3.1　厭氧生物處理技術概述

厭氧生物處理技術是指在厭氧條件下由多種微生物的共同作用，使有機物分解并轉化成小分子的無機物質（主要是CH4、H2S、CO2等）的過程，該過程又稱厭氧消化。厭氧生物處理技術不以氧氣作為氫受體，在一定的溫度、酸堿度等條件下，通過多種類、功能各異的厭氧微生物（專性、兼性）的分解、代謝，最終生成以甲烷和二氧化碳為主的混合氣體。厭氧生物處理技術從理論到生產實踐都已經趨于成熟，在垃圾滲濾液處理方面已得到廣泛的應用。

3.1.1　厭氧生物處理技術發展歷程

厭氧反應器經歷了三個時代，第一代厭氧反應器是以普通厭氧消化池和厭氧接觸工藝為代表的低負荷系統，具有如下特點：厭氧產生的沼氣能使廢水與污泥完全混合，能有效降解廢水中的有機物；反應器內污泥與廢水不能有效分離；處理效率低，水力停留時間（Hydraulic Retention Time，HRT）較長，屬于低負荷系統。

第二代反應器以厭氧濾池和上流式厭氧污泥床為代表的高負荷系統，20世紀60年代末，Young和Mccarty發明了厭氧濾池（Anaerobic Filter，AF）；70年代，荷蘭農業大學環境系Lettinga等人發明了上流式厭氧污泥床（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）。UASB已成為當前應用最廣泛的厭氧反應器。第二代反應器的主要特點有：可以將活性污泥與污水有效地分離，能夠保持大量的活性污泥和足夠長的污泥齡；水力停留時間短、容積負荷高、處理效率高。注重培養顆粒污泥，屬于高負荷系統。

第三代厭氧反應器是在20世紀90年代以后，在UASB廣泛運用的基礎上發展了以顆粒污泥為根本的膨脹顆粒污泥床（Expanded Granular Sludge Blanket Reactor，EGSB）和厭氧內循環（Internal Circulation，IC）為代表的高效厭氧反應器。第三代厭氧反應器要具備的主要特點有：良好的污泥截留能力；具有生物污泥與進水基質充分接觸的條件；具有提供微生物適宜的生長環境條件的功能。

第三代厭氧反應器采用高的水力和容積負荷，大大提高反應器的處理效率，達到真正的高效目的。厭氧反應器的種類很多，目前處理垃圾滲濾液的厭氧反應器主要有上流式污泥床-過濾器（基于AF和UASB開發的新型復合式厭氧流化床反應器，Up-flow Blankt Filter，UBF）、UASB、IC等。

3.1.2　厭氧生物處理技術特點

厭氧生物處理技術由于具有運行成本低、能耗少、剩余污泥量少、可以處理高濃度和好氧條件下生物難降解有機物的特點，近年來已經廣泛運用于水處理，特別在高濃度有機廢水處理方面也取得了良好效果。與好氧生物處理相比，厭氧生物處理有如下優點：

（1）應用廣泛

好氧法因供氧限制一般只適用于中、低濃度有機廢水的處理，而厭氧法既適用于高濃度有機廢水，又適用于中、低濃度有機廢水。厭氧生物處理能降解多種在好氧條件下難以降解的有機物質，可直接處理高濃度滲濾液。

（2）能耗低

好氧法需要消耗大量能量供氧，厭氧法不需要充氧，因此可以節省大量的曝氣能耗。同時，厭氧反應產生的含有50%～70%甲烷的沼氣可作為能源，廢水有機物達到一定濃度后，沼氣能量可以抵償消耗能量。

（3）營養需求低

好氧處理中微生物對碳、氮、磷的需求量為COD∶N∶P=100∶5∶1，而厭氧方法為（350～500）∶5∶1。滲濾液一般均含氮、磷及多種微量元素，因此厭氧處理滲濾液可不額外添加營養鹽。

