摘要：本文简介了污泥厌氧消化技术的情况，对该技术在国内外的主要研究进展和应用现状做了较详细的描述;提出了国内的污泥厌氧消化技术研究重点,展望了该技术的发展趋势
关键词：厌氧处理技术；现状；发展趋势
厌氧生物处理技术是在厌氧条件下,利用厌氧微生物降解作用将有机污染物转化为甲烷、水、二氧化碳、硫化氢和氨等复杂的生化过程。厌氧生物处理技术在污水处理中的应用己有一个多世纪,其中厌氧反应器是该处理技术发展最快的领域之一。实践证明,保持足够的生物量并使污水与污泥充分的混合接触是厌氧反应器高效、稳定运行的关键,由此产生了多种不同类型的厌氧反应器。由厌氧反应器的发展历程可以看出,第一、二代厌氧反应器研究重点主要集中于反应器的结构方面,而第三代厌氧反应器的主要集中于厌氧微生物的固定化污泥颗粒化技术的研究。
1 厌氧生物反应器的发展历程
1.1第一代厌氧反应器
第一代厌氧生物反应器的典型特征是没有专门的污泥持留机制。以传统消化器和高速消化器为典型代表。传统厌氧消化器没有设置加热和搅拌装置，存在易分层、效率低的缺陷。废水从池子一端连续输入，从另一端连续输出，由于泥水分层，基质与微生物接触不良，容积效能较低。一般设计HRT为30~90d。设计负荷为1.0-1.5kgVSSm-3d-1。
1.2第二代厌氧反应器
第二代厌氧生物反应器的典型特征是设置了专门的污泥持留机制，以厌氧接触（AC）反应器、厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)反应器为典型代表。其主要特点有：SRT长于HRT，装置内生物量很高。
厌氧接触（AC）反应器由于厌氧微生物生长较慢，分离流失污泥以延长成为提高反应器效能的关键。1957年，Shrorfer在高效厌氧消化器后增设了沉淀池，用以分离流失污泥并将其返回至反应器内，实现HRT与SRT分离，由此诞生了厌氧接触消化器。在厌氧接触反应器中，废水先进入消化池与回流的厌氧污泥相混合，废水中的有机物被厌氧污泥所吸附、分解，厌氧反应所产生的沼气由顶部排出；消化池于沉淀池内完成固液分离，上清液由沉淀池排出，同时将部分污泥回流至厌氧消化池，部分作为剩余污泥进行处置。
上流式厌氧污泥床USAB反应器：在USAB反应器中，有机废水由底部布水器进入反应器，然后经过颗粒污泥床以及悬浮污泥层后继续向上流动。此过程中，有机废水与污泥充分接触，废水中部分有机物最后被转化为沼气。产生的沼气以气泡的形式上逸，并将反应器内污泥向上托起，最终致使污泥床发生膨胀。反应器运行过程中所产生沼气量越大，其起到的搅拌作用越强。在沼气所形成气流的驱动下，絮体污泥浮或沉降性能较差的颗粒污泥将升至反应器上部，然后形成悬浮污泥层；沉降性能较好的颗粒污泥则沉积在反应器的反应区底部，并形成颗粒污泥床。当反应器中的发酵液流至三相分离器时，发酵液中的沼气被三相分离器中的反射板导向至气室从而与发酵液分离。污泥及污水流入三相分离器内的沉淀区，在重力作用下可实现泥水的进一步分离。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆最终上清液将从三相分离器的沉淀区顶部排出，污泥被滞留于沉淀区底部，并沿三相分离器的斜壁返回至反应器的反应区。
1.3第三代厌氧反应器
第三代厌氧生物反应器的典型特征是明显改善了装置内的传质机制，以厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器及厌氧内循环（IC）反应器为典型代表。其主要特点：反应液内循环，遏制了短流，均衡了负荷。
膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器:在USAB反应器中，由于高负荷所致的高产气速度易引发反应器短流问题加重，将有机废水及其消化产生的中间产物直接携带至反应器出口端，影响厌氧反应器处理效率。1976年荷兰Lettinga采用出水回流装置，遏制了气体脉冲释放，减少了反应器短流，由此诞生了厌氧膨胀床反应器。
