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利用厭氧性微生物的代謝特性，在毋需提供外源能量的條件下，以污水中被還原有機(jī)物作為受氫體，同時(shí)產(chǎn)生有能源價(jià)值的甲烷氣體。降解有機(jī)物的同時(shí)產(chǎn)生的沼氣（含CH4、CO2、N2、H2、O2、H2S等氣態(tài)物質(zhì)），可以被積極利用而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值。廢水處理的厭氧生物處理技術(shù)是在厭氧條件下，兼性厭氧和厭氧微生物群體將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳的過程，又稱為厭氧消化。厭氧生物處理技術(shù)在水處理行業(yè)中一直都受到環(huán)保工作者們的青睞，由于其具有良好的去除效果，更高的反應(yīng)速率和對(duì)毒性物質(zhì)更好的適應(yīng)，更重要的是由于其相對(duì)好氧生物處理廢水來說不需要為氧的傳遞提供大量的能耗，使得厭氧生物處理在水處理行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。
一般來說，廢水中復(fù)雜有機(jī)物物料比較多，通過厭氧分解分四個(gè)階段加以降解：
(1)水解階段：高分子有機(jī)物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細(xì)胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機(jī)物質(zhì)比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細(xì)胞壁進(jìn)入到細(xì)胞的體內(nèi)進(jìn)行下一步的分解。
(2)酸化階段：上述的小分子有機(jī)物進(jìn)入到細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為簡(jiǎn)單的化合物并被分配到細(xì)胞外，這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，同時(shí)還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產(chǎn)物產(chǎn)生。
(3)產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一步的產(chǎn)物進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
(4)產(chǎn)甲烷階段：在這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。這一階段也是整個(gè)厭氧過程最為重要的階段和整個(gè)厭氧反應(yīng)過程的限速階段。
厭氧技術(shù)發(fā)展過程大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：
第一階段(1860-1899年)：簡(jiǎn)單的沉淀與厭氧發(fā)酵合池并行的初期發(fā)展階段。這個(gè)發(fā)展階段中，污水沉淀和污泥發(fā)酵集中在一個(gè)腐化池(俗稱化糞池)中進(jìn)行，泥水沒有進(jìn)行分離。
第二階段(1899-1906年)：污水沉淀與厭氧發(fā)酵分層進(jìn)行的發(fā)展階段。
第三階段(1906-2001年)：獨(dú)立式營建的高級(jí)發(fā)展階段。這個(gè)發(fā)展階段中，沉淀池中的厭氧發(fā)酵室分離出來，建成獨(dú)立工作的厭氧消化反應(yīng)器。
與此相對(duì)應(yīng)的是，厭氧生物處理技術(shù)的反應(yīng)器主體也經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)代。
第一代厭氧反應(yīng)器是以普通厭氧消化池(CADT)，厭氧接觸工藝(ACP)為代表的低負(fù)荷系統(tǒng)。
第二代反應(yīng)器是20世紀(jì)60年代末以在反應(yīng)器內(nèi)保持大量的活性污泥和足夠長的污泥齡為目標(biāo)，利用生物膜固定化技術(shù)和培養(yǎng)易沉淀厭氧污泥的方式開發(fā)出的。如厭氧濾器(AF)、厭氧流化床(AFB)、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(ARBCP)、上流式厭氧污泥床(IAASB)、厭氧附著膨脹床(AAFEB)等。其中UASB反應(yīng)器為應(yīng)用最廣的反應(yīng)器，在其為代表的第二代反應(yīng)器的研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)上開發(fā)出了新一代反應(yīng)器。
第三代厭氧反應(yīng)器是在將固體停留時(shí)間和水力停留時(shí)間相分離的前提下，使固液兩相充分接觸，從而既能保持大量污泥又能使廢水和活性污泥之間充分混合、接觸以達(dá)到真正高效的目的。目前研究較多的有：厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)、厭氧內(nèi)循環(huán)(IC)等。
在此，檢驗(yàn)介紹幾種應(yīng)用比較廣泛的厭氧技術(shù)：
1、厭氧生物濾池
厭氧生物濾池的構(gòu)造與一般的生物濾池相似，池內(nèi)設(shè)填料，但池頂密封。廢水由池底進(jìn)人，由池頂部排出。填料浸沒于水中，微生物附著生長在填料之上。濾池中微生物量較高，平均停留時(shí)間可長達(dá)150d左右，因此可以達(dá)到較高的處理效果。濾池填料可采用碎石、卵石或塑料等，平均粒徑在40mm左右。
