厭氧技術在低濃度污水治理中的應用與發展

羅勇

摘 要：概述了運用于低濃度污水治理的厭氧技術（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、厭氧折流板反應器、膜生物反應器、生物電化學）的研究現狀及最新的研究進展。并提出了厭氧技術運用于處理低濃度污水時存在的問題，針對這些問題對該行業的發展進行展望。

關鍵詞：厭氧技術、低濃度污水、厭氧反應器、研究進展

引言：

根據《全國第二次污染源調查公報》，我國農村污水排放中氮（N），磷（P）輸出對生活源的貢獻率分別占到了31%和39%。且由于分散、散戶及自然村占很大比例，我國大部分農村地區技術薄弱、經濟承載力較差[1-3]，中國農村生活污水的治理率僅為25.5%，遠低于城市處理率95.49%，農村生活污水排放成為制約農村人居環境改善的重要因素之一[4-6]。

在環境保護需求和能源短缺問題的推動下，厭氧處理技術相比好氧處理技術產泥量少、能源消耗量低、投資建設省、后期維護容易，被認為是對環境友好可持續發展的廢水處理技術之一，因此得到長足的發展。

本文對國內外厭氧反應器的發展和厭氧反應器運用于低濃度生活污水的研究現狀進行概述，以期為厭氧技術在分散式污水治理中的發展與推廣提供參考。

1厭氧反應器的發展

厭氧消化處理技術可以追溯到100多年以前的歐洲，法國研究人員louis H.mouras在1860年設計了“摩式自動凈化器（mouras’Automatic Scavenger）”，在使用過程中發現可以除去大部分固體污染物。在1895年，英國研究人員Cameron在埃克塞特建立一種類似于“摩式自動凈化器”的裝置，并命名為“化糞池（septic tank）”，化糞池是一種水平的、連續流動的單層沉淀池，因其有較好的處理效果，在全世界得到廣泛的傳播與應用。

厭氧消化技術在100多年的發展長河中，在處理廢水領域體現出了較好的社會價值和經濟效益，得到各國研究人員和政府的重視，因此厭氧反應器的設計得到快速的發展。按厭氧微生物在反應器內的生長情況不同可分為懸浮生長厭氧反應器和附著生長厭氧反應器，懸浮生長與附著生長結合在一起的厭氧反應器稱為復合厭氧反應器。

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2.1.附著生長厭氧反應器

2.1.1厭氧濾池

Metcalf和Yong于1969年首次將厭氧濾池（Anaerobic filter，AF）運用于實際工程之中。厭氧濾池通過內置填料即可供微生物生長繁殖，也可過濾廢水中的懸浮物質，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，如圖1所示。該反應器由于具有較高的生物量、污泥停留時間長、不需要污泥回流、耐沖擊復合較強得到廣泛的應用。但在長期的使用過程中，研究人員發現厭氧濾池容易堵塞、受溫度限制明顯。

2.1.2厭氧流化床

20世紀70年代Jerris為了解決厭氧濾池中填料結塊、床層堵塞、提高有機負荷率等技術難題，發明了厭氧流化床技術（Anaerobic fluidized bed，AFB）。厭氧流化床通過填充固體顆粒作為載體，反應器從底部進水，當達到一定流速時，將會使固體顆粒處于膨脹或懸浮流動狀態，如圖2所示。但是要想實現良好的流態化并且避免填料和污泥從反應器中流失，必須保證生物顆粒形狀、大小和密度的均勻，在實際工程中是難以實現的。

2.2.懸浮生長厭氧反應器

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70年代末開發的，他們取消了池內的全部填料，并在池子的上部設置了氣、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;具有較高的有機負荷和COD去除效率;反應器從底部進水，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在啟動期容易受到溫度波動和有機負荷變化的沖擊;難以控制污泥床的膨脹，顆粒污泥易解體和受到沖刷。

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的沉降能力，而且使微生物有效的滯留在反應器中。然而，由于厭氧細菌是生長緩慢的微生物，UASB遇到的主要問題是啟動時間長和顆粒化緩慢。

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UASB的改進。雖然EGSB在結構上與UASB反應器非常相似，但EGSB擁有更高的上升流速，污泥床層處于膨脹狀態，水力混合加強，生物質與廢水得以充分接觸。因為EGSB具有較高的上升流速，能適應較高的水力負荷，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用價值，但過高的運行成本限制了EGSB的廣泛應用。

2.2.3厭氧折流板反應器

厭氧折流板反應器（anaerobic baffled reactor，ABR）由Bachman和Mccarty等人從厭氧生物轉盤工藝發展而來。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，在向上流和向下流的條件下，污水得以在每一格室都經過污泥層。

與其他反應器相比，ABR是一種高效的生物反應器，它對水力和有機負荷沖擊有更好的適應能力，更長的生物質停留時間，更低的污泥產量，能夠實現產酸產甲烷相的分離，且建設成本低，運行及維護費用少，在我國分散式農村地區的使用具有較大優勢。

由于ABR在折流板的作用下，實現了不同種群細菌的生長，使ABR具有生物相分離特性。由于該優點，增強了對有毒質的（如氨）的防護，并對環境參數（如pH和溫度）的變化具有更高的抵抗能力。

3.結論與展望

20世紀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，得到較快速的發展。對于厭氧技術運用于分散式污水處理有以下幾個突出問題：在我國分散式農村地區，因為化糞池技術建設簡單，維護要求低。化糞池仍然是主要的糞污處理技術，但其處理效果差，經過處理出水達不到標準。隨著厭氧技術的發展，出現了一批高效的厭氧技術，但這些技術要推廣研究還需要對某些方面進行研究，如低溫、低負荷情況下反應器的處理情況;提高反應器的穩定性，減少運行及維護成本。

參考文獻：

[1]楊林章，施衛明，薛利紅，等.農村面源污染治理的“4R”理論與工程實踐——總體思路與“4R”治理技術[J].農業環境科學學報，2013，32（1）： 1-8.

[2]李裕元，李希，孟岑，等.我國農村水體面源污染問題解析與綜合防控技術及實施路徑[J].農業現代化研究，2021，42（2）.

[3]王俊能，趙學濤，蔡楠，等.我國農村生活污水污染排放及環境治理效率[J].環境科學研究.2020，33（12）：2665-2674.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.中國城鄉建設統計年鑒（2017）[M].北京：中國統計出版社，2018

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[6]王波，稅燕萍，張杰彬，等.農村生活污水處理技術指南編制的若干建議[J].環境保護.2021，49（01）.