现代厌氧反应器的现状与发展
涂剑成1，管锡　1，张忠瑞2(11青岛理工大学环境与市政工程学院，青岛　266033;21青岛市环境卫生科学研究所，青岛　266071)
摘要：回顾了厌氧反应器发展的三个阶段，对现代反应器的结构与应用情况进行了详细的介绍，认为目前主要研究与应用的热点是以现代反应器为代表的工艺；以膜技术和分阶段多相多级技术将是未来污水处理技术的主导技术；以复合反应器代表的工艺在处理城市生活污水，处理垃圾渗滤液以及有毒物质废水等将具有更多的优势。在能源资源短缺、环境日益恶化的今天，处理能力强、适用范围广、耗能少等优点的厌氧反应器有着广泛的应用前景与研究价值。
关键词：生物化学需氧量;EG S B反应器;ABR反应器;AS BR反应器;AM BR反应器；去除率
中图分类号:X703  文献标识码:A  文章编号:1008-2301(2004)03-0009-04
Present Application and Development of Modern Anaerobic R eactors.-T U Jian-cheng1,G UAN X i-jun1,Zhang Zhong-rui2(1.C ollege of Environment and Municipal Administration Engineering,Qingdao University,Shandong Qingdao 266033;2.Qingdao Research Institute of Environment and Hygiene,Shandong Qingdao266071,China).Environmental Pro2 tection of X injiang2004,26(3):09～12
Abstract:This paper has been looked back to three phrases of the development of anaerobic reactors,the structure and ap2 plication of m odern anaerobic reactors are introduced,m odern reactors is thought to be the hot spot of the study and applica2 tion,membrane technology and S MPA is the direction of wastewater treatment technology in the future,the technology of com pound reactors in dealing with city wastewater,rubbish percolation filtration liquid and pois onous matter wastewater etc have m ore superiority than others.m odern reactors have the g ood prospect of study and application in today of the shortage of energy s ources and the increasingly w orsen environment in China.
K ey w ords:C OD;EG S B reactor;ABR reactor;AS BR reactor;AM BR reactor;rem oval rate
  厌氧生物处理(Anaerobic Biological T reatment)是指在无溶解氧的条件下，通过厌氧微生物的作用，将污水中所含有的各种复杂有机物，如碳水化合物(糖)、脂肪、蛋白质等经厌氧分解转化成无机物和少量的细胞产物(沼气和水)，从而达到废水处理和能源回收的目的。由于处理工艺能耗低和回收的CH4可以作为能源等优点，近些年来环保工作者越来越关心该技术的发展与应用。
1　厌氧反应器的发展沿革
厌氧反应器大致经历了三个时代，第一代厌氧反应器是以普通厌氧消化池(C ADT)，厌氧接触工艺(ACP)为代表的低负荷系统。第二代反应器是20世纪60年代末以在反应器内保持大量的活性污泥和足够长的污
泥龄为目标，利用生物膜固定化技术和培养易沉淀厌氧污泥的方式开发出的。如厌氧滤器(AF)、厌氧流化床(AF B)、厌氧生物转盘(ARBCP)、上流式厌氧污泥床(UAS B)、厌氧附着膨胀床(AAFE B)等。其中UAS B反应器为应用最广的反应器，在其为代表的第二代反应器的研究与应用的基础上开发出了新一代反应器。第三代厌氧反应器是在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触以达到真正高效的目的。目前研究较多的有：厌氧颗粒污泥膨胀床(EG S B)、厌氧内循环(IC)、厌氧膜生物系统(AM BS)、厌氧序批反应
