厭氧生物處理污水的實踐與效果研究

□安 靜（平頂山市水利局）

厭氧生物處理是在無氧條件下，由兼性菌及專性厭氧細菌降解有機物，最終的產物是CO2和CH4。“三階段模式”是當前較為公認的厭氧生物處理理論，即完整的厭氧反應是由水解階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段組成。

厭氧生物處理工藝的共同特點是有機物負荷高，污泥產量低；能耗低，營養物需要量少；應用水質范圍廣，有些有機物對好氧微生物來說是難降解的，而厭氧微生物則可降解之的；對水溫的適宜范圍廣，厭氧菌能在10～555℃的范圍內不同程度地發揮作用；由于厭氧或兼性微生物對有機物只進行不徹底降解，所以厭氧工藝往往作為好氧生物處理預處理。

1.處理的效果

1.1 上流式厭氧污泥床（UASB）處理工藝

1.1.1 工藝特點

一是，該工藝的顯著特點是反應器中的污泥培養成熟后呈黑色或褐色顆粒狀，活性高，抗沖擊負荷能力強；二是，反應器中無需安裝攪拌裝置，通過反應區產生的沼氣上升、遷移作用實現攪拌目的，操作管理簡單；三是，UASB 采用脈沖布水器進水，使反應產物CH4和CO2 迅速移出反應器，pH 自行提高，有利于厭氧反應的順利進行。

1.1.2 設計進水水質

2010年11月份UASB 進水水質指標CODCr 基本穩定在2750mg/L 左右，該項目設計進水水質見表1

表1 UASB 反應器設計進水水質表

1.1.3 運行效果

2010年11月份反應器出水水質可知，出水COD 基本穩定在350mg/L 左右。

1.2 內循環厭氧反應器（IC）處理工藝

1.2.1 工藝特點

有機負荷高，進水有機負荷達到普通厭氧反應器的3 倍以上，污泥濃度高，微生物量大；內循環使得傳質效果好。

該項目反應器容積負荷率達到同等規模、水質相近的UASB 反應器3 倍左右，高徑比為6，節省投資和占地面積，非常適合用地緊張的企業。

抗沖擊負荷能力強，本項目COD 最低接近2000mg/L 時，內循環流量為進水量的3 倍；COD 最高接近15000mg/L 時，內循環流量為進水量的16 倍；內循環水使原水中的有害物質得到充分稀釋，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。

抵抗低溫能力強：由于IC 反應器含有大量的微生物，外界溫度的變化對反應器的影響不再顯著或嚴重。IC 反應器可在常溫（20～25℃）下運行，節省了能量。

內部自動循環，不必外加動力：IC 反應器通過自身產生的沼氣作為提升動力實現混合液內循環，無需設泵強制循環，節省了動力消耗，提高了系統的安全性。

1.2.2 進水水質設計

2010年11月份反應器進水COD 基本穩定在12000mg/L左右，設計進水水質見表2。

表2 IC反應器設計進水水質表

1.2.3 運行效果

2010年11月份反應器出水水質可知，出水COD 基本穩定在1700mg/L 左右。

1.3 EGSB 處理工藝

1.3.1 工藝特點

一是，該項目反應器采用了塔式結構，高徑比較大，占地面積小；二是，EGSB 是固體流態化技術在有機廢水生物處理領域的具體應用。反應器的工作區域運行狀態時容積膨脹率最大約為25%，進水速率較低，其結果，既保證了進水基質與污泥顆粒的充分接觸和混合，加速生化反應過程，又有利于消除或減輕固定床中常見的底部負荷過重的狀況，增加反應器的有機負荷承；三是，污泥呈顆粒狀，活性高，沉降性能好，粒徑和強度較大；四是，對被處理有機廢水濃度要求不嚴，既能處理高濃度廢水，又能處理低濃度廢水。

1.3.2 設計進水水質

2010年11月份進水指標波動較大，COD 為2000mg/L～3000mg/L，設計進水水質見表3：

表3 EGSB 反應器設計進水水質表

1.3.3 運行效果

2010年11月份反應器出水水質可知，出水COD 基本穩定在4500mg/L 左右。

1.4 水解酸化（HUSB）處理工藝

1.4.1 工藝特點

一是，水解酸化過程實際上是微生物厭氧反應的第一階段，各種不溶性大分子有機底物（如纖維素、蛋白質、木質素等）首先水解為溶解性單體或二聚體，然后進一步生成揮發酸。二是，與混合厭氧工藝相比，水解酸化適應條件更為寬松。氧化還原電位（ORP）不超過50mV 即可順利進行，而混合厭氧系統ORP 必須滿足甲烷菌的要求，即-300mV 以下；水解酸化的最佳pH 值為5.5～6.5，但生產過程中由于不存在丙酸抑制的問題，通常不必刻意控制pH 值；水解酸化對溫度無特殊要求，常溫下運行即可獲得較為滿意的效果。三是，水解酸化工藝無需設三相分離器，以及生物氣的收集、凈化和儲存等設施，構筑物簡單，操作方便。

1.4.2 設計進水水質

2010年11月份進水水質基本穩定在2400mg/L 左右，設計進水水質見表4。

表4 HUSB 反應器設計進水水質表

1.4.3 運行效果

2010年11月份反應器出水水質見表4，由表可知，出水COD 基本穩定在800mg/L 左右。

2.分析研究

運行實踐表明，沒有脫氮要求的廢水可以采用UASB 厭氧反應器；COD 高于2000mg/L 時，IC 工藝是適用的，COD 含量較低時，沼氣產生量較少，使反應區的污泥很難形成有效的膨脹和流態化狀態，處理效率下降；EGSB 特別適合處理低溫和濃度相對較低的廢水，當沼氣產率低、混合強度低時，較大的進水動能和顆粒污泥床的膨脹將獲得比傳統UASB 反應器更好的運行效果，從實際工程的運行結果看，EGSB 用于屠宰與肉類加工廢水是可行的，但需要一定的徑深比，池子需要采用鋼板焊接，焊接工藝要求高，施工周期較長，并且每隔一段時間需要進行防腐，運行成本高于UASB；HUSB 工藝處理效率最低，但對于需要脫氮的廢水，不宜采用UASB、IC、EGSB 工藝，而適合采用對原水BOD 有一定降解且不影響脫氮碳源量的HUSB 工藝，另外，HUSB 不舍沼氣收集、脫硫、儲存系統及貨柜等配套設施，投資及運行成本均較其它3 種工藝低，目前屠宰與肉類加工廢水處理中HUSB 采用占多數。

3.結語

厭氧生物處理工藝多樣，能耗低，污泥產量少，操作簡單，但不同性質的廢水需要根據其生物降解特點和設計目的選取適宜的厭氧工藝，并在厭氧生物處理之后設置好氧生物處理工藝。對屠宰與肉類加工廢水以及性質類似的其他廢水，UASB、IC、EGSB 和HUSB 工藝均能要求，但綜合考慮投資、用地、能耗、操作的便利性等因素，HUSB 越來越受到歡迎。