厌氧生物处理技术

发布时间：2018-01-26浏览次数：1005返回列表

一、概述

长期以来好氧生物处理技术，尤其是活性污泥法一直是我国城市污水处理厂的主体工艺，它具有处理效率高、出水水质好的特点，但它也存在能耗高、运行费用大、剩余污泥产量多等缺点。随着大批城镇污水处理厂建设事业的发展，急需开发能耗低、剩余污泥产量少、适合中小型污水处理厂的新工艺。厌氧生物处理技术因其具有能耗低、污泥产量少的特点，在许多发展中的城市污水处理中得到广泛应用。废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术，是有机废水强有力的处理方法之一。过去它多用于城市污水处理厂的污泥、有机废料以及部分高浓度有机废水的处理。厌氧氧化时仅能释放出少量的能量，因此细胞的产生量即污泥的量很少。可利用此特性将好氧和缺氧过程产生的污泥通过厌氧分解加以稳定。很多工厂利用此法处理污泥产生沼气发电，如北京高碑店污水处理厂。

目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。厌氧生物处理方法和基本功能有二：（1）酸发酵，目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵，目的是为进一步降解有机物和生产气体燃料。

二、厌氧生物处理的机理

废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobic digestion) 。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的细菌，即水解产酸细菌(fermentative bacteria)、产氢产乙酸细菌(acetogenic bacteria)和产甲烷细菌(methanogenic bacteria)的联合作用完成。厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。

阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较脂肪酸。

第二阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下，阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H₂、CO₂。

第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO₂和H₂等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的l/3后者约占2/3。

上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。

有机物厌氧分解的三个阶段

三、影响厌氧生物处理的主要因素

控制厌氧处理效率的基本因素有两类：一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境因素，如温度、pH值、有毒物质等。产甲烷细菌是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。

1、温度条件

各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为5-60℃。在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。

温度对厌氧消化过程的影响

温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降5℃，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。

温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化为敏感。温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复

2、pH值

每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸细菌对酸碱度不及甲烷细菌敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(好在6.8-7.2)的范围内。在厌氧消化过程中，pH值的升降变化除了外界因素的影响之外，还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减。产酸作用产物使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加，会引起pH值升高。在厌氧处理中，pH值除受进水的pH影响外，主要取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、CO₂、氨氮、氢之间的平衡。

3、有机负荷

在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m³·d)。对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kg CODcr/(kg污泥·d)。在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参数，即kgMLVSS/m³·d。有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。

在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgCODcr/(m³·d)，在高温下为4-6 kgCODcr /(m³·d)。

上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等厌氧工艺的有机负荷在中温下为5-15 kgCODcr/(m³·d)，可高达30kgCODcr/(m³·d)。在处理具体废水时，好通过试验来确定其适宜的有机负荷。

4、厌氧活性污泥

厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好。

5、搅拌和混合

通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为消化器。搅拌程度与强度要适当。搅拌的方法有：

（1）机械搅拌器搅拌法；（2）消化液循环搅拌法；（3）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO₂作为产甲烷的底物被细菌利用，提高甲烷的产量。

厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上流的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。

6、废水的营养比

厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响为重要。研究表明，合适的C/N为10-18:1。

7、有毒物质

包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。有毒物质的高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。

四、厌氧法的工艺和设备

按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)和厌氧生物膜法(anaerobic slime)；按投料、出料及运行方式分为分批式(batch)、连续式(continuous)和半连续式(semi-continuous)；厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等；厌氧生物膜法包括厌氧滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。

根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化(one stage digestion)与两步厌氧消化(two stage digestion)等。厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。

1、普通厌氧消化池

普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。

普通消化池的特点是:可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞。对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。温度不均匀，消化效率低。

2、厌氧接触法

在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。

厌氧接触法的特点：

（1）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强；

（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2-l0kgCODcr/m³·d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，而接触法小于10天；

（3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；

（4）混合液经沉降后，出水水质好，

（5）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备

（6）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。

几种脱气方法：

(1)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；

(2)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。

(3)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；

(4)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。

3、厌氧滤池

厌氧滤池（anaerobic filter）又称厌氧固定膜反应器，是上世纪60年代末开发的厌氧处理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。

