厌氧处理的基本原理

系美国Metcalf&Eddy图书公司出版的土木和环境工程系列图书，作为高等教育教材使用。 全书对废水和生物固体的处理和回用，包括经常使用的各种单元操作和单元过程，从理论到实践都作了较详尽的阐述。本书可供从事环境工程、排水专业的研究、设计、管理的技术人员及有关专业的同行参考。迈姆润环境科技计划用2-3年的时间，翻译本书的主要内容，并做成课件分享。

厌氧生物反应涉及各种专门细菌和古细菌，在无分子氧的情况下产生能量。它们存在于废水处理领域许多不同的厌氧工艺中。包括将硝酸盐/亚硝酸盐还原为氮气的工艺，用于增强生物除磷的挥发性脂肪酸的发酵工艺，强化生物除磷工艺中吸收乙酸和丙酸的厌氧接触，市政和工业废水中有机化合物的厌氧氧化，废物污泥的厌氧消化，以及其他有机物的厌氧消化。

厌氧废水处理工艺包括悬浮生长、升流式和降流式附着生长、流化床附着生长、升流式污泥床、氧化沟、膜分离悬浮生长以及许多其他专有工艺。本章的目的是描述和介绍主要厌氧工艺的典型设计负荷和处理工艺能力。

厌氧处理的主要优点和缺点列于表中：

厌氧工艺多半是能量的净生产者，而好氧工艺是能量的使用者。厌氧处理可以实现的潜在净能量生产取决于废水的强度、操作温度和是否进行能量回收。下一课时我们会再介绍不同废水强度下厌氧和好氧处理之间的能量平衡比较。

由于厌氧工艺的动力学导致生物污泥产量较低，可降低至八分之一到六分之一，因此污泥处理和处置成本大大降低。

许多工业废水缺乏足够的养分，而厌氧工艺产生的生物污泥较少，因此添加营养物的费用较低，这是一个明显的好处。

厌氧工艺通常比好氧工艺具有更高的体积有机负荷率，因此可能处理所需的反应器体积更小，占地面积更小。厌氧工艺的有机负荷率为3.2-32kg COD/m³·d，而好氧工艺的有机负荷率为0.5-3.2 kg COD/m³·d。通常，厌氧处理工艺与好氧处理工艺结合使用，以实现特定的处理目标。在废水领域，常对高浓度废水在排放到市政废水处理设施之前用厌氧工艺进行处理。

厌氧工艺运行的主要问题是需要较长的启动时间（需要几个月，而好氧工艺需要几天）、对可能存在的有毒化合物敏感、运行的稳定性、可能产生臭味以及消化气体的腐蚀作用等。不过，只要废水特性和工艺设计恰当，运用运行工艺知识和技能，这些问题都是可以避免和控制，实现稳定运行的。

适当控制营养物、温度和pH值，可以保持产酸菌产生的挥发性脂肪酸和产甲烷菌的能力之间的平衡。

相对于好氧工艺，影响厌氧工艺处理经济性的最重要因素可能是需要添加碱度。在厌氧处理过程中，由于气相中CO₂浓度高，可能需要至少2000至3000 mg/L的碱度浓度（以CaCO₃计），才能保持可接受pH值。否则可能需要花费大量成本获取碱度，从而影响整个工艺的经济性。

由于存在残留挥发性脂肪酸和分散的固体，厌氧废水处理工艺的出水BOD浓度范围为50至150 mg/L，可以再用好氧工艺进行深度处理，综合两种工艺优势。在温带和较暖气候中，厌氧-好氧工艺的串联反应器已被证实可行，减少了能源需求和污泥产量

一般来说，对于可生物降解的COD浓度较低、温度较低、出水水质要求较高和营养物去除要求较高的城市废水，目前更青睐好氧工艺。对于可生物降解的COD浓度更高、温度更高的工业废水，厌氧工艺可能更经济。未来，随着厌氧处理工艺的进一步发展，由于其节省能源和减少污泥产出的巨大优势，预计它们在各种应用中的使用将变得更加普遍。