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利用厭氧性微生物的代謝特性，在毋需提供外源能量的條件下，以污水中被還原有機物作為受氫體，同時產生有能源價值的甲烷氣體。降解有機物的同時產生的沼氣（含CH4、CO2、N2、H2、O2、H2S等氣態物質），可以被積極利用而產生經濟價值。廢水處理的厭氧生物處理技術是在厭氧條件下，兼性厭氧和厭氧微生物群體將有機物轉化為甲烷和二氧化碳的過程，又稱為厭氧消化。厭氧生物處理技術在水處理行業中一直都受到環保工作者們的青睞，由于其具有良好的去除效果，更高的反應速率和對毒性物質更好的適應，更重要的是由于其相對好氧生物處理廢水來說不需要為氧的傳遞提供大量的能耗，使得厭氧生物處理在水處理行業中應用十分廣泛。
一般來說，廢水中復雜有機物物料比較多，通過厭氧分解分四個階段加以降解：
(1)水解階段：高分子有機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機物質比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內進行下一步的分解。
(2)酸化階段：上述的小分子有機物進入到細胞體內轉化成更為簡單的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產物為揮發性脂肪酸(VFA)，同時還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產物產生。
(3)產乙酸階段：在此階段，上一步的產物進一步被轉化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細胞物質。
(4)產甲烷階段：在這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉化成甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。這一階段也是整個厭氧過程最為重要的階段和整個厭氧反應過程的限速階段。
厭氧技術發展過程大致經歷了三個階段：
第一階段(1860-1899年)：簡單的沉淀與厭氧發酵合池并行的初期發展階段。這個發展階段中，污水沉淀和污泥發酵集中在一個腐化池(俗稱化糞池)中進行，泥水沒有進行分離。
第二階段(1899-1906年)：污水沉淀與厭氧發酵分層進行的發展階段。
第三階段(1906-2001年)：獨立式營建的高級發展階段。這個發展階段中，沉淀池中的厭氧發酵室分離出來，建成獨立工作的厭氧消化反應器。
與此相對應的是，厭氧生物處理技術的反應器主體也經歷了三個時代。
第一代厭氧反應器是以普通厭氧消化池(CADT)，厭氧接觸工藝(ACP)為代表的低負荷系統。
第二代反應器是20世紀60年代末以在反應器內保持大量的活性污泥和足夠長的污泥齡為目標，利用生物膜固定化技術和培養易沉淀厭氧污泥的方式開發出的。如厭氧濾器(AF)、厭氧流化床(AFB)、厭氧生物轉盤(ARBCP)、上流式厭氧污泥床(IAASB)、厭氧附著膨脹床(AAFEB)等。其中UASB反應器為應用最廣的反應器，在其為代表的第二代反應器的研究與應用的基礎上開發出了新一代反應器。
第三代厭氧反應器是在將固體停留時間和水力停留時間相分離的前提下，使固液兩相充分接觸，從而既能保持大量污泥又能使廢水和活性污泥之間充分混合、接觸以達到真正高效的目的。目前研究較多的有：厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)、厭氧內循環(IC)等。
在此，檢驗介紹幾種應用比較廣泛的厭氧技術：
1、厭氧生物濾池
厭氧生物濾池的構造與一般的生物濾池相似，池內設填料，但池頂密封。廢水由池底進人，由池頂部排出。填料浸沒于水中，微生物附著生長在填料之上。濾池中微生物量較高，平均停留時間可長達150d左右，因此可以達到較高的處理效果。濾池填料可采用碎石、卵石或塑料等，平均粒徑在40mm左右。
2、厭氧接觸工藝
厭氧接觸工藝又稱厭氧活性污泥法，是在消化池后設沉淀分離裝裝置，經消化池厭氧消化后的混合液排至沉淀池分離裝置進行泥水分離，澄清水由上部排出，污泥回流至厭氧消化池。這樣做既避免了污泥流失又可提高消化池容積負荷，從而大大縮短了水力停留時間。厭氧接觸工藝的一般負荷：中溫為2-10kgCOD/(m3˙d)，污泥負荷≤0.25kgCOD/(kgVSS˙d)，池內的MLVSS為10-15g/L。
3、UASB
ASB反應器污泥床區主要有沉降性能良好的厭氧污泥組成，濃度可達到50-100g/L或更高。沉淀懸浮區主要靠反應過程中產生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低，一般在5-40g/L范圍內，在反應器的上部設有氣(沼氣)、固(污泥)、液(廢水)三相分離器，分離器首先使生成的沼氣氣泡上升過程偏折，穿過水層進入氣室，由導管排出。脫氣后混合液在沉降區進一步固、液分離，沉降下的污泥返回反應區，使反應區內積累大量的微生物。待處理的廢水由底部布水系統進入，澄清后的處理水從沉淀區溢流排除。在UASB反應器中能得到一種具有良好沉降勝能和高比產甲烷活性的顆粒厭氧污泥，因而相對其他的反應器有一定優勢：顆粒污泥的相對密度比人工載體小，靠產生的氣體來實現污泥與基質的充分接觸，省卻攪拌和回流污泥設備和能耗;三相分離器的應用省卻了輔助脫氣裝置;顆粒污泥沉降性能良好，避免附設沉淀分離裝置和回流污泥設備：反應器內不需投加填料和載體，提高容積利用率。
4、EGSB
20世紀90年代初，荷蘭Wageningen農業大學開始了厭氧膨脹顆粒污泥床(簡稱EGSB)反應器的研究。Lettinga教授等人在利用UASB反應器處理生活污水時，為了增加污水污泥的接觸，更有效地利用反應器的容積，改變了UASB反應器的結構設計和操作參數，使反應器中顆粒污泥床在高的液體表面上升流速下充分膨脹，由此產生了早期的EGSB反應器。EGSB反應器實際上是改進的UASB反應器，區別在于前者具有更高的液體上升流速，使整個顆粒污泥床處于膨脹狀態，這種獨有的特征使其可以具有較大的高徑比。EGSB反應器主要由主體部分、進水分配系統、氣液固三相分離器和出水循環等部分組成，結構。其中，進水分配系統是將進水均勻分配到整個反應器的底部，產生一個均勻的上升流速：三相分離器是EGSB反應器最關鍵的構造，能將出水、沼氣和污泥三相有效分離，使污泥在反應器內有效持留;出水循環部分是為了提高反應器內的液體表面上升流速，使顆粒污泥與污水充分接觸，避免反應器內死角和短流的產生。
5、IC
IC內循環厭氧反應器為荷蘭帕克公司的專利產品，目前帕克公司在全球有300多臺IC反應器得以應用。相對于UASB只在頂部有一級三相分離器，IC內循環反應器具有兩級三相分離器。IC反應器實際上由兩級UASB構成，底部UASB負荷高，頂部負荷低。因為在一級分離時收集了大量沼氣，其對廢水的擾動減少，使得在二級三相分離中得到更好的氣、水、泥分離效果。二級分離的lC反應器確保了最佳的污泥停留時間，這樣對于處理一些化工廢水是很有利的，因為這些廢水厭氧污泥產量很小。IC反應器具有一個自調節的氣提內循環結構，循環廢水與原水混合將稀釋進水濃度。內循環作用所帶來的能量使得泥水在底部混合更加充分，從而污泥活性也得到增加。IC內循環所行成的廢水內部稀釋可以減少生產所帶來的負荷波動。IC反應器的容積負荷(15-30kgCOD/m3)為UASB(7-15kgCOD/m3)的兩倍。
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