厌氧技术在低浓度污水治理中的应用与发展

罗勇

摘 要：概述了运用于低浓度污水治理的厌氧技术（厌氧滤池、厌氧流化床、升流式厌氧污泥床、厌氧膨胀颗粒污泥床、厌氧折流板反应器、膜生物反应器、生物电化学）的研究现状及最新的研究进展。并提出了厌氧技术运用于处理低浓度污水时存在的问题，针对这些问题对该行业的发展进行展望。

关键词：厌氧技术、低浓度污水、厌氧反应器、研究进展

引言：

根据《全国第二次污染源调查公报》，我国农村污水排放中氮（N），磷（P）输出对生活源的贡献率分别占到了31%和39%。且由于分散、散户及自然村占很大比例，我国大部分农村地区技术薄弱、经济承载力较差[1-3]，中国农村生活污水的治理率仅为25.5%，远低于城市处理率95.49%，农村生活污水排放成为制约农村人居环境改善的重要因素之一[4-6]。

在环境保护需求和能源短缺问题的推动下，厌氧处理技术相比好氧处理技术产泥量少、能源消耗量低、投资建设省、后期维护容易，被认为是对环境友好可持续发展的废水处理技术之一，因此得到长足的发展。

本文对国内外厌氧反应器的发展和厌氧反应器运用于低浓度生活污水的研究现状进行概述，以期为厌氧技术在分散式污水治理中的发展与推广提供参考。

1厌氧反应器的发展

厌氧消化处理技术可以追溯到100多年以前的欧洲，法国研究人员louis H.mouras在1860年设计了“摩式自动净化器（mouras’Automatic Scavenger）”，在使用过程中发现可以除去大部分固体污染物。在1895年，英国研究人员Cameron在埃克塞特建立一种类似于“摩式自动净化器”的装置，并命名为“化粪池（septic tank）”，化粪池是一种水平的、连续流动的单层沉淀池，因其有较好的处理效果，在全世界得到广泛的传播与应用。

厌氧消化技术在100多年的发展长河中，在处理废水领域体现出了较好的社会价值和经济效益，得到各国研究人员和政府的重视，因此厌氧反应器的设计得到快速的发展。按厌氧微生物在反应器内的生长情况不同可分为悬浮生长厌氧反应器和附着生长厌氧反应器，悬浮生长与附着生长结合在一起的厌氧反应器称为复合厌氧反应器。

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2.1.附着生长厌氧反应器

2.1.1厌氧滤池

Metcalf和Yong于1969年首次将厌氧滤池（Anaerobic filter，AF）运用于实际工程之中。厌氧滤池通过内置填料即可供微生物生长繁殖，也可过滤废水中的悬浮物质，在厌氧滤池的使用初期，一般使用岩石或矿渣作为过滤介质，如图1所示。该反应器由于具有较高的生物量、污泥停留时间长、不需要污泥回流、耐冲击复合较强得到广泛的应用。但在长期的使用过程中，研究人员发现厌氧滤池容易堵塞、受温度限制明显。

2.1.2厌氧流化床

20世纪70年代Jerris为了解决厌氧滤池中填料结块、床层堵塞、提高有机负荷率等技术难题，发明了厌氧流化床技术（Anaerobic fluidized bed，AFB）。厌氧流化床通过填充固体颗粒作为载体，反应器从底部进水，当达到一定流速时，将会使固体颗粒处于膨胀或悬浮流动状态，如图2所示。但是要想实现良好的流态化并且避免填料和污泥從反应器中流失，必须保证生物颗粒形状、大小和密度的均匀，在实际工程中是难以实现的。

2.2.悬浮生长厌氧反应器

2.2.1升流式厌氧污泥床

升流式厌氧污泥床（upflow anaerobic sludge blanket，UASB）是由Lettinga和他的同事在20世纪70年代末开发的，他们取消了池内的全部填料，并在池子的上部设置了气、液、固三相分离器。UASB中污泥成颗粒或絮状，不需要填料载体，提高了容积利用率，且避免堵塞问题;具有较高的有机负荷和COD去除效率;反应器从底部进水，上升的水流和气泡使污泥浮起，增大了废水与污泥的接触面积。但是UASB在启动期容易受到温度波动和有机负荷变化的冲击;难以控制污泥床的膨胀，颗粒污泥易解体和受到冲刷。

UASB是目前为止最成功的厌氧生物处理功能。UASB工艺的成功取决于颗粒污泥的形成，颗粒化不仅显著提高了生物质的沉降能力，而且使微生物有效的滞留在反应器中。然而，由于厌氧细菌是生长缓慢的微生物，UASB遇到的主要问题是启动时间长和颗粒化缓慢。

2.2.2厌氧膨胀颗粒污泥床

厌氧膨胀颗粒污泥床（expandeed granular sludge blanket，EGSB）是对UASB的改进。虽然EGSB在结构上与UASB反应器非常相似，但EGSB拥有更高的上升流速，污泥床层处于膨胀状态，水力混合加强，生物质与废水得以充分接触。因为EGSB具有较高的上升流速，能适应较高的水力负荷，污泥不易流失，所以EGSB在处理低浓度的生活污水上具有较高的应用价值，但过高的运行成本限制了EGSB的广泛应用。

2.2.3厌氧折流板反应器

厌氧折流板反应器（anaerobic baffled reactor，ABR）由Bachman和Mccarty等人从厌氧生物转盘工艺发展而来。ABR由交替的悬挂式和立式挡板组成，污水沿着挡板所分隔的格室流动，在向上流和向下流的条件下，污水得以在每一格室都经过污泥层。

与其他反应器相比，ABR是一种高效的生物反应器，它对水力和有机负荷冲击有更好的适应能力，更长的生物质停留时间，更低的污泥产量，能够实现产酸产甲烷相的分离，且建设成本低，运行及维护费用少，在我国分散式农村地区的使用具有较大优势。

由于ABR在折流板的作用下，实现了不同种群细菌的生长，使ABR具有生物相分离特性。由于该优点，增强了对有毒质的（如氨）的防护，并对环境参数（如pH和温度）的变化具有更高的抵抗能力。

3.结论与展望

20世纪70年代以来，厌氧消化作为一种高效且具有能源回收能力的废水处理技术，得到较快速的发展。对于厌氧技术运用于分散式污水处理有以下几个突出问题：在我国分散式农村地区，因为化粪池技术建设简单，维护要求低。化粪池仍然是主要的粪污处理技术，但其处理效果差，经过处理出水达不到标准。随着厌氧技术的发展，出现了一批高效的厌氧技术，但这些技术要推广研究还需要对某些方面进行研究，如低温、低负荷情况下反应器的处理情况;提高反应器的稳定性，减少运行及维护成本。

参考文献：

[1]杨林章，施卫明，薛利红，等.农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——总体思路与“4R”治理技术[J].农业环境科学学报，2013，32（1）： 1-8.

[2]李裕元，李希，孟岑，等.我国农村水体面源污染问题解析与综合防控技术及实施路径[J].农业现代化研究，2021，42（2）.

[3]王俊能，赵学涛，蔡楠，等.我国农村生活污水污染排放及环境治理效率[J].环境科学研究.2020，33（12）：2665-2674.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.中国城乡建设统计年鉴（2017）[M].北京：中国统计出版社，2018

[5]宋大刚，李惠斌，王久臣，等.基于文献计量分析的农村生活污水处理研究态势解析[J].环境工程.2020.

[6]王波，税燕萍，张杰彬，等.农村生活污水处理技术指南编制的若干建议[J].环境保护.2021，49（01）.