厌氧生物滤池的特点及改进：

在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象。对厌氧生物滤池采取如下改进：

（1）出水回流；

（2）部分充填载体；

（3）采用软性填料。

厌氧生物滤池的特点是：

（1）由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为2-16kgCODcr/(m³·d)，且耐冲击负荷能力强；

（2）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快；

（3）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；

（4）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。

（5）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位严重。因此，进水悬浮物浓度不应超过200mg/L。

4、厌氧流化床

厌氧流化床特点:

（1）载体颗粒细，比表面积大，可高达2000-3000m²/m³左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为10-40kgCODcr/m³·d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；

（2）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；

（3）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；

（4）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；

（5）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。

（6）但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。

为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：

（1）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇**替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，呈流化床运行；

（2）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径20-30mm、相对密度1.05-1.2g/cm³的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化。

5、厌氧生物转盘和挡板反应器

厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分 (70％以上)或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。厌氧挡板反应器是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置。

厌氧生物转盘的特点：

（1）厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停留时间短；

（2）无堵塞问题，可处理较高浓度的有机废水；

（3）一般不需回流，所以动力消耗低；

（4）耐冲击能力强，运行稳定，运转管理方便。但盘片造价高。

6、上流式厌氧污泥床反应器

上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称UASB反应器，是由荷兰的G. Lettnga等人在上世纪70年代初研制开发的。UASB厌氧反应器以其独特的特点，成为上应用为广泛的厌氧生物处理方法。从UASB反应器次建立生产性装置以来，全已有超过600座UASB反应器投入使用，其处理的废水几乎囊括了所有有机废水。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。其主要的特点有：反应器负荷高，体积小，占地少；可以不添加或少添加营养物质；能耗低，产生的甲烷可以作为能源利用；不产生或产生很少的剩余污泥；规模可大可小，操作灵活方便。

UASB反应器的机构可以分为污泥床，污泥悬浮层，三相分离器和沉淀区四个部分。废水由底部进入反应器，UASB能去除的有机物70％在污泥床中完成，剩下的30％在污泥悬浮层内去除，被气泡挟带的污泥在三相分离器内实现气固分离，一些沉降性能好，活性高的污泥由沉淀区返回反应器，而沉降性能差，活性低的污泥则被冲洗出反应器，保证了活性高的污泥的基质利用，从而实现淘劣存优的效果。

上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构。

UASB反应器良好的污染物去除效果（一般80％以上）依靠反应器中形成的厌氧颗粒污泥实现的。厌氧颗粒污泥性状各异，大多数具有相对规则的球形或椭球形，直径在0.15～5mm之间，颜色通常四黑色或灰色，沉降性能良好，文献报道其沉降速度的典型范围在18～100m/h。颗粒污泥本质上是多种微生物的聚集体，主要是由厌氧微生物组成，颗粒污泥中参与分解复杂有机物，

颗粒污泥的形成过程即颗粒化过程是单一分散厌氧微生物聚集生长成颗粒污泥的过程，是一个复杂而且持续时间较长的过程，可以看成是一个多阶段的过程。先是细菌与基体（可以是细菌，也可以是有机或无机材料）相互吸引粘连，这是污泥形成的开始阶段，也是决定污泥结构的重要阶段。细菌与基体接近后，通过细菌的附属物如菌丝和菌毛等，或通过多聚物的粘连，将细菌粘接到基体上。随着粘接到基体上的细菌的数目的增多，就开始形成具有初步代谢作用的微生物聚集体。微生物聚集体在适宜的条件下，各种微生物大量繁殖，后形成沉降性

能良好，产甲烷活性高的颗粒污泥。

上流式厌氧污泥床反应器的特点:

（1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludgeblanket)污泥浓度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥(sludge granules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。

