廢水厭氧生物處理是環境工程與能源工程中的一項重要技術，是有機廢水強有力的處理方法之一，過去，它多用於城市污水廠的污泥、有機廢料及其部分高濃度有機廢水的處理，在建築物形式上主要採用普通消化池，由於存在水力停留時間長、有機負荷低等缺點，較長時間限制了它在廢水處理中的套用，20世紀70年代以來，世界能源短缺日益突出，能生產能源的廢水厭氧技術受到重視，研究與實踐不斷深入，開發了各種新型工藝與設備，大幅度地提高了厭氧反應器內活性污泥的持有量，使處理時間大大縮短，效率提高。
基本介紹
- 中文名：厭氧反應塔
- 外文名：Anaerobic reactor
- 形式：普通消化池
- 優點：套用範圍廣 能耗低
- 用途：有機廢水處理
- 學科：環境工程與能源工程
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厭氧生化法的基本介紹
廢水厭氧生物處理是環境工程與能源工程中的一項重要技術，是有機廢水強有力的處理方法之一。厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優缺點：
七個方面的優點：
● 套用範圍廣
● 能耗低
● 負荷高
● 剩餘污泥量少
● 氮、磷營養需要量較少
● 厭氧處理過程有一定殺菌作用，可以殺死廢水與污水中的寄生蟲、病毒等
● 厭氧活性污泥可以長期儲存，厭氧反應器可以季節性或間歇性運轉。
三個方面的缺點：
● 厭氧微生物增殖緩慢，因而厭氧設備啟動和處理時間比好氧設備大
● 出水往往需要進一步處理，故一般在厭氧處理後串聯好氧處理
● 厭氧處理系統操作控制因素較為複雜
厭氧生化法的套用範圍
●有機污泥處理
●高濃度有機廢水
●中、低濃度有機廢水
●城市廢水處理
厭氧生化法的基本原理
基本定義：廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧生物（包括兼氧生物）的作用，將廢水中的各種複雜有機物分子轉化成甲烷、二氧化碳等物質的過程，稱為厭氧消化。
污水厭氧生物處理是在無氧的條件下利用厭氧微生物的降解作用使污水中有機物質達到淨化的處理方法。在無氧的條件下，污水中的厭氧細菌把碳水化合物、蛋白質、脂肪等有機物分解生成有機酸，然後在甲烷菌的作用下，進一步發酵形成甲烷、二氧化碳和氫等，從而使污水得到淨化。是生活污水污泥、高濃度有機物工業廢水和糞便等良好的處理方法之一。
厭氧消化處理分為三個階段：
第一階段：水解酸化階段
第二階段：產氫產乙酸階段
第三階段：產甲烷階段
厭氧塔工作原理
概述
厭氧塔（升流式厭氧複合床反應器UBF）
厭氧複合床反應器實際是將厭氧生物濾池AF與升流式厭氧污泥反應器UASB組合在一起，因此又稱為UBF反應器。厭氧複合床反應器下部為污泥懸浮層，而上部則裝有填料。可以看做是將升流式厭氧生物濾池的填料層厚度適當減小，在池底布水系統與填料層之間留出一定的空間，以便懸浮狀態的顆粒污泥能在其中生長積累，因此又構成一個UASB處理工藝。當污水依此通過懸浮污泥層及填料層，有機物將與污泥層顆粒污泥及填料生物膜上的微生物接觸並被分解掉。
工作原理
經過調節pH和溫度的廢水首先進入反應器底部的混合區，並與來自外循環回流的泥水混合液充分混合後進入顆粒污泥膨脹床區進行COD生化降解，此處的COD容積負荷很高，大部分進水COD在此處被降解，產生大量沼氣。由於沼氣氣泡形成過程中對液體做的膨脹功產生了氣提的作用，使得沼氣、污泥和水的混合物上升，經過填料區的降解後，混合液至反應器頂部的三相分離器，沼氣在該處與泥水分離後並被導出處理系統。泥水混合物則沿擋泥板下降至反應器底部的混合區，並於進水充分混合後再次進入污泥膨脹床區，形成所謂內循環。根據不同的進水COD負荷和反應器的不同構造，外循環回流量可達進水流量的0.5-10倍。經膨脹床處理後的廢水除一部分參與循環外，其餘污水繼續上升，污水進入填料區進行剩餘COD降解與產沼氣過程，提高和保證了出水水質。由於大部分COD已經被降解，所以填料區的COD負荷較低，產氣量也較小。該處產生的沼氣也是由三相分離器收集，通過集氣管導出處理系統。經過填料區處理後的廢水經三相分離器作用後，上清液經出水區排走，顆粒污泥則返回污泥床。
