高濃度有機廢水厭氧處理研究

彭驪

（江蘇省宜興市公用市政設計院，江蘇 宜興214200）

1 引言

作為水體的重要污染物之一，有機污染是水質變壞、發黑、發臭的罪魁禍首。隨著現代化工業的發展，這種污染已成為一個全球性問題。特別是某些工業生產過程中產生的高濃度有機廢水，如不經處理直接排放將對水體造成嚴重的危害。因此，對高濃度有機廢水的處理應作為廢水處理領域的一項重要的任務加以重視。

2 高濃度廢水的來源及危害

對高濃度有機廢水的定義通常是指廢水COD大于1 000mg/L的廢水[1]，如食品、發酵、化工、煉焦、醫藥、造紙、制革等行業排出的廢水大多屬于高濃度廢水。這些廢水成分復雜，COD、BOD、SS含量高且排放量大，部分含有有毒有害物質，對環境造成了極大的影響。

高濃度有機廢水對環境的危害主要表現在需氧性污染危害，消耗水中的溶解氧危害水生物的生長繁殖；酸、堿污染危害，改變水體pH值，干擾水體自凈能力；感官性污染危害；致毒性污染危害，排入水體的有毒物質不容易被降解，會通過食物鏈富集進入人體，危害人體健康等幾個方面。

3 厭氧工藝處理高濃度廢水

高濃度廢水處理方法主要有化學處理法、物化處理法和生物處理法。生物處理法又因其成本低、處理效果好得到關注。生物處理法中的好氧生物處理適于中低濃度的廢水，厭氧處理技術適用于處理高濃度有機廢水。厭氧處理技術主要是利用反應器內部的厭氧菌水解、產酸和產甲烷等階段降解廢水中的有機污染物[2]。此過程不但耗能低，而且能夠在有機物厭氧降解的同時，產生沼氣能源，具有較好的處理潛力和經濟效益，且負荷高、產泥少、耐沖擊負荷等多種優點而受到廣大科研工作者的重視。經過100多年的發展，厭氧生物反應器已經發展到第3代，現分別對其進行介紹。

3.1 內循環（IC）厭氧反應器

IC厭氧反應器是由荷蘭PAQUES公司在20世紀80年代研發推出的，用以處理馬鈴薯、啤酒、食品加工等工業廢水。IC厭氧反應器由兩個UASB反應器一體化組合而成，通過采用內循環技術大大提高了COD容積負荷，能產生高的沼氣量，再配合內循環液的作用，污泥處理膨脹流化的狀態，實現了泥水之間的良好接觸，強化傳質效果。

與UASB相比，IC反應器有更高的容積負荷，內循環提高了第一反應區的液相上升流速，強化了廢水中有機物和顆粒污泥間的傳質，使其有機負荷升高；IC厭氧反應器有更高的抗沖擊負荷能力，運行的穩定性更好，主要是因為內循環的形成，使得IC厭氧反應器第一反應區的實際水理大于進水量，循環水量可達進水量的3～20倍，進水與循環水在第一反應區充分混合，能使高濃度廢水和含有有毒物質的廢水得到稀釋，大大降低了其濃度及毒性，降低原水對反應器的沖擊，從而提高反應器的耐沖擊能力。通常情況下，IC厭氧反應器的容積負荷是普通UASB的4倍左右，所以基建投資省，占地面積也更小。IC厭氧反應器具有運行穩定性好、抗沖擊負荷能力強、有機負荷高、占地面積小等一系列優點，已成為第三代厭氧反應器的代表工藝之一。

3.2 折流板厭氧反應器

ABR反應器是由美國Stanford大學的Bachman和McCcrty等于20世紀80年代提出的一種高效新型厭氧反應器，能有效改善單體反應器中存在的床體膨脹和床中水力溝流現象。反應器內設置若干豎向導游板，將反應器分隔串聯成幾個反應室，廢水進入反應器后沿導流板上下折流前進，廢水中的有機質通過與微生物的充分接觸而去除。ABR反應器獨特的分格式結構及推流式液態使得每個反應室中可以培養出與流至該反應室中的污水水質、環境條件相適應的微生物群落，從而導致厭氧反應產酸相和產甲烷相的分離，兩大類厭氧菌群可以生長在各自最適宜的環境條件下，有利于充分發揮厭氧菌群的活性，提高系統的處理效果。

