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厭氧生物處置，又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵，是指在厭氧條件下由厭氧或兼性微生物的共同作用，使有機(jī)物合成并產(chǎn)生甲烷和二氧化碳的過程。最初的厭氧處置工藝僅被應(yīng)用于生活污水的處置，之后又被應(yīng)用于污泥消化合成，進(jìn)而應(yīng)用于工業(yè)廢水的處置，并且開展了很多效果良好的厭氧生物處置工藝。傳統(tǒng)厭氧生物處置技術(shù)具有水力停留時(shí)間長(zhǎng)、有機(jī)負(fù)荷低、池容大等的缺陷，限制了厭氧生物處置技術(shù)的推行和應(yīng)用。

隨著對(duì)全球能源短缺和溫室效應(yīng)等問題的關(guān)注，可再生能源的重要性日益顯現(xiàn)，而厭氧生物處置技術(shù)可將污廢水轉(zhuǎn)化為乙酸、甲烷、氫氣等可再生能源，既能完成資源化、能源化應(yīng)用，又能減輕環(huán)境污染。因而，關(guān)于厭氧處置技術(shù)、厭氧反響器的開發(fā)研討也變得越來越多。隨著對(duì)厭氧消化機(jī)理研討的不時(shí)深人和各種高效厭氧反響器的飛速開展，污廢水的生物處置技術(shù)曾經(jīng)成為資源和環(huán)境維護(hù)的中心技術(shù)之一。同時(shí)，污水厭氧生物處置技術(shù)以其本錢低廉、穩(wěn)定高效等特性，在高濃度有機(jī)廢水、難降解有機(jī)度水的處置范疇中得到了普遍的應(yīng)用。?

厭氧生物處置工藝的開展

第一代厭氧反響器

早在19世紀(jì)，人們就應(yīng)用厭氧工藝處置廢水廢物。1881年，法國(guó)工程師Louis Mouras創(chuàng)造了用以處置污水污泥的“自動(dòng)凈化器”，從而開端了人類應(yīng)用慶氧生物過程處置廢水廢物的進(jìn)程。1896年英國(guó)呈現(xiàn)了第一座用于處置生活污水的厭氧消化池，產(chǎn)生的沼氣用于照明。1904 年德國(guó)的工程師Imhoff將其開展成為Imhoff雙層沉淀池(即墮落池)，這一工藝至今依然在有效天時(shí)用。1912 年英國(guó)的伯明翰市樹立了第一個(gè)用土堤圍成的露天敞開式消化池。至1914年，美國(guó)有14座城市樹立了厭氧消化池。1925 年至1926年，美國(guó)、德國(guó)相繼建成了較為規(guī)范的消化池。二戰(zhàn)完畢后，厭氧處置技術(shù)的開展又掀起了一個(gè)高潮，高效的、可加溫和攪拌的消化池得到了開展，厭氧污泥與廢水的加溫、攪拌進(jìn)步了處置效率。但從實(shí)質(zhì)上，反響器中的微生物(即厭氧污泥)與廢水或廢料是完整混合在一同的，污泥在反響器里的停留時(shí)間(SRT) 與廢水的停留時(shí)間(HRT)是相同的，因而污泥在反響器里濃度低，廢水在反響器里要停留幾天到幾十天之久，處置效果差。此時(shí)的厭氧處置技術(shù)主要用于污泥與糞肥的消化，它尚不能經(jīng)濟(jì)地用于工業(yè)廢水處理。直至1955年，Soefer開發(fā)了用以處置食品包裝廢水的厭氧接觸反響器(AC法)， 獲得了良好的效果。

如圖1所示，這種反響器是在出水沉淀池中增設(shè)了污泥回流安裝，增大了厭氧反響器中的污泥濃度，處置負(fù)荷和效率顯著進(jìn)步。上述反響器被稱為第一代厭氧反響器，由于厭氧微生物生長(zhǎng)遲緩，世代時(shí)間長(zhǎng)，而厭氧消化池?zé)o法將水力停留時(shí)間和污泥停留時(shí)間別離， 由此形成水力停留時(shí)間必需較長(zhǎng)。普通來講，第一代厭氧反響器處置廢水的停留時(shí)間至少需求20~30d。