（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m³·d）；

（3）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；

（4）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；

（5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。

（6）反应器内有短流现象，影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；

（7）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。

7、厌氧污泥膨胀床反应器（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）

上世纪七、八年代开发的厌氧污泥膨胀床反应器（EGSB）、内循环厌氧反应器（IC），已成功应用于多项工程实践。

厌氧颗粒污泥膨胀床（Expanded Granular Sludge Bed, EGSB）反应器虽然在结构形式、污泥形态等方面与UASB非常相似，但其工作运行方式与UASB显然不同，主要表现在EGSB中一般采用2.5-6m/h的液体表面上升流速（高可达10m/h），高COD负荷（8-15kgCODcr/m³•d)。高的液体表面上升流速使颗粒污泥床层处于膨胀状态，不仅使进水能与颗粒污泥能充分接触，提高了传质效率，而且有利于基质和代谢产物在颗粒污泥内外的扩散、传送，保证了反应器在较高的容积负荷条件下正常运行。EGSB反应器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。EGSB反应器的工作区为流态化的初期，即膨胀阶段（容积膨胀率约为10-30%），在此条件下，进水流速较低，一方面可保证进水基质与污泥颗粒的充分接触和混合，加速生化反应进程，另一方面有利于减轻或消静态床（如UASB)中常见的底部负荷过重的状况,增加反应器对有机负荷,特别是对毒性物质的承受能力。EGSB反应器适用范围广，可用于SS含量高和对微生物有抑制性的废水处理，在低温和处理低浓度有机废水时有明显。

内循环厌氧反应器（Internal Circulation,IC）构造的特点是具有很大的高径比，一般可达4－8，反应器的高度达到20m左右。整个反应器由厌氧反应室和第二氧反应室叠加而成。每个厌氧反应室的顶部各设一个气、固、液三相分离器。级三相分离器主要分离沼气和水，第二级三相分离器主要分离污泥和水，进水和回流污泥在厌氧反应室进行混合。反应室有很大的去除有机能力，进入第二厌氧反应室的废水可继续进行处理。去除废水中的剩余有机物，提高出水水质。内循环厌氧反应器具有高COD负荷（15-25kgCODcr/m³•d)，结构紧凑，节省占地面积，借沼气内能提升实现内循环，不必外加动力，抗冲击负荷能力强，具有缓冲pH的能力，出水稳定性好，可靠性高，基建投资低。

五、两相厌氧处理系统

厌氧消化反应分别在两个的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌氧消化法。按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应器。步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行；第二步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。接触消化池-上流式污泥床两步消化工艺如下图：

1、热交换器；2、接触消化池；3、沉淀池；4、上流式厌氧污泥床

两步厌氧法具有如下特点:

（1）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；

（2）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可好地控制工艺条件；

（3）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。

（4）但两步法设备较多，流程和操作复杂。

六、厌氧制氢技术

制氢技术有：（1）基于化石燃料的方法，如天然气的蒸气气化、石油碳氢化合物重组分的部分氧化、煤的气化等占整个氢气产量的90%以上。（2）基于以水为原料的方法：电解、光解、直接热分解等占整个氢气产量的4%左右。（3）基于生物技术的方法，如：藻类和蓝细菌光解水、光合细菌光分解有机物、有机物的发酵制氢、光合微生物和发酵性微生物的联合运用制氢等等。

由于厌氧生物发酵制氢具有产氢能力大、无需光源、底物来源广泛等优点而逐渐受到人们青睐。厌氧制氢根据末端发酵产物不同分为以下两种：

• (1)当乙酸为终产物时：

C₆H₁₂O₆ + 2H₂O→ 2CH₃COOH +4H₂ + 2CO₂

(2)当丁酸为终产物时：

C₆H₁₂O₆→ CH₃CH₂CH₂COOH +2H₂ + 2CO₂

当H₂、CO₂分压增加，产氢速率明显降低，合成多与产氢竞争的底物。氢气产生速率与：pH、水力停留时间、氢分压等有很大关系。研究表明：碳水化合物具有厌氧生物产氢可行性，而在碳水化合物中，溶解性糖类比溶解性差的淀粉等具有产氢可行性。在碳水化合物中。对于溶解性好的糖，生物产氢稳定运行的PH值工程控制参数为4. 5左右，对于溶解性较差的淀粉废水，其控制参数为PH值4. 0左右。