（4）能量回收多

厭氧處理過程中，產生大量以甲烷為主的沼氣，甲烷熱值高，是很好的能源。理論上每去除1kg CODCr產生0.35Nm3的甲烷，低位燃燒熱值為35.88MJ/Nm3，每1Nm3甲烷可發電3kW·h。

（5）容積負荷率高

滲濾液厭氧處理時，系統容積負荷通常為5～10kg COD/（m3·d），容積負荷是普通好氧工藝的5～10倍，占地少。厭氧處理高濃度有機廢水有較高的去除率，BOD5去除率可達90%以上，CODCr去除率在70%～90%之間。

（6）剩余污泥量少

厭氧環境中，微生物生長速率慢，因此剩余污泥的產量只有好氧法的5%～20%，厭氧剩余污泥在衛生學和化學上都是穩定的，剩余污泥處理和處置簡單，處理費用低。

（7）活性污泥儲存期長

厭氧產生的菌種（例如厭氧顆粒污泥）可以在中止供給營養的情況下保存其生物活性與良好的沉淀性1年以上，因此適于項目間斷或季節性運行。

（8）臭氣易控制

厭氧生物處理常在密閉系統中進行，有機物分解后的臭味易于統一收集處理，不致引發二次污染。

（9）水力停留時間短

厭氧生物處理水力停留時間和污泥停留時間（Sludge Retention Time，SRT）的高度分離，使反應器內能夠保留大量生物物質，大大地提高了污泥濃度。提高了厭氧處理效率，縮短了水力停留時間。

（10）能去除難降解的有機物

厭氧微生物可對好氧微生物所不能降解的一些有機物及時進行降解或部分降解。越來越多的事實證明，某些高氯化脂肪族化合物在好氧情況下生物不能降解，卻能被厭氧生物轉化。

厭氧生物處理技術優點顯著，適合我國國情現狀，是一種值得推廣的技術。然而，以厭氧法大規模處理工業廢水僅是近20年來的事，厭氧技術的發展尚不完善，其經驗與技術的積累尚有一定局限性。

厭氧技術缺點如下：

①出水CODCr濃度高。盡管厭氧生物處理的進液濃度、負荷以及去除有機物的絕對量均較高，但其出水CODCr濃度亦較高，仍需要增設后續處理工藝才能達到排水標準。

②厭氧微生物對有毒物質敏感。如果對有毒廢水性質了解不足或操作不當可能導致反應器運行惡化。但隨著人們對有毒物質種類、允許濃度和可生化性了解程度的加深以及在工藝上的改進，這一問題將會逐步得到克服。近年來人們發現厭氧細菌經馴化后可極大地提高其對毒性物質的耐受力。

③生化反應復雜。厭氧消化過程實質上是由多種不同種類、不同功能的微生物協同工作的連續的生化反應過程，以產酸菌和產甲烷菌為主要類別的微生物對適宜的生長繁殖條件需求差別較大，因此運行厭氧反應器對技術要求高。

④反應器啟動慢。產甲烷菌屬于古菌，世代時間較長，因此在反應器初期運行時，需要花費較長時間進行啟動。得益于剩余污泥可以保存較長時間，新建的厭氧系統啟動時可以直接使用剩余污泥接種，能夠明顯縮短反應器啟動時間。一般啟動時間需要8～12周。

⑤氨氮去除效果差。一般認為，在厭氧條件下氨氮不會降低，而且還可能由于原廢水中含有的有機氮在厭氧條件下的轉化而導致氨氮濃度上升，這為下游好氧處理提出較高要求。

⑥操作復雜。厭氧處理系統是在缺氧條件下進行的，產生的沼氣因含有較多的甲烷，屬于易燃易爆氣體。一般地，沼氣的爆炸范圍為5%～16%，因此厭氧生物處理的氣路系統的安全性需要特別注意，操作控制因素比好氧生物處理復雜。

⑦反應條件要求高。厭氧反應中的微生物對溫度的變化非常敏感，溫度的突然變化對沼氣產量有明顯影響。根據厭氧反應的溫度的高低，厭氧可分為常溫厭氧（10～30℃）、中溫厭氧（35℃）和高溫厭氧（54℃）。