隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和人口的不斷增加，能源，資源和環(huán)境等問題日趨嚴(yán)重，近30年來，能源的短缺變的突出。采用傳統(tǒng)的好氧生物處理方法處理廢水要消耗大量能源，發(fā)達(dá)用于廢水的能耗已占到了總電耗的1%左右。廢水好氧生物處理方法的實(shí)質(zhì)是利用電能的消耗型來達(dá)到改善廢水使其符合水域環(huán)境質(zhì)量要求的一種技術(shù)措施。所以，廢水好氧生物處理是耗能型的廢水處理技術(shù)。在眾多的廢水生物處理工藝中，人們又重新認(rèn)識(shí)采用厭氧生物處理工藝處理機(jī)廢水和機(jī)廢物技術(shù)。

廢水厭氧生物處理概述

厭氧消化的基本原理

機(jī)物厭氧消化產(chǎn)甲烷過程是一個(gè)非常復(fù)雜的由多種微生物共同的生化過程。M.P.Bryany(1979)根據(jù)對(duì)產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的研究結(jié)果，提出了三階段理論。

*階段為水解發(fā)酵階段。在該階段，復(fù)雜的機(jī)物在厭氧菌孢外酶的下，先被分解成簡單的機(jī)物，如纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成較簡單的糖類;蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡單的氨基酸;脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等。參與這個(gè)階段的水解發(fā)酵菌重要是厭氧菌和兼性厭氧菌。

二階段為產(chǎn)氫蠶乙酸階段。在該階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以為的*階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇類等轉(zhuǎn)化成乙酸和兼性厭氧菌。

三階段為產(chǎn)甲烷階段。在高階段中，產(chǎn)甲烷菌把*階段和二階段產(chǎn)生的乙酸、H2、和CO2等轉(zhuǎn)化為甲烷。

反應(yīng)器的工作原理及點(diǎn)

ABR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置若干豎向?qū)Я靼?將反應(yīng)器分隔成串聯(lián)的幾個(gè)反應(yīng)室,每個(gè)反應(yīng)室都可以看作一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的上流式污泥床系統(tǒng)(簡稱USB),廢水進(jìn)入反應(yīng)器后沿導(dǎo)流板上下折流前進(jìn),依次通過每個(gè)反應(yīng)室的污泥床,廢水中的機(jī)基質(zhì)通過與微生物充分的接觸而得到去除。借助于廢水流動(dòng)和沼上升的,反應(yīng)室中的污泥上下運(yùn)動(dòng),但是由于導(dǎo)流板的阻擋和污泥自身的沉降性能,污泥在水平方向的流速其緩慢,從而大量的厭氧污泥被截留在反應(yīng)室中。由此可見,雖然在構(gòu)造上ABR可以看作是多個(gè)UASB的簡單串聯(lián),但在工藝上與單個(gè)UASB著突出的不同,ABR更接近于推流式工藝。ABR反應(yīng)器獨(dú)的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)使得每個(gè)反應(yīng)室中可以馴化培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室中的污水水質(zhì)、環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落,從而導(dǎo)致厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得到分離,使ABR反應(yīng)器在整體性能上相當(dāng)于一個(gè)兩相厭氧處理系統(tǒng)。一般認(rèn)為,兩相厭氧工藝通過產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離,兩大類厭氧菌群可以各自生長在適宜的環(huán)境條件下,利于充分發(fā)揮厭氧菌群的活性,提高系統(tǒng)的處理效果和的穩(wěn)定性。Letting教授在預(yù)測(cè)未來厭氧反應(yīng)器的發(fā)展動(dòng)向時(shí)提出了一個(gè)潛力和挑戰(zhàn)性的新工藝思想,即分階段多相厭氧工藝(簡稱SMPA)。

開發(fā)工藝的理論基礎(chǔ)

微生態(tài)系統(tǒng)理論厭氧處理實(shí)際上是借助于不同微生物種群間的協(xié)同并通過水解酸化(產(chǎn)酸及產(chǎn)乙酸)產(chǎn)甲烷等一系列生物反應(yīng)將機(jī)底物轉(zhuǎn)化為機(jī)物的過程。在此過程中,不僅各類型的微生物對(duì)環(huán)境條件的要求不同,而且它們通過對(duì)不同底物的利用而形成類似于生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系,即微生態(tài)系統(tǒng)。因而,為使厭氧處理系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的,需創(chuàng)造適合于不同微生物種群生長的環(huán)境條件,使反應(yīng)過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及能量的流動(dòng)順利地進(jìn)行。因而,兩相及多相厭氧反應(yīng)器(SMPAR,可由一個(gè)反應(yīng)器或多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)實(shí)現(xiàn),因而它并非指某個(gè)反應(yīng)器)技術(shù)的研究已成為開發(fā)厭氧反應(yīng)器技術(shù)的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。