厌氧内循环（IC）反应器:在高负荷工况下，高液体流速和高气体流速，可使EGSB反应器中的颗粒污泥难以沉降返回反应区。1985年荷兰Paques公司釆用两个UASB反应器纵向叠加，同时设计内部气升回流装置，有效解决了颗粒污泥沉降问题，强化了废水处理过程，由此诞生了厌氧内循环反应器。
2 厌氧生物反应器发展趋势
纵观厌氧生物反应器的所经历的发展，厌氧反应器正朝着稳定、高效且易控的方向发展，并形成单元技术进而不断突破，并进一步整合至厌氧生物反应器系统中。
（1）加热升温提高效率：研究证明，厌氧消化有两个最适温度，分别为35℃和53℃左右。根据最适温度，厌氧消化可分为高温厌氧消化、中温厌氧消化和常温厌氧消化。高温厌氧消化的最适温度为53℃左右，中温厌氧消化的最适温度为35℃左右，常温厌氧消化的温度不严格控制，随自然温度的变化而波动于15-30℃之间。由于厌氧消化的温度效应很大，加热升温已成为提高厌氧生物反应器效能的重要手段。计算表明，当COD浓度1000mg/L时，所产甲烷燃烧释放的热量大约可使进水温度提高3℃。对于高浓度有机废水，以回收的沼气来加热升温提高厌氧生物反应器效能是可行的。在日、美、欧诸国，沼气发电受到重视和鼓励，沼气发电上网量已占总发电量的左右。我国沼气发电也方兴未艾。发电佘热为厌氧生物反应器加热升温提供了方便廉价的热源。
（2）上下交流平衡养分：有机废水的厌氧生物处理技术实质为废水中有机物被厌氧消化微生物作为营养物质进行利用的过程。废水经调节池预处理后，其废水的成分已可以满足厌氧微生物对营养物质的需求。但工程中，厌氧生物反应器均具有较大高度，进口端废水中的营养物的浓度及其之间的比例可满足厌氧微生物的需求，而出口端混合液中的营养物浓度及其比例却未必能满足厌氧微生物生长及繁殖的需求。通过釆用反应液循环式操作，可使反应器的养分浓度及其比例各高度层次上均可得到平衡，从而满足厌氧消化过程中各功能菌群的营养要求。
（3）适度循环平衡碱度：整个厌氧消化过程是由几个功能菌群协作完成，在有机物的转化过程中，产酸阶段可大量的积累VFA从而致使发酵液酸化；但在产甲烷阶段，VFA可被最终转化为CH4、CO2及水，从而使发酵液碱化。在高负荷厌氧生物反应器中，易出现下部偏酸而上部偏碱问题，且出水中所含有的碱度得不到充分的利用。采用反应液循环，可在整个厌氧反应器内实现酸碱的自平衡，既可消除进口端的酸性抑制，又可消除出口端的碱性抑制，从而满足各功能菌群对环境的要求。
（4）定居菌群优化生态：根据美国著名的微生物学家Bryant对厌氧消化微生物的研究结果，其于1967年提出了三阶段的厌氧消化理论。由于发酵菌群、产氧产乙酸菌群和产甲烷菌群的生理特性，对营养的需求及对环境条件的要求上均有显著差异，若将三类功能菌群放在同一空间内进行厌氧消化反应，则会限制各功能菌群生物活性的正常发挥。美国人Thiele于1988年对两相厌氧消化工艺进行了强化，其结合厌氧消化的产物所具有的阴离子特性，创造性的提出了阴离子交换基质交换往复工艺，从而使各厌氧消化功能菌群的生长及代谢条件得到了进一步优化，实验证明，该工艺实验室装置的OLR高达370-430kgCODm-3d，其所创造的世界记录迄今未破。限制污泥的纵向运动，可使功能菌群在反应器内呈现区域性分布，可显著优化生境，较大的增强反应活力。
参考文献：
[1]罗光俊,康媞. 厌氧技术——UASB处理工业废水的研究现状及发展趋势[J]. 能源与环境,2013,02:81-83+86.
[2]李琳. 污泥厌氧消化技术发展应用现状及趋势[J]. 中国环保产业,2013,08:57-60.
论文作者:李吉玉
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/7
标签：反应器论文; 污泥论文; 沼气论文; 微生物论文; 废水论文; 颗粒论文; 生物反应器论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;