2、厭氧接觸工藝
厭氧接觸工藝又稱厭氧活性污泥法，是在消化池后設(shè)沉淀分離裝裝置，經(jīng)消化池厭氧消化后的混合液排至沉淀池分離裝置進(jìn)行泥水分離，澄清水由上部排出，污泥回流至厭氧消化池。這樣做既避免了污泥流失又可提高消化池容積負(fù)荷，從而大大縮短了水力停留時(shí)間。厭氧接觸工藝的一般負(fù)荷：中溫為2-10kgCOD/(m3˙d)，污泥負(fù)荷≤0.25kgCOD/(kgVSS˙d)，池內(nèi)的MLVSS為10-15g/L。
3、UASB
ASB反應(yīng)器污泥床區(qū)主要有沉降性能良好的厭氧污泥組成，濃度可達(dá)到50-100g/L或更高。沉淀懸浮區(qū)主要靠反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低，一般在5-40g/L范圍內(nèi)，在反應(yīng)器的上部設(shè)有氣(沼氣)、固(污泥)、液(廢水)三相分離器，分離器首先使生成的沼氣氣泡上升過程偏折，穿過水層進(jìn)入氣室，由導(dǎo)管排出。脫氣后混合液在沉降區(qū)進(jìn)一步固、液分離，沉降下的污泥返回反應(yīng)區(qū)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的微生物。待處理的廢水由底部布水系統(tǒng)進(jìn)入，澄清后的處理水從沉淀區(qū)溢流排除。在UASB反應(yīng)器中能得到一種具有良好沉降勝能和高比產(chǎn)甲烷活性的顆粒厭氧污泥，因而相對(duì)其他的反應(yīng)器有一定優(yōu)勢(shì)：顆粒污泥的相對(duì)密度比人工載體小，靠產(chǎn)生的氣體來實(shí)現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸，省卻攪拌和回流污泥設(shè)備和能耗;三相分離器的應(yīng)用省卻了輔助脫氣裝置;顆粒污泥沉降性能良好，避免附設(shè)沉淀分離裝置和回流污泥設(shè)備：反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體，提高容積利用率。
4、EGSB
20世紀(jì)90年代初，荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)開始了厭氧膨脹顆粒污泥床(簡(jiǎn)稱EGSB)反應(yīng)器的研究。Lettinga教授等人在利用UASB反應(yīng)器處理生活污水時(shí)，為了增加污水污泥的接觸，更有效地利用反應(yīng)器的容積，改變了UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作參數(shù)，使反應(yīng)器中顆粒污泥床在高的液體表面上升流速下充分膨脹，由此產(chǎn)生了早期的EGSB反應(yīng)器。EGSB反應(yīng)器實(shí)際上是改進(jìn)的UASB反應(yīng)器，區(qū)別在于前者具有更高的液體上升流速，使整個(gè)顆粒污泥床處于膨脹狀態(tài)，這種獨(dú)有的特征使其可以具有較大的高徑比。EGSB反應(yīng)器主要由主體部分、進(jìn)水分配系統(tǒng)、氣液固三相分離器和出水循環(huán)等部分組成，結(jié)構(gòu)。其中，進(jìn)水分配系統(tǒng)是將進(jìn)水均勻分配到整個(gè)反應(yīng)器的底部，產(chǎn)生一個(gè)均勻的上升流速：三相分離器是EGSB反應(yīng)器最關(guān)鍵的構(gòu)造，能將出水、沼氣和污泥三相有效分離，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)有效持留;出水循環(huán)部分是為了提高反應(yīng)器內(nèi)的液體表面上升流速，使顆粒污泥與污水充分接觸，避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生。
5、IC
IC內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器為荷蘭帕克公司的專利產(chǎn)品，目前帕克公司在全球有300多臺(tái)IC反應(yīng)器得以應(yīng)用。相對(duì)于UASB只在頂部有一級(jí)三相分離器，IC內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器具有兩級(jí)三相分離器。IC反應(yīng)器實(shí)際上由兩級(jí)UASB構(gòu)成，底部UASB負(fù)荷高，頂部負(fù)荷低。因?yàn)樵谝患?jí)分離時(shí)收集了大量沼氣，其對(duì)廢水的擾動(dòng)減少，使得在二級(jí)三相分離中得到更好的氣、水、泥分離效果。二級(jí)分離的lC反應(yīng)器確保了最佳的污泥停留時(shí)間，這樣對(duì)于處理一些化工廢水是很有利的，因?yàn)檫@些廢水厭氧污泥產(chǎn)量很小。IC反應(yīng)器具有一個(gè)自調(diào)節(jié)的氣提內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，循環(huán)廢水與原水混合將稀釋進(jìn)水濃度。內(nèi)循環(huán)作用所帶來的能量使得泥水在底部混合更加充分，從而污泥活性也得到增加。IC內(nèi)循環(huán)所行成的廢水內(nèi)部稀釋可以減少生產(chǎn)所帶來的負(fù)荷波動(dòng)。IC反應(yīng)器的容積負(fù)荷(15-30kgCOD/m3)為UASB(7-15kgCOD/m3)的兩倍。
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