厭氧技術(shù)在低濃度污水治理中的應(yīng)用與發(fā)展

羅勇

摘 要：概述了運(yùn)用于低濃度污水治理的厭氧技術(shù)（厭氧濾池、厭氧流化床、升流式厭氧污泥床、厭氧膨脹顆粒污泥床、厭氧折流板反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器、生物電化學(xué)）的研究現(xiàn)狀及最新的研究進(jìn)展。并提出了厭氧技術(shù)運(yùn)用于處理低濃度污水時(shí)存在的問題，針對(duì)這些問題對(duì)該行業(yè)的發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：厭氧技術(shù)、低濃度污水、厭氧反應(yīng)器、研究進(jìn)展

引言：

根據(jù)《全國(guó)第二次污染源調(diào)查公報(bào)》，我國(guó)農(nóng)村污水排放中氮（N），磷（P）輸出對(duì)生活源的貢獻(xiàn)率分別占到了31%和39%。且由于分散、散戶及自然村占很大比例，我國(guó)大部分農(nóng)村地區(qū)技術(shù)薄弱、經(jīng)濟(jì)承載力較差[1-3]，中國(guó)農(nóng)村生活污水的治理率僅為25.5%，遠(yuǎn)低于城市處理率95.49%，農(nóng)村生活污水排放成為制約農(nóng)村人居環(huán)境改善的重要因素之一[4-6]。

在環(huán)境保護(hù)需求和能源短缺問題的推動(dòng)下，厭氧處理技術(shù)相比好氧處理技術(shù)產(chǎn)泥量少、能源消耗量低、投資建設(shè)省、后期維護(hù)容易，被認(rèn)為是對(duì)環(huán)境友好可持續(xù)發(fā)展的廢水處理技術(shù)之一，因此得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外厭氧反應(yīng)器的發(fā)展和厭氧反應(yīng)器運(yùn)用于低濃度生活污水的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，以期為厭氧技術(shù)在分散式污水治理中的發(fā)展與推廣提供參考。

1厭氧反應(yīng)器的發(fā)展

厭氧消化處理技術(shù)可以追溯到100多年以前的歐洲，法國(guó)研究人員louis H.mouras在1860年設(shè)計(jì)了“摩式自動(dòng)凈化器（mouras’Automatic Scavenger）”，在使用過程中發(fā)現(xiàn)可以除去大部分固體污染物。在1895年，英國(guó)研究人員Cameron在?？巳亟⒁环N類似于“摩式自動(dòng)凈化器”的裝置，并命名為“化糞池（septic tank）”，化糞池是一種水平的、連續(xù)流動(dòng)的單層沉淀池，因其有較好的處理效果，在全世界得到廣泛的傳播與應(yīng)用。

厭氧消化技術(shù)在100多年的發(fā)展長(zhǎng)河中，在處理廢水領(lǐng)域體現(xiàn)出了較好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，得到各國(guó)研究人員和政府的重視，因此厭氧反應(yīng)器的設(shè)計(jì)得到快速的發(fā)展。按厭氧微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長(zhǎng)情況不同可分為懸浮生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器和附著生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器，懸浮生長(zhǎng)與附著生長(zhǎng)結(jié)合在一起的厭氧反應(yīng)器稱為復(fù)合厭氧反應(yīng)器。

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2.1.附著生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器

2.1.1厭氧濾池

Metcalf和Yong于1969年首次將厭氧濾池（Anaerobic filter，AF）運(yùn)用于實(shí)際工程之中。厭氧濾池通過內(nèi)置填料即可供微生物生長(zhǎng)繁殖，也可過濾廢水中的懸浮物質(zhì)，在厭氧濾池的使用初期，一般使用巖石或礦渣作為過濾介質(zhì)，如圖1所示。該反應(yīng)器由于具有較高的生物量、污泥停留時(shí)間長(zhǎng)、不需要污泥回流、耐沖擊復(fù)合較強(qiáng)得到廣泛的應(yīng)用。但在長(zhǎng)期的使用過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)厭氧濾池容易堵塞、受溫度限制明顯。

2.1.2厭氧流化床

20世紀(jì)70年代Jerris為了解決厭氧濾池中填料結(jié)塊、床層堵塞、提高有機(jī)負(fù)荷率等技術(shù)難題，發(fā)明了厭氧流化床技術(shù)（Anaerobic fluidized bed，AFB）。厭氧流化床通過填充固體顆粒作為載體，反應(yīng)器從底部進(jìn)水，當(dāng)達(dá)到一定流速時(shí)，將會(huì)使固體顆粒處于膨脹或懸浮流動(dòng)狀態(tài)，如圖2所示。但是要想實(shí)現(xiàn)良好的流態(tài)化并且避免填料和污泥從反應(yīng)器中流失，必須保證生物顆粒形狀、大小和密度的均勻，在實(shí)際工程中是難以實(shí)現(xiàn)的。