厌氧制氢技术优点：耗能低、效率高；清洁、节能和可再生；原料成本低，制氢过程不污染环境。利用厌氧细菌发酵纤维素、半纤维素、木质素降解后的小分子有机物，具有很强的环境、经济效益。

厌氧制氢技术还有一些问题有待进一步研究，如：（1）研究气体快速分离技术，减少因氢、二氧化碳分压增加抑制产氢速率———膜技术的使用；（2）诱变高产氢能力的菌株；（3）优化反应器的设计—如固定床的使用等等。生物制氢技术总体上还处在初步研究阶段，但其在原料来源、能源消耗、环境方面具有较强的，所以仍是值得深入研究的领域。

七、各种厌氧与好氧技术的比较和联合运用

1、、各种厌氧和好氧技术的比较

厌氧工艺与好氧工艺相比较，各有其优缺点。

厌氧工艺与好氧工艺相比较，优点如下：

（1）、应用范围广

因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。

（2）、能耗低

好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD₅达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。理论上每去除1kgCOD可生产0.35m³纯甲烷(0℃,1atm)。

（3）、负荷高

通常好氧法的有机容积负荷为0.7-1.2 kgBOD/(m³·d)，而厌氧法为2-10 kgCODcr/(m³·d)，高的可达30-50kgCODcr/(m³·d)。

（4）、剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好

好氧法每去除l kgCODcr将产生0.4-0.6 kg生物量，而厌氧出去除l kgCODcr只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％。同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。

（5）、氮、磷营养需要量较少

好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。

（6）、有杀菌作用

厌氧处理过程有一定的杀菌作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。

（7）、污泥易贮存

厌氧活性污泥可长期贮存，反应器能季节性或间歇性运转。

厌氧工艺与好氧工艺相比较，缺点如下：

（1）、厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长（活性污泥法15℃培养7-10天，生物膜法20℃培养30天左右）；

（2）、出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；

（3）、厌氧处理系统操作控制因素较为复杂；

（4）、厌氧过程会产生气味对空气有污染。

2、厌氧和好氧技术的联合应用

实际工业废水中有机物的浓度较高，COD 可以达到几万甚至几十万。高浓度有机废水用一种方法很难处理到要求的水平，所以需要用厌氧和好氧处理方法联合应用才能达到好的效果。厌氧-好氧工艺的可能比没有厌氧的单独好氧工艺有一些特别的。现以UASB加一个活性污泥工艺来分析厌氧-好氧工艺的特点。

厌氧-好氧工艺的特点：

（1）由于UASB反应器会去除大量有机物和悬浮物，其后的好氧工艺污泥量会少得多，因此，在实践中，厌氧-好氧工艺的总容积常不到单独好氧工艺容积的一半。

（2）由于好氧部分的剩余污泥可以循环至UASB反应器，并在那里消化和增浓，因此，厌氧-好氧工艺可以省掉污泥稳定所需的操作单元，剩余污泥量也比单独好氧工艺少得多，且易处理。

（3）由于厌氧反应器已去除大分子有机物，所以在好氧部分的需氧量大为减少，由此可以节约能源。同时由于UASB反应器实际起到一种均衡作用，它减少了好氧部分的需氧量稳定。

由以上分析，厌氧-好氧工艺是非常有吸引力的工艺。采用厌氧与好氧工艺相结合的工艺，还可以达到生物脱氮、脱磷的目的。目前厌氧与好氧联合的工艺较多，有些仍处在研究阶段，具体见第五节，此处仅以某啤酒厂废水的处理流程（见多媒体课件）举例。