厭氧塔部件組成及特點
UBF的組成：厭氧塔塔塔體為玻璃鋼整體纏繞的圓筒型塔體，無分段連線法蘭。具體結構由塔體、布水系統、污泥床、生物載體區、三相分離器、浮渣速排裝置和回流系統等組成。
UBF反應器特點可歸納為：
(1) UBF反應器結構緊湊， 集厭氧生物濾池（AF）與升流式厭氧污泥反應器（UASB），和沉澱於一體。
(2) UBF反應器的最大特點是能在反應器內形成顆粒污泥，使反應器內平均污泥濃度達到30～40g/L,底部污泥濃度可高達60～80g/L。
(3) UBF反應器具有很高的容積負荷，一般為10～20kgCODCr/(m3·d)，最高可達30kgCODcr/(m3·d)。而且水力停留時間短，通常採用中溫厭氧消化，有時可以在常溫下運行。
(4)反應器內設三相分離器，在沉澱區分離的污泥能自動回流到反應區，而切還增加了回流裝置。並利用自身產生的沼氣和進水水流來實現攪拌混合，也不需要混合攪拌設備。因此，簡化了工藝環節和減少了系統工藝設備，維護運行較簡單。
(5) UBF反應器內設有生物載體區，是一種懸浮生長型和附著生長的厭氧消化方法，厭氧複合床反應器（UBF）與厭氧生物濾池相比，減少了填料層的高度，也就減少了濾池被堵塞的可能性；與UASB法相比，填料層既是厭氧微生物的載體，又可截留水流中的懸浮厭氧活性污泥碎片，從而能使厭氧反應器保持較高的微生物量，並使出水水質得到保證。
厭氧複合床反應器綜合了厭氧生物濾池與升流式厭氧污泥反應器的優點，克服了它們的缺點，不但增加了生物量，而且提高了反應區的容積利用率，反應器的總高度可大於10m，從而減少了占地面積，處理能力也有較大提高。
反應器採用玻璃鋼材質，一次整體纏繞工藝成型，製作方便、強度高、占地面積小、處理效率高、效果好、耐腐蝕、抗老化、使用壽命長。
反應器可配備線上分析儀、PH控制計、差壓變送器、壓力感測器、流量感測器、電導率儀、液位控制計、電磁閥、變頻器及控制櫃等組成的控制系統，以上控制情況均以數字形式顯示在顯示器界面上，使管理人員一目了然，並有故障報警，便於管理與維護。
厭氧塔的運行管理
1．厭氧生物處理設施運行管理應該注意的問題
(1) 當被處理污水濃度較高（CODCr值大於5000mg/L）時，必須採取回流的運行方式，回流比根據具體情況確定，有效的回流，不僅可以降低進水濃度，還可以增大進水量，保證處理設施內的水流分布均勻，避免出現短流現象。回流還可以防止進水濃度和厭氧反應器內pH值的劇烈波動，使厭氧反應平穩進行，也就是說可以減少厭氧反應對鹼度的需求量，降低運行費用。厭氧反應是產能過程，出水溫度高於進水．因此冬季氣溫低時，反應器內的溫度恆定，儘可能使厭氧微生在其最適宜溫度下活動。
(2)一般的工業廢水溫度難以達到35℃，需要加熱（尤其在冬季）。因此，為節約加溫所需能量，一方面要注意保溫（包括採取加大回流量等措施），儘可能防止反應器熱量散失，另一方而要充分發揮反應器內污泥濃度較大的特點，儘可能提高反應器內污泥濃度，減弱溫度對厭氧反應的影響。
(3)沼氣要及時有效地排出。厭氧消化過程必定伴隨著沼氣的產生，沼氣對污泥可以起到攪拌和作用，促進污水與污泥的混合接觸，這是其有利的一面。同時，沼氣的存在也會起到類似浮渣的作用，沼氣向上溢出時將部分污泥帶到液面，導致浮渣的產生和出水中懸浮物含量增加及水質變差。因此，要設定氣體擋板和集氣罩，將沼氣從厭氧消化裝置內引出，在出水堰附近留有足夠的沉澱區，以保證出水水質。
