厭氧反應器原理、性能、優缺點介紹分析

厭氧處理原理概述

厭氧處理技術是有機廢棄物生物處理方法的一種，近年來在污水處理領域內發展很快，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境污染最重要的污染物，它是使水域變質、發黑發臭的主要原因。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。利用微生物生命過程中的代謝活動，將有機廢棄物分解為簡單無機物從而去除有機物污染的過程被稱之為廢水的生物處理。

根據代謝過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。

好氧生物處理利用好氧微生物的代謝活動來處理廢水，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生新的微生物細胞，活性污泥法、生物轉盤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程，在無需提供氧氣的情況下把有機物轉化為無機物和少量的細胞物質，這些無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，它又是把廢水處理和能源回收利用相結合的一種技術。包括中國在內的大多數發展中國家面臨嚴重的資金不足。這些國家需要既有效、簡單又費用低廉的技術。厭氧技術因而是特別適合我國國情的一種技術。

厭氧廢水處理技術同時可以作為能源生產和環境保護體系的一個核心部分，其產物可以被積極利用而產生經濟價值。例如，處理過的潔凈水能被用于魚塘養魚、灌溉和施肥；產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、厭氧處理的優點

考慮到我國的國情、環境污染的現狀，有機廢棄物的厭氧處理技術有以下明顯的優點。

1）厭氧廢水處理可作為把環境保護、能源回收與生態良性循環結合起來的綜合系統的核心技術，具有較好的環境與經濟效益；

2）厭氧廢水處理技術是非常經濟的技術，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力的大量節省，營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。如所產生的沼氣加以妥善的利用，則處理費用更會大大降低，甚至帶來相當可觀的利潤。

3）厭氧處理不但能源需求很少而且能產生大量的能源。

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。厭氧處理方法所產生的污泥高度無機化，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，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，設備簡單，易于制作， 無特別昂貴的設備。

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立方米不等。 

3、各類厭氧反應器性能概述

1）混合厭氧反應器（CSTR）

傳統的混合厭氧反應器（CSTR）是借助消化池內厭氧活性污泥來凈化有機污染物。有機污染物進入池內，經過攪拌與池內原有的厭氧活性污泥充分接觸后，通過厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解，使廢水中的有機污染物轉化為沼氣。混合厭氧反應器（CSTR）池體體積較大，負荷較低，其污泥停留時間等于水力停留時間，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混合式的，是在連續攪拌混合式厭氧消化反應器（CSTR）的基礎上進行了改進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生長，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。污水在流動過程中生長并保持與充滿厭氧細菌的填料接觸，因為細菌生長在填料上將不隨出水流失，在短的水力停留時間下可取得較長的污泥泥齡。厭氧濾器的缺點是填料載體價格較貴，反應器建造費用較高，此外，當污水中SS含量較高時，容易發生短路和堵塞。

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，流態化又充分改善了有機物向生物膜傳遞的傳質速率，同時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，流態化的形成前提條件，較輕的顆粒或絮狀的污泥將會從反應器中連續沖出，流態化的真正形成必須依賴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。但實際上，生物膜的形成與剝落難于控制，真正的流化床形態很難實現，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，向上流過由絮狀或 顆粒狀厭氧污泥的污泥床。隨著污水與污泥相接觸而發生厭氧反應，產生沼氣引起污泥床的擾動。在污泥床產生的沼氣有一部分附著在污泥顆粒上，自由氣泡和附著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三相分離器的錐板間隙回到污泥層。UASB反應器的特點在于可維持較高的污泥濃度，很長的污泥泥齡（30天以上），較高的進水容積負荷率，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或部分“膨脹化”的狀態，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間，從而EGSB可以高速地處理濃度較低的有機廢水。