3、应用实例

（1）、某啤酒厂废水水质情况如下：

废水水量：Q＝3000m³/d

进水水质：COD＝2500mg/L；BOD₅＝1600mg/L；SS＝500mg/L

出水水质：处理后的废水达到GB8978－1996一级标准，即COD≤100mg/L；BOD₅≤20mg/L；SS≤70mg/L。

（2）、UASB反应器的形状和尺寸、水力停留时间（HRT）和水力负荷率（Vr）

对于中等浓度和高浓度的有机废水，一般情况下，有机容积负荷率是限制因数，反应器的容积与废水量、废水浓度和允许的有机物容积负荷去除率有关。

设计容积负荷为N_V＝4.0kgCOD/(m³∙d)，COD去除率为80％，则UASB反应器的有效容积为：

V_有效＝Q（C₀－C_e）/N_V

式中：Q－设计处理量，m³/d；

C₀、C_e－进、出水COD浓度，mg/L；

N_V－COD容积负荷，kgCOD/(m³∙d)。

V_有效＝3000×（2500－500）×10^-3/4.0＝1500（m³）

据资料，经济的反应器高度一般为4~6m之间，并且在大多数情况下这也是系统优化的运行范围。升流式厌氧污泥床的池型有矩形、方形和圆形。圆形反应器具有结构较稳定的特点，但是建造圆形反应器的三相分离器要比矩形和方形的要复杂的多，因此本次设计采用矩形池。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比为2：1左右为合适。

设计反应器有效高度为h＝6m，则横截面积S＝V_有效/h＝1500/6＝250（m²）。

设池长L约为池宽B的两倍，则可取B＝12m，L＝21m。一般应用时反应器装液量为70～90％，本工程中设计反应器总高H＝7.5m，其中超高0.5m。

反应器的总容积V＝BLH＝12×21×（7.5－0.5）＝1764m³，有效容积为1500m³，则体积有效系数为85.0％，符合有机负荷要求。

对于颗粒污泥，水力负荷Vr＝0.1~0.9m³/（m²∙h），符合要求。

由于有机负荷较高，产气量大，因此设置一个水封罐，水封罐出来的沼气先通入气水分离器，然后再进入沼气贮柜。气水分离器起到对沼气干燥的作用，选用直径500mm×H1800mm钢制气水分离器一个，气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。

4、思考题：

（1）、玉米酒精厂废水处理方案

淀粉质原料(玉米) 酒精发酵产生废糟液，糟液污染重要指标之一是总固体，它包括溶解性固体、悬浮固体和胶体，它是由有机物、无机物和生物菌体所组成。废糟液固液分离后，滤渣组分经过烘干后可以制成蛋白质饲料。废水CODcr大约9400—12000mg/ L，BOD₅大约8300mg/ L ，SS达到3000 mg/L，且pH值较低。请对450 t/d酒精废水设计一处理方案。

参考方案如下：

工艺流程说明：废水进入调节沉淀池，去除大部分SS，调节池中的废水经泵提升进入USBA反应器，经厌氧反应后重力自流进水解酸化池，其中UASB中反应产生的沼气经三相分离器收集后通过水封、气水分离器，脱硫罐等装置进入气柜存放，以便加以利用。水解酸化池出水进入好氧接触氧化池，处理水经过二沉池经固液分离后达标后排放。UASB和二沉池中排放出的剩余污泥与调节池的污泥一起排入污泥浓缩池进行浓缩，随后经压滤机处理后外运。

(2)、肉联厂综合废水处理方案选择

某肉联厂综合废水量3000 t/d ，CODcr为800 mg/ L，BOD₅大约500mg/ L ，SS为150mg/L，氨氮60mg/L。要求出水处理后水质达到GB8978－1996一级排放标准，请针对此种废水提出一处理方案。

参考方案：

细格栅机

水解酸化池

SBR池

砂滤池

废水

粗格栅机

清水池

工艺流程说明：肉联厂综合废水属于易于生物降解的高悬浮有机废水，含有大量血污、毛皮、碎肉等，废水经两道格栅，进入水解酸化池，经泵提升进入SBR反应器，然后重力自流进入砂滤池，出水经过二沉池经固液分离后出水。

SBR集厌氧和好氧两类特征各异的微生物于一体，充分发挥各类微生物降解污染物的能力和潜力。此种废水中氮磷含量较高，SBR生化反应池具有良好的脱氮除磷的效果。水解酸化池出水经配水井分配给两个SBR池，第二个SBR池进水比个池进水滞后两个小时，这样池在沉淀阶段停止进水，刚好第二个SBR池进水处理，而整个好氧系统宏观上表现为连续进水，进水阀门采用电磁阀控制。

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