污水厌氧生物处理技术全球扫描

水处理网讯:污水处理技术发展至今，已经历了近150年，已开始从传统的能耗大户向能源及水资源回收方向转变。厌氧生物处理技术最大的优势在于无需提供氧气，且能够将污水中有机物转化成高热值甲烷气体进行回用，降低能耗，实现能源回收，使其在水处理行业受到更广泛的应用。

1. 厌氧生物技术的发展历程概况

厌氧生物技术的出现最早可以追朔到18世纪，Count Alessandro Volta于1776年推导出有机物降解和可燃性气体之间的相互关系，1808年Sir Humphry Davy首次证明了厌氧消化过程中产生的气体中存在甲烷。1859年全球第一座厌氧消化处理厂在印度建成，1895年进入英国，拉开了污水厌氧生物处理及沼气回收技术的序幕。之后随着对厌氧微生物的认识和研究，不断优化运行条件，使厌氧生物技术不断快速发展。

中国是推行厌氧污水处理系统非常成功的国家，1978年Lettinga团队关于UASB的研究成果在世界学术界崭露头角，掀起了厌氧技术的研发浪潮。1982年，中国的第一座应用UASB工艺的污水厂就在北京腐乳厂进入了工程试验阶段。20世纪90年代中期，厌氧技术公司纷纷在中国成立，各高校及研究院也培养了一大批环保公司。同时国外企业也逐步开始进入中国市场，如帕克、威立雅等。自此，中国厌氧技术的产业化时代到来。

2. 厌氧生物技术发展现状及各工艺优缺点分析

厌氧生物降解过程一般分为四个阶段：水解、酸化、产乙酸和产甲烷阶段。其中产甲烷阶段是整个厌氧过程最为重要的阶段，也是厌氧降解过程的限速阶段。

污水厌氧生物处理技术一般在中温条件下进行，pH 维持在大约7.5左右，最适宜产甲烷微生物生长。厌氧生物处理工艺的改进基本都围绕着产甲烷过程，主要关注如何提高系统内传质效率和促进产甲烷微生物生长，从而提高甲烷产率。主要手段包括在系统中优化操作参数，添加载体，改善水力条件，提高污泥停留时间等。

2.1 典型工艺类型

厌氧生物反应器工艺种类较多，在此列举目前应用较广的六种典型工艺类型进行介绍并对各自优缺点进行比较。

1）完全混合式厌氧消化罐（CSTR）

CSTR是最早出现也是目前应用最广的厌氧生物反应器，通常采用搅拌器是系统内污泥液完全混合，设备简单，易操作，成本低。可用于高浓度有机污水处理、污泥消化处置、餐厨垃圾厌氧处置等领域。

2）升流式厌氧污泥床（UASB）

UASB反应器污泥床区主要有沉降性能良好的厌氧颗粒污泥组成，浓度可达到50-100g/L或更高。沉淀悬浮区主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成，污泥浓度较低，一般在5-40g/L范围内。在UASB反应器中能得到一种具有良好沉降性能和高产甲烷活性菌的颗粒厌氧污泥，因而相对其他的反应器有一定优势：颗粒污泥的相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，省却搅拌和回流污泥设备和能耗；颗粒污泥沉降性能良好，避免附设沉淀分离装置和回流污泥设备：反应器内不需投加填料和载体，提高容积利用率。

3）厌氧折流板反应器（ABR）

ABR是McCarty和Bachmann等人于1982年，在总结了第二代厌氧反应器工艺性能的基础上，开发和研制的一种新型高效的厌氧生物处理装置。其特点是：反应器内置竖向导流板，将反应器分隔成几个串联的反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中的污泥以颗粒化形式或絮状形式存在。一股而言，在处理低浓度废水时，不必将反应器分隔成很多隔室，以3～4个隔室为宜；而在处理高浓度废水时，宜将分隔数控制在6～8个，以保证反应器在高负荷条件下的复合流态特性。

4）厌氧膨胀床（ESGB）

20世纪90年代初，荷兰Wageningen农业大学开始了厌氧膨胀颗粒污泥床(简称EGSB)反应器的研究。Lettinga教授等人在利用UASB反应器处理生活污水时，为了增加污水与污泥的接触，更有效地利用反应器的容积，改变了UASB反应器的结构设计和操作参数，使反应器中颗粒污泥床在高的液体表面上升流速下充分膨胀，由此产生了早期的EGSB反应器。EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器，区别在于前者具有更高的液体上升流速，使整个颗粒污泥床处于膨胀状态，需要反应器具有较大的高径比。三相分离器是EGSB反应器最关键的构造，能将出水、沼气和污泥三相有效分离，使污泥在反应器内有效持留；出水循环部分是为了提高反应器内的液体表面上升流速，使颗粒污泥与污水充分接触，避免反应器内死角和短流的产生。

5）内循环厌氧反应器（IC）

内循环（IC）厌氧反应器也是在UASB反应器基础上发展起来的高效反应器。其依靠沼气在升流管和回流管间产生的密度差在反应器内部形成流体循环。IC内循环厌氧反应器为荷兰帕克公司的专利产品，目前帕克公司在全球有300多台IC反应器得以应用。IC反应器实际上由两级UASB构成，底部UASB负荷高，顶部负荷低。因为在一级分离时收集了大量沼气，其对废水的扰动减少，使得在二级三相分离中得到更好的气、水、泥分离效果。二级分离的lC反应器确保了最佳的污泥停留时间，这样对于处理一些化工废水有利，因为这些废水厌氧污泥产量很小。IC反应器具有一个自调节的气提内循环结构，循环废水与原水混合将稀释进水浓度。内循环作用所带来的能量使得泥水在底部混合更加充分，从而污泥活性也得到增加。IC反应器的容积负荷(15-30kgCOD/m³)为UASB(7-15kgCOD/m³)的两倍。该反应器的有机负荷达到UASB反应器的2～4倍。另外，IC厌氧反应器具有高径比大、上流速度快、有机负荷高、传质效果好等优点，其去除有机物能力远超过UASB等二代厌氧反应器。

6）厌氧膜生物反应器（AnMBR）

AnMBR将厌氧工艺与膜分离系统结合，使得水力停留时间HRT与污泥停留时间SRT分开，SRT均超过30天，有助于促进厌氧微生物生长，且占地小。AnMBR首次被提出是在上世纪70年代末，然而由于膜污染问题严重，发展缓慢。近些年随着膜技术的发展，投资和运行成本下降，且2011年斯坦福大学的Mccarthy教授等人提出厌氧MBR将会是实现污水处理厂能量平衡的重要工艺，AnMBR技术重回人们视野，引起了广泛关注。日本在厌氧MBR实际应用上起步较早，早在2000年就有了第一个实际运行的项目。截止2008年8月，该公司在日本已经运行了14个厌氧MBR实际工程项目，包括酿酒废渣，餐厨垃圾，沙拉酱生产污水以及污泥等。

2.2 各工艺优缺点及应用分析

表1 各种典型厌氧生物污水处理工艺优缺点分析