2.2.懸浮生長(zhǎng)厭氧反應(yīng)器

2.2.1升流式厭氧污泥床

升流式厭氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket，UASB）是由Lettinga和他的同事在20世紀(jì)70年代末開發(fā)的，他們?nèi)∠顺貎?nèi)的全部填料，并在池子的上部設(shè)置了氣、液、固三相分離器。UASB中污泥成顆粒或絮狀，不需要填料載體，提高了容積利用率，且避免堵塞問題;具有較高的有機(jī)負(fù)荷和COD去除效率;反應(yīng)器從底部進(jìn)水，上升的水流和氣泡使污泥浮起，增大了廢水與污泥的接觸面積。但是UASB在啟動(dòng)期容易受到溫度波動(dòng)和有機(jī)負(fù)荷變化的沖擊;難以控制污泥床的膨脹，顆粒污泥易解體和受到?jīng)_刷。

UASB是目前為止最成功的厭氧生物處理功能。UASB工藝的成功取決于顆粒污泥的形成，顆粒化不僅顯著提高了生物質(zhì)的沉降能力，而且使微生物有效的滯留在反應(yīng)器中。然而，由于厭氧細(xì)菌是生長(zhǎng)緩慢的微生物，UASB遇到的主要問題是啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)和顆?；徛?。

2.2.2厭氧膨脹顆粒污泥床

厭氧膨脹顆粒污泥床（expandeed granular sludge blanket，EGSB）是對(duì)UASB的改進(jìn)。雖然EGSB在結(jié)構(gòu)上與UASB反應(yīng)器非常相似，但EGSB擁有更高的上升流速，污泥床層處于膨脹狀態(tài)，水力混合加強(qiáng)，生物質(zhì)與廢水得以充分接觸。因?yàn)镋GSB具有較高的上升流速，能適應(yīng)較高的水力負(fù)荷，污泥不易流失，所以EGSB在處理低濃度的生活污水上具有較高的應(yīng)用價(jià)值，但過高的運(yùn)行成本限制了EGSB的廣泛應(yīng)用。

2.2.3厭氧折流板反應(yīng)器

厭氧折流板反應(yīng)器（anaerobic baffled reactor，ABR）由Bachman和Mccarty等人從厭氧生物轉(zhuǎn)盤工藝發(fā)展而來。ABR由交替的懸掛式和立式擋板組成，污水沿著擋板所分隔的格室流動(dòng)，在向上流和向下流的條件下，污水得以在每一格室都經(jīng)過污泥層。

與其他反應(yīng)器相比，ABR是一種高效的生物反應(yīng)器，它對(duì)水力和有機(jī)負(fù)荷沖擊有更好的適應(yīng)能力，更長(zhǎng)的生物質(zhì)停留時(shí)間，更低的污泥產(chǎn)量，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)酸產(chǎn)甲烷相的分離，且建設(shè)成本低，運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用少，在我國(guó)分散式農(nóng)村地區(qū)的使用具有較大優(yōu)勢(shì)。

由于ABR在折流板的作用下，實(shí)現(xiàn)了不同種群細(xì)菌的生長(zhǎng)，使ABR具有生物相分離特性。由于該優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了對(duì)有毒質(zhì)的（如氨）的防護(hù)，并對(duì)環(huán)境參數(shù)（如pH和溫度）的變化具有更高的抵抗能力。

3.結(jié)論與展望

20世紀(jì)70年代以來，厭氧消化作為一種高效且具有能源回收能力的廢水處理技術(shù)，得到較快速的發(fā)展。對(duì)于厭氧技術(shù)運(yùn)用于分散式污水處理有以下幾個(gè)突出問題：在我國(guó)分散式農(nóng)村地區(qū)，因?yàn)榛S池技術(shù)建設(shè)簡(jiǎn)單，維護(hù)要求低?；S池仍然是主要的糞污處理技術(shù)，但其處理效果差，經(jīng)過處理出水達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。隨著厭氧技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一批高效的厭氧技術(shù)，但這些技術(shù)要推廣研究還需要對(duì)某些方面進(jìn)行研究，如低溫、低負(fù)荷情況下反應(yīng)器的處理情況;提高反應(yīng)器的穩(wěn)定性，減少運(yùn)行及維護(hù)成本。

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