厌氧废水处理系统及其工作机制

厌氧废水处理技术因其对高浓度有机污染物进行高效、低气味处理而享有盛誉。人们在碰到生物处理过程时，无疑会提出“什么是厌氧废水处理”、“厌氧废水处理系统如何工作”这类问题。本文将就此问题进行回答。

什么是厌氧废水处理

厌氧废水处理是微生物在缺氧条件下降解有机污染物的生物过程。

在基本厌氧处理循环中，废水进入生物反应容器。生物反应器内含有一种由厌氧菌和其它微生物组成的被称为污泥的厚厚的半固态物质。这些厌氧微生物或“厌氧菌”会消化废水中的可生物降解物质，从而产生生物需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）和/或总悬浮固体（TSS）较低的废水以及沼气副产品。

厌氧废水处理主要应用于农业、食品饮料、乳品、制浆造纸、纺织等行业的各种工业废水及市政废水污泥和废水处理。厌氧技术通常部署于具有高浓度有机物质（BOD、COD或TSS测量指标高）的河流，设置在好氧处理工序前。厌氧处理也可用于诸如含无机物或氯化有机物的特殊废水处理，同时也非常适合工业废热水。

厌氧废水处理的作用机理

厌氧废水处理是利用厌氧微生物降解和去除废水中有机污染物的一种生物处理方法。虽然市面上有多种厌氧处理系统，但通常都会包括某种形式的生物反应器或储水池，以便维持厌氧消化过程所需无氧环境。

厌氧废水处理过程分为始终处于动态平衡状态两个阶段：酸化阶段和产甲烷阶段。在最初的酸形成阶段，厌氧菌将复杂的有机化合物分解成简单的短链挥发性有机酸。第二阶段，即产甲烷阶段，由两个步骤组成：1）乙酸生成，其中厌氧菌合成有机酸以形成乙酸酯、氢气和二氧化碳。2）甲烷生成，厌氧微生物接着作用于这些新形成的分子，以形成甲烷气体和二氧化碳。这些副产品可以作为燃料回收利用，而废水则可以被进一步处理和/或排放。

根据具体应用需求和设施要求，厌氧消化系统可以设计为单级或多级单元，也即，厌氧消化系统可以配置单独的酸化池和生物反应器单元。常见的厌氧废水处理系统包括：

厌氧塘

厌氧塘通常是面积在1-2英亩之间（折6～12亩以上）、深度可达20英尺（6米以上）的人工池塘，广泛应用于肉类生产废水及其它工业废水处理，是市政废水处理的初级步骤。废水通常由管道输送至厌氧塘底沉淀，形成上面的液体层和下部的半固态污泥层。

液体层防止氧气进入污泥层，以便厌氧消化分解废水中的有机物质。平均而言，这一过程短则几周，长则达六个月，就能将BOD/COD水平降至目标范围。厌氧菌喜欢温水（85-95°F）和pH值接近中性等环境，因此，保持最佳条件有助于提高厌氧微生物的活性速率，从而缩短废水滞留时间。厌氧呼吸速率也会受到许多因素的限制，包括BOD/COD浓度的波动，以及钠、钾、钙和镁等物质的存在。

厌氧污泥床反应器

污泥床反应器是一种厌氧处理方式，废水通过悬浮污泥颗粒组成的自由漂浮“床层”。污泥中的厌氧菌消化废水中的有机成分，膨胀并集积成更大的颗粒，沉降至反应器池底部，并且可以供未来循环利用。处理后的废水向上，流出处理装置。降解过程产生的沼气在整个处理周期内由收集罩收集。

厌氧污泥床反应器有几种不同的形式，包括：

•上流式厌氧污泥床（UASB）：在UASB处理中，废水被泵入UASB生物反应器的底部，并向上流动。这导致污泥覆盖层在废水流过时漂浮。

•膨胀颗粒污泥床（EGSB）：EGSB与UASB技术非常相似，关键区别在于废水通过系统循环，以促进与污泥的更大接触。它们通常也比EGSB高，并且进水流以更高的速度维持。因此，与UASB系统相比，EGSB能够处理有机物含量较高的河流。

•厌氧折流板反应器（ABR）：ABR由半封闭隔室构成，隔室由交替折流板隔开。挡板阻断了污水流的顺畅流动，鼓励污泥层在从反应器入口到出口的过程中更大程度的接触。

•厌氧过滤反应器：厌氧过滤反应器由装有某种固定过滤介质的反应罐组成。厌氧微生物可以在过滤介质上自立，形成所谓的生物膜。过滤介质因系统而异，常用材料包括塑料薄膜和颗粒，以及砾石、浮石、砖块和其它材料。新的过滤介质必须接种厌氧菌，并且生物膜可能需要几个月才能形成，以便在满负荷下进行处理。

