形断面。

由于三相分离器的结果要求，采用矩形断面便于设计和施工。

UASB反应器的优点：
①有机负荷居第二代反应器之首，水力负荷能满足要求
②污泥颗粒化后使反应器对不利条件的抗性增强，而且颗粒污泥直接接种可以快速启动反应器。

③在反应器上部设置的气、液、三相分离器，对沉淀良好的污泥或颗粒污泥避免了附设沉淀分离装置、辅助脱气装置和回流污泥设备，减化力工艺，节约了投资和运行费用。

④用于将污泥或流出液人工回流的机械搅拌一般维持在最低限度，甚至可完全取消，尤其是颗粒污泥UASB反应器，由于颗粒污泥的相对密度比人工载体小，在一定的水力负荷下，可以靠反应器内产生的气体来实现污泥与基质的充分接触。

因此，UASB可省去搅拌和回流污泥所需的设备和能耗。

⑤反应器内部需投加填料盒载体，提高了容积利用率，避免了堵塞问题。

目前UASB反应器不仅用于处理高、中等浓度的有机废水、也开始处理如城市废水这样的低浓度有机废水。

3.4 厌氧附着膜膨胀床（AAFEB）
厌氧附着膜膨胀床（AAFEB）工艺是朱厄尔等人在1974年为了克服厌氧消化器系统的弊端，基于寻求反应器内最大的单位体积生物量和保持高的生物活性及使反应器拥有良好的传质、混合特性这一目的研制而成的，是第一个能在环境温度下处理低浓度废水的厌氧生物处理系统。

在厌氧附着着膜膨胀床（AAFEB）反应器内填充粒径很小的固体颗粒介质（一般颗粒径小于0.5~0.1mm），在介质表面附着着厌氧生物膜，形成了生物颗粒。

废水以升流方式通过床层时，在浮力和摩擦力作用下使生物颗粒处于悬浮状态，废水与生物颗粒不断接触而完成厌氧生物降解过程。

净化后的水从生物溢出，同时产生的生物气体由上部派出。

3.5厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）
EGSB反应器是20世纪90年代初，由荷兰Wageingen农业大学率先开发的。

该工艺实质上是固体流态化技术在有机废水生物处理领域的具体应用。

固体流态化技术是一种改善固体颗粒与流体间接触，并使其呈现阶段流体性状的技术，这种技术已经在广泛应用于石油、化工、冶金和环境等部门。

根据载体流态化原理，EGSB反应器中装有一定量的颗粒污泥，当有机废水及其所产生的沼气自下而上地流过颗粒污泥床层时，污泥床层与液体间会出现相对运动，导致床层不同高度呈现不同的工作状态。

在废水液体表面上升流速较低时，反应器中的颗粒污泥保持相对静止，废水从颗粒间隙内穿过，床层的空隙率保持稳定，但其压降随着液体表面上升流速的提高而增大；当流速达到一定数值时，压降与单位床层的载体质量相等，继续增加流速，床层空隙便开始增加，床层也相应膨胀，但载体间依然保持相互接触；当液体表面上升流速超过临界流化速度，污泥颗粒即呈悬浮状态，可怜床被流态化，继续增加进水流速，床层的空隙率也随之增加，但床层的压降相对稳定；再进一步提高进水流速达到最大流化速度时，载体颗粒将产生大量的流失。

EGSB反应器的主要优点：
（1）结构方面优点：
①高径比大，占地面积大大缩小；
②均匀分布，污泥床处于膨胀状态，不易产生沟流和死角；
③三相分离器工作状态和条件稳定。

（2）操作方面优点
①反应器启动时间短，污泥不易流失；
②液固混合状态好；
③反应器设有出水回流系统，更适合于处理含有悬浮物固体和有毒物质的
废水；
④V up大，有利于污泥与废水间充分混合、接触，因而在低温、处理低浓
度有机废水时有明显优势；
⑤以颗粒污泥接种，颗粒污泥活性高，沉降性能好，粒径较大，强度较好。

EGSB反应器适合处理中低浓度有机废水；对难降解有机物、大分子脂肪酸类化合物、低温、低基质浓度、高含盐量、高悬浮性固体的废水有相当好的适应性。

3.6厌氧内循环反应器（IC）
内循环厌氧反应器(IC)是基于UASB反应器颗粒化和三相分离器的概念而改进的新型反应器。

它由两个UASB反应器（即第一厌氧反应室和第二厌氧反应室）一体化组合而成。

在高的反应器内分为上、下两个部分，下部为高负荷区（第一反应室），上部为低负荷区（第二反应室）；第一反应室的集气罩装有生物气提升管，直通IC反应器顶部的气-液分离器中，其底部装有一回流管直通至IC反应器的底部。

IC反应器有四个不同功能的单元构成：混合部分、主处理部分、精处理部分和回流部分。

IC厌氧反应器与UASB反应器相比具有以下特点：
①容积负荷高。

内循环提高了第一反应区的液相上升流速，强化了废水中有机物和颗粒污泥间的传质，使IC厌氧反应器的有机负荷远远高于普通UASB反应器。

②抗冲击负荷能力强，运行稳定性好。

内循环的形成，使得IC厌氧反应器第一反应区的实际水量大于进水水量，使原废水中的有害物质得到充分稀释，大大降低了其毒害程度，从而提高了反应器的耐冲击负荷能力。

IC反应器相当于两级串联UASB处理工艺。

一般说，两级处理比单级处理的稳定性好，且出水水质好。

③基建投资省，占地面积少。

④无需外加动力，节省了回流的能源。

3.7厌氧折流板反应器（ABR）
厌氧折流板反应器是McCarty和Bachmann等人于1982年，在总结了各种第二代厌氧反应器处理工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效厌氧污水生物处理技术。

ABR是通过内置的竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，每个反应时都是相对独立的UASB系统。

运行时，污水在折流板作用下逐个通过反应室内的污泥床层，并通过水流和产气的搅拌作用，使进水中的底物和微生物充分接触而得以降解去除。

厌氧折流板反应器（ABR）优点：
(1)运行稳定，操作灵活。

(2)工艺简单，投资少，运行费用较低。

（3）固液分离效果好，除水水质好。

（4）对毒物质适应性强。

(5)耐冲击负荷，适应性强。

（6）具有良好的生物分布性能。

（7）具有良好的生物固体载留能力。

3.8 厌氧生物转盘
厌氧生物转盘是新开发的厌氧生物膜法，目前还处于中试与小试阶段。

厌氧生物转盘由盘片、转轴、驱动装置、反应槽及进出口布水装置等组成。

当盘片缓慢转动时，生长在盘片两面的厌氧生物膜与废水连续接触，使生物膜充分地吸附、吸收水中的有机物进行厌氧分解。

反应温度可为中温（30～35℃）高温（50～55℃）或常温（8～30℃），决定于废水性质、要求的处理程度。

当生物膜的厚度逐渐增加后，老化的生物膜会脱落并随水流带出。

产生的沼气集中在反应槽的顶部，用沼气管引出贮存。

厌氧生物转盘特点：
①厌氧生物转盘的水头损失比较小。

转盘的缓慢转动及生物膜与废水之间的粘滞力等所起的提升作用，可以补偿废水流经布配水装置及反应槽的水头损失。

②反应槽内生长的悬浮厌氧活性污泥，对降解有机物也有一定作用。

③厌氧生物转盘后，应设二沉池，以便沉淀去除老化后被水流带出的生物膜及悬浮污泥。