第二代厭氧反響器

隨著生物發(fā)酵工程中固定化技術(shù)的開展，人們認(rèn)識(shí)到進(jìn)步反響器中污泥濃度的重要性，于是，基于微生物固定化原理的高效厭氧生物反響器得以開展。第二代高效厭氧生物反響器必需滿足以下兩個(gè)條件:

1)系統(tǒng)內(nèi)可以堅(jiān)持大量的活性厭氧污泥；

2) 反響器進(jìn)水應(yīng)與污泥堅(jiān)持良好的接觸。

根據(jù)這一準(zhǔn)繩，20世紀(jì)60年代末，第一個(gè)基于微生物固定化原理的高速厭氧反響器——厭氧濾池降生。它的勝利之處在于，在反響器中加人固體填料(如沙礫等)，微生物由于附著生長(zhǎng)在填料的外表，免于水力沖刷而得到保存，巧妙地將均勻水力停留時(shí)間與生物固體停留時(shí)間相別離，其固體停留時(shí)間能夠長(zhǎng)達(dá)上百天，這就使得厭氧處置高濃度污水的停留時(shí)間從過去的幾天或幾十天縮短到幾小時(shí)或幾天。在相同的溫度下，厭氧濾池的負(fù)荷高出厭氧接觸工藝2～3倍，同時(shí)有很高的COD去除率，而且反響器內(nèi)易于培育出順應(yīng)有毒物質(zhì)的厭氧污泥。

1974 年，荷蘭研討和開發(fā)了UASB反響器技術(shù)，其最大特性是反響器內(nèi)顆粒污泥保證了高濃度的厭氧污泥，標(biāo)志著厭氧反響器的研討進(jìn)入了新的時(shí)期。隨后，研討者們基于一些厭氧處置經(jīng)歷和厭氧處置所觸及的微生物學(xué)、生物化學(xué)和生化工程的最新研討成果，開發(fā)出的一批厭氧反響器被稱為第二代廢水厭氧處置反響器，其中比擬典型的有:升流式固體厭氧反響器(USR)、升流式厭氧污泥床反響器(UASB)、 厭氧濾池(AF)、厭氧流化床(AFB)等。

第二代厭氧反響器處理了厭氧微生物生長(zhǎng)遲緩、生物量易隨液體流出等無益于反響器高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵問題，這些反響器的突出優(yōu)點(diǎn)有: 1)具有較高有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷，反響器容積比傳統(tǒng)安裝減少90%以上;

2)在低溫、沖擊負(fù)荷、存在抑止物等不利條件下仍可堅(jiān)持良好的穩(wěn)定性;

3) 反響器構(gòu)造簡(jiǎn)單，占空中積小，合適各種范圍，并可作為運(yùn)轉(zhuǎn)單元被分離在整體的處置技術(shù)中，操作煩瑣，人工管理費(fèi)用得到降低。

但是第二代厭氧反響器的缺陷依然十分明顯:關(guān)于進(jìn)水無法采用高的水力和有機(jī)負(fù)荷，反響器的應(yīng)用負(fù)荷和產(chǎn)氣率遭到限制。

第三代厭氧反響器

20世紀(jì)90年代初，人們?yōu)橥瓿筛咝捬醴错懫鞯挠行н\(yùn)轉(zhuǎn)，分離第二代反響器的優(yōu)缺陷，研發(fā)了第三代厭氧反響器。第三代厭氧反響用具備占空中積小、動(dòng)力損耗小等特性，微生物均以顆粒污泥固定化的方式存在于反響器當(dāng)中，反響器單位容積的生物量比以往更高，能接受更高的水力負(fù)荷且具備較高的有機(jī)污染物凈化效果。反響器內(nèi)的微生物在不同區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)，能夠與不同區(qū)域內(nèi)的進(jìn)水充沛接觸，完成了一定水平上的生物相別離。第三代反響器的主要代表有:厭氧收縮顆粒污泥床(EGSB)、內(nèi)循環(huán)反響器(IC)、升流式厭氧污泥床過濾器(UBF)等。