ABR反應器的優點在于結構簡單、無需機械混合裝置、不易阻塞、污泥床膨脹程度較、投資成本和運轉費用低；水力停留時間短、可采用間歇運行方式、耐水力沖擊負荷和有機沖擊負荷能力強。

3.3 膨脹顆粒污泥床

膨脹顆粒污泥床（EGSB）是荷蘭 Wageningen農業大學Lettinga于1976年提出，是對UASB的一種改進工藝，在UASB的基礎上提高了液體的上升流速[3]：UASB采用的水力不升流速一般小于1m/h，而EGSB采用較大高徑比和出水回流循環量/進水流量比，使其上升流速達到5～10m/h。EGSB的主要組成部成有進水配水系統、氣固液相分離器、出水系統以及進出水循環系統。

EGSB主要特點是采用處理出水回流，回流可增加反應器的水力負荷，并且對超高濃度廢水及有毒物質有一定的稀釋效果，既能保證高濃度污水處理效果，也能降低有毒物質的抑制與毒害；反應器的設計采用塔形結構，有較高的高徑比，能在提高上升流速的同時減少占地面積；高的水力負荷也使上面上升流速和攪拌速度增強，確保廢水與污泥的充分接觸，傳質得到強化，有效的解決了UASB的短流、堵塞等問題。

3.4 序批間歇式厭氧生物反應器

厭氧序批式反應器（ASBR）是20世紀90年代由美國R.R.Dague等[4]提出的一種新型高效厭氧反應器。ASBR工藝是一種間歇進水、間歇排放、懸浮生長的厭氧生物處理工藝。它由一個或者幾個ASBR反應器組成，運行時，從廢水分批進入反應器中，經與厭氧污泥進行混合接觸、生化反應和沉淀，到凈化后的上清液排出，完成一個運行周期，不必設置空轉期。進水階段反應器內基質濃度驟然增高，微生物獲得巨大推動力；反應階段是有機基質轉化成生物氣的一個重要階段，這一階段的時間由基質性質、出水水質要求等多種因素決定，反應過程中可進行攪拌；沉淀階段停止攪拌以使泥水分享，反應器自身也為澄清池；在有效的泥水分離后進行出水。

這種工藝能夠延長污泥在反應器的停留時間，增加污泥濃度，在反應器內能培養出沉降性能好、活性高的顆粒污泥，提高厭氧反應器的負荷和處理率，同時大大縮短具了水力停留時間，從而減小了反應器的容積，有利于厭氧技術用于生產規模的廢水處理，增強了厭氧系統的穩定性和對不良因素的適應性[5]。盡管ASBR運行上類似于厭氧接觸，，但ASBR的固液分離在反應器內部進行，出水固液分離效果好，不需另設澄清池；另外ASBR中不需設置UASB中復雜的三相分離器，具有工藝簡單、投資省、操作靈活、生化反應推動力大等優點，而且溫度對ASBR反應器影響小，適應范圍廣。

4 結語

隨著社會經濟的發展，高濃度有機廢水的種類和數量將不斷地增加，厭氧處理在這一領域的運用必將越來越廣泛。但是隨著高濃度廢水處理難度的增加，單一的厭氧污水處理技術的運用存在一定的局限性。新型厭氧技術的產生以及不斷改進的現有厭氧污水處理技術將在高濃度廢水處理領域發揮日益重要的作用。

[1]童 昶，沈耀良，趙 丹，等.厭氧反應器技術的發展及ABR反應器的工藝特點[J].江蘇環境科技，2001，14（4）：9～11

[2]徐曉秋.高濃度有機廢水厭氧處理技術的研究進展與應用現狀[J].應用能源技術，2010（12）：6～9.

[3]Lettinga G.Anaerobic treatment of sewage and low strength wastewater.Proc[J].Anaerobic digestion，1984（2）：271～279.

[4]Dague R E，McKinney J T.Anaerobic activated sludge[J].Water Poll Control Fed.，1996，38（2）：220～226.

[5]李亞新，李玉瑛.厭氧生物處理新工藝－厭氧序批式反應器[J].工業用水與廢水，2002，33（1）：4～6.