(4)污泥負荷要適當。為保持厭氧消化過程三個階段的平衡，使揮發性脂肪酸等中間產物的生成與消耗平衡，防止酸積累導致pH值下降，進水有機負荷不宜過高，一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS·d)。可以通過提高反應器內污泥濃度，在保持相對較低的污泥負荷條件下，獲得較高的容積負荷。一般來說，厭氧消化裝置的容積負荷都在5kg CODcr/(m3·d)以上，甚至高達50kg CODcr/( m3·d)。
(5)當被處理污水懸浮物濃度較大（一般指1000mg/L以上）時，就應當對污水進行沉澱、過濾、或浮選等適當的預處理，以降低進水的懸浮物含量，防止填料層堵塞。一般AF的進水懸浮物不超過200mg/L，但如果懸浮物可以生物降解而且均勻分散在污水中，則懸浮物對AF幾乎不產生不利影響。
(6)要充分創造厭氧環境。無氧是厭氧微生物正常活動的前提，甲烷菌則必須在絕對的厭氧環境下才能高效率發揮作用。在污水提升進入厭氧消化裝置、出水回流等環節都要儘可能避免與空氣的接觸，儘可能減少與空氣接觸的機會。如水流過程中儘量不要出現跌水、攪動等現象，調節池、回流池等要加蓋封閉，污水提升不要使用氣提泵。厭氧反應構築物最好經過氣密試驗，確保嚴密無滲漏。
2．厭氧生物反應器的控制指標
(1)氧化還原電位：利用測定氧化還原電位的方法判定厭氧反應器內的多個氧化還原組分系統是否平衡狀態，雖然這種方法可靠性較差，但由於氧化還原電位測定簡單，和其他監測指標結合起來套用，有一定的指導意義。
(2)丙酸鹽和乙酸鹽濃度比：如果厭氧反應器有機負荷超過正常範圍，在其他運行參數發生變化之前，丙酸鹽和乙酸鹽濃度之比會立即升高。因此可以將丙酸鹽和乙酸鹽濃度之比作為厭氧反應器超負荷引起運行異常的靈敏而可靠的警示指標。
(3)揮發性酸VFA：揮發性酸的異常升高是厭氧反應器中產甲烷菌代謝受到抑制的最有效指標。
(4)苯乙酸：苯乙酸是降解芳香組胺基酸和木質素等大分子有機物產生的中間產物，當處理含有這類污染物的污水時，厭氧處理出水中苯乙酸含量是比揮發性酸更為敏感的反映厭氧反應器運行狀態的指標。
(5)甲硫醇：甲硫醇氣味獨特，即使含最很低，人們也能憑嗅覺感覺出來。甲硫醇含量突然增加（氣味突然出現或加大）往往表明進水中氯代烴類有毒物質含量突然增加。
(6)一氧化碳CO:：CO的產生與甲烷的產生密切相關，CO難溶於水，可以實現線上監測。氣相中CO的含量和液相中乙酸鹽的濃度有良好的相關性，CO的含量變化與重金屬和由有機毒性所引起的抑制作用也有關係。
3．厭氧生物反應器維持高效率的基本條件
(1)適宜的pH值：為使厭氧順利進行，反應器中的pH值必須在6.5～8.2之間。
(2)充足的常規營養：反應器內氮的濃度必須在40～70mg/L範圍內才能滿足需要，而磷和硫化物維持較低的濃度即可滿足需要。甲烷菌對硫化物和磷有專性需要，必須在反應器內保證其含量，有時需要向進水中投加磷肥和硫酸鹽。
(3)必要的微量專性營養元素：對甲烷菌有激活作用的專性營養元素有鐵、鈷、鎳、鋅、錳、鉬、銅甚至硒、硼等很多種，缺少其中一種就可能嚴重影響整個生物處理過程。
(4)合適的溫度：厭氧反應一般在30～37℃的中溫條件下運行。
(5)對毒性適應能力：必須完成厭氧微生物對有毒物質適應性的馴化。
(6)充足的代謝時間：要同時保證厭氧生物處理的水力停留時間HRT和固體停留時間SRT。
(7)適量的碳源：來自進水中的有機物要滿足異養型甲烷菌用於生物合成所需要的碳源，同時反應器內的溶解性C02要滿足自養型甲烷菌所需要的碳源。
(8)污染物向微生物的傳質良好：厭氧生物反應器內的顆粒污泥在流化狀態下傳質能力較好，但生物量過多積累或使用厭氧生物膜法時生物膜過厚都可能產生傳質問題，要定期排出剩餘生物污泥或提高回流比減少部分傳質阻力。