在处理周期中，废水流经过滤介质，过滤介质捕获废水流中的颗粒，同时还提供足够的表面积，使生物膜中的厌氧菌暴露在废水流的有机物质中。随着时间的推移，必须仔细监测过滤反应器的性能，因为过滤介质最终会被过量的生物膜和颗粒物堆积堵塞，需要反洗和清洁等维护步骤来保持最佳性能。

厌氧废水处理系统的成本

厌氧废水处理是一种生物处理方法，通常用于处理含有高浓度有机污染物的废水流。如果您正在为您的设施探索废水处理方案，您可能会想“厌氧废水处理系统的成本是多少？”

简而言之，厌氧处理系统的成本可能因所选择的具体技术类型和安装规模而有很大差异。在本文中，我们将探讨厌氧系统的主要成本驱动因素，以及它们产生成本节约的能力。

厌氧废水处理系统包括什么？

厌氧处理系统可以有多种形式，可以包括间歇或连续处理循环的配置。系统组件将根据所选厌氧技术的类型而有所不同，尽管常见组件包括：

•用于去除大颗粒的沉砂池或筛网；

•用于从液相分离固体的沉淀池；

•生物反应器/消化池（如泻湖、池塘、水箱、水池或其他容器）；

•酸化池（通常是多级生物反应器装置中的独立组件）；

•外围设备，包括泵、管道、阀门、撬块、风扇和热控制系统；

•沼气处理/处理系统，包括收集、处理、火炬、热电联产能源再利用；

•维持pH和营养水平的化学泵，以维持厌氧生物量；

厌氧处理系统可以包括部分或全部这些成分，也可以包括额外的前处理和后处理技术。

厌氧废水处理系统的成本由几个关键因素决定，包括：

•系统容量要求是什么？

•系统可能产生哪些成本补偿？

系统容量

系统容量是衡量一个系统在给定时间段内能够处理多少废水的指标。厌氧系统的设计可以满足各种小型、中型和大型废水处理的需要。一般来说，资本和运营成本与系统容量成正比。需要处理大量废水的设施可能需要投资于更大的生物反应器单元，和/或可能需要多个生物反应器，这两个都会增加前期成本。

此外，由于厌氧处理的速率也随着温度的升高而增加，因此设施可以通过选择设计用于保持较暖温度的系统来增加处理能力。为此，厌氧处理工艺通常按操作温度分为三类：低温（0-15摄氏度）、中温（15-45摄氏度）、高温（50摄氏度以上）。一般来说，操作温度越高，成本就越高，因为设施必须安装并运行产生热量或回收热量的设备，以保持生物反应器装置的适当操作温度。

成本考虑

厌氧废水处理产生了一些有价值的副产品，包括沼气，可以出售或用于发电；在厌氧固体消化的情况下，则是可以作为肥料出售的经稳定（减少气味和病原体）的液体或固体消化物。厌氧处理产生的副产品的销售和/或使用有助于抵消资本和运营成本。

在选择合适的厌氧废水处理系统时，值得考虑生物燃料和肥料副产品的销售或使用计划。这样做可以帮助选出最适合需要的厌氧技术。如，在间歇式厌氧消化池中，废水固体被泵入消化池，并允许在任何地方停留几天到几个月。另一方面，在一个连续循环系统（如UASBs、EGSBs和AFs）中，通过定期添加有机物和去除废水及副产品来维持厌氧处理过程，从而产生更加一致、系统的沼气。

厌氧处理系统也可以作为大型生物废水处理系统的一部分，通常用于在好氧处理之前对含有高浓度有机物的河流进行初步处理。增加厌氧预处理系统将需要额外的资金成本，但从长远来看，它可以大大降低下游好氧处理的运行成本。

厌氧污水处理系统定价应考虑的重要因素

这些因素在厌氧处理系统的总成本中也起着重要作用，在为满足您的设施需求的解决方案设计定价时应考虑到这些因素：

•进水的变化。污水流的变化会给厌氧消化池带来压力，导致运行效率或可预测性降低。如果情况严重，水流中的成分、pH值、温度和浓度的波动甚至会损害生物量。虽然添加预处理步骤（如物理筛选、混合和/或热处理）会增加系统设计的成本，但通过确保处理周期的可预测性和效率，这些步骤是值得的。虽然这可能会增加新系统的总成本，但进行适当的测试有助于避免将来出现问题。

•空间要求。对于物理空间有限的设施，投资更紧凑的厌氧处理技术更为合适，如使用固定床介质支撑生物膜的膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器或厌氧滤池（AF）反应器。

•运营成本。厌氧系统的运行成本取决于维持最佳工艺条件（如温度和pH值）所需的努力程度。例如，厌氧泻湖的运行成本很低，但占地面积大，停留时间长。另一方面，有封闭反应罐的系统，如UASBs和EGSBs需要更密切的监控和维护。

•其它可能的成本和费用。安装和运行厌氧废水处理系统可能包括各种其它费用，如税收、公用设施、设计、工程、接种专用厌氧种子、测试和排放费用。