二階段為產(chǎn)氫蠶乙酸階段。在該階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以為的*階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇類等轉(zhuǎn)化成乙酸和兼性厭氧菌。

三階段為產(chǎn)甲烷階段。在高階段中，產(chǎn)甲烷菌把*階段和二階段產(chǎn)生的乙酸、H2、和CO2等轉(zhuǎn)化為甲烷。

工藝簡單,投資少,較低

設(shè)計(jì)簡單,沒活動(dòng)部件,同傳統(tǒng)的厭氧消化池相比,需機(jī)械攪拌裝置,也不需額外的澄清沉淀池。同UASB和FA相比,ABR法不需要昂貴的進(jìn)水系統(tǒng),也不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的三相分離器。因此,ABR法的投資少,較低。

耐沖擊負(fù)荷,適應(yīng)

由于折流板良好的滯留微生物的能力和污泥良好的沉降性能,再ABR中的微生物環(huán)境具良好的生物級(jí)配,ABR擊負(fù)荷的適應(yīng)性很強(qiáng)。D.C.Stuckey的研究表明,不論是對(duì)水力沖擊負(fù)荷還是對(duì)機(jī)沖擊負(fù)荷,均良好的適應(yīng)性。因此ABR法對(duì)于處理流量和濃度變化較大的工業(yè)廢水很好的空間。

固液,

厭氧生物團(tuán)絮凝同好氧活性污泥法的類似,是由細(xì)菌對(duì)基質(zhì)的限濃度引起,F/M值對(duì)其重要影響。低F/M值利于生物絮凝,沉降加快,出水懸浮固體濃度低。ABR的分格構(gòu)造和水流的推流狀態(tài),使得F/M隨水流逐漸降低,在后一隔室內(nèi)F/M低,且產(chǎn)量小,利于固液分離,所以能夠良好的出水水質(zhì)。

,操作靈活

由于反應(yīng)器的擋板構(gòu)造,大大減小了堵塞和污泥床膨脹等現(xiàn)象發(fā)生的可能性,可長時(shí)間穩(wěn)定。并且ABR法可根據(jù)水質(zhì)、水量的不同,通過改變擋板間距,調(diào)節(jié)HRT,甚至還可以進(jìn)行間歇操作,來滿足出水水質(zhì)的要求。ABR法還可在適當(dāng)?shù)母羰疫M(jìn)行好氧操作,以達(dá)到在同一反應(yīng)器內(nèi)除氮的

對(duì)毒物質(zhì)適應(yīng)

由于隔板將反應(yīng)器各格分隔開,所以毒物質(zhì)對(duì)反應(yīng)器的影響主要集中在ABR反應(yīng)器前部,對(duì)后部的危害較小。這使得只少數(shù)微生物暴露在毒物質(zhì)的影響下,利于整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)的馴化并能在較短時(shí)間恢復(fù)到正常的水平。

良好的生物固體截留能力

由于折流板的阻擋及通過對(duì)折流板間距的設(shè)置(水流在上向流室上升流速相對(duì)較小)為污泥的沉降和截留創(chuàng)造了一個(gè)良好的條件,因而ABR反應(yīng)器內(nèi)能截留大量的微生物,其微生物質(zhì)量濃度可達(dá)到72.08g/l。

反應(yīng)器的空間

隨著我建設(shè)的發(fā)展,廢水放量逐年增加,水環(huán)境受到嚴(yán)重污染,急需建設(shè)大批水處理設(shè)施,但卻面臨著資金和技術(shù)上的困難。ABR作為一種厭氧處理工藝,結(jié)合了二代反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn),克服了某些不足之處,如厭氧濾池所需的成本較高的濾料和UASB所需的工藝復(fù)雜的三相分離器,因而ABR具工藝簡單,造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)。另外,ABR還具生物截留,管理方便,等優(yōu)點(diǎn)。因此,ABR在我高濃度工業(yè)機(jī)廢水(如釀造、造紙、制革廢水等)的污染控制中很好的研究開發(fā)價(jià)值和推廣空間。目前已少數(shù)工程實(shí)例。在美哥倫比亞市Tenjo鎮(zhèn)污水處理采用處理生活污水。福建某生化采用處理制藥廢水工藝處理毛巾印染廢水,均取得了令人滿意的處理效果。但對(duì)于的試驗(yàn)研究目前還主要處在實(shí)驗(yàn)室階段,所以反應(yīng)器在實(shí)際工程中進(jìn)一步推廣之前,仍需要進(jìn)行大量的試驗(yàn),結(jié)合機(jī)理分析,以便深入地了解其工藝性。例如,關(guān)于反應(yīng)器構(gòu)造的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,以及反應(yīng)器內(nèi)生物的分布狀況還需要進(jìn)一步深入探討。目前尤為缺乏的是法處理高濃度工業(yè)機(jī)廢水較大規(guī)模的中試和在實(shí)際工程中的示范試驗(yàn)。