新疆环境保护2004,26(3):09～12                          Environmental Protection of X injiang
收稿日期:2004-06-18  　修回日期:2004-07-30
器(AS BR )，折流式厌氧反应器(ABR )、厌氧迁移式污泥床反应器(AM BR )、上流式分段污泥床(USS B )等。2　现代厌氧反应器的现状211　厌氧颗粒污泥膨胀床
1976年荷兰Wageningen 农业大学由Letinga 教授
领导的研究小组开始研究采用UAS B 反应器来处理生活污水，在其研究过程发现UAS B 中污泥与污水之间接触不够充分,Lettinga 等人通过采用较大的高径比，提高液体的上升流速，使颗粒污泥床充分膨胀，这样就可以保证污泥与污水充分混合，减少反应器内的死角，同时也可以使颗粒污泥床中的絮状剩余污泥的积累减少，由此便产生厌氧颗粒污泥膨胀床(EG S B )。
Nunez 等人研究了中温(35℃
)条件下处理屠宰废水的情况，其总C OD 浓度为1440～4200mg/L ，其中可溶解部分占40%～60%，不可溶解物质包括悬浮物和胶体。在有机负荷15kgC OD/m 3.d ,HRT 为5h 的运行条件下,C OD 去除率达到67%，总悬浮固体去除率为90%，脂类去除率为85%，在颗粒污泥上没有脂类物质的积累[1]。212　厌氧内循环
内循环厌氧反应器于20世纪80年代中期由荷兰PAQUES 公司开发成功，并推入国际废水处理工程市场，可用于处理土豆加工、啤酒、柠檬酸等废水。
IC 反应器是基于UAS B 反应器颗粒化和三相分
离器而改进的新型反应器，实际上相当于两个UAS B 反应器的单元相互重叠而成
。
图1　IC 厌氧反应器示意
Fig.1　Diagram of IC anaerobic reactor
  IC 反应器分为两部分，底部为极端的高负荷；上部为低负荷。IC 反应器由混合部分、膨胀床部分、精
处理部分和回流部分组成(见图1)。
全球已建成的IC 厌氧反应器大部分用于处理啤酒废水。我国于1996年引进IC 技术以来，到目前已有多家国内啤酒厂采用了该技术，上海富士达啤酒厂采用容积400m 3，高为2015m ，进水C OD 为2g/L ;SS 为011～016g/L ;pH 为4～10,HRT 为2h ，容积负荷15kg C OD/m 31d ,C OD 去除率在80%以上[2]。213　厌氧序批反应器
20世纪90年代，美国Dague 等人将好氧生物处
理的S BR 工艺用于厌氧生物处理，开发了厌氧序批式活性污泥法(AS BR )。AS BR 工艺目前仍处于试验阶段，其特殊的间歇操作方式在理论上能够获得比连续进水的普通厌氧活性污泥法更高效的生物絮凝(甚至颗粒化)和固液分离效果。AS BR 具有固液分离效果好，出水澄清；运行操作灵活，处理效果稳定；工艺简单，占地面积少；建设费用低，耐冲击负荷，适应性强；温度影响小，适应范围广；污泥性能好，处理能力强特点，其操作过程见图2
。
图2　AS BR 的操作周期示意
Fig.2　Diagram of AS BR ’S operation period
  AS BR 反应器能够在5℃～65℃范围内有效操作，尤其是能够在低温和常温(5℃～25℃
)下处理低浓度(C OD <1000mg/L )废水。中温35℃时，在所有基质浓度和HRT 下,SC OD 的去除率达92%～99%。处理C OD 为600mg/L ,BOD 5为285mg/L ,20℃～25℃时，在所有HRT 下,SC OD 、BOD 5的去除率均>90%。214　折流式厌氧反应器(ABR )
ABR (Anaerobic Baffled reactor )反应器是由美国
Stan ford 大学的McCarty 等人于20世纪80年代初在
厌氧生物转盘反应器的基础上改进开发的。ABR 反应器是在反应器内设置一系列垂直放置的折流挡板，反应器被分隔成几个串联的反应室，每个反应室都可
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以看作一个相对独立的上流式污泥床(Upflow Sluge Bed ,US B )，折板引导水流上下流动通过整个反应器,
废水中的有机基质通过与微生物充分的接触而得到去除。由于废水流动和沼气上升的作用，反应室中的污泥上下运动，但是由于污泥自身的沉降性能和折板的阻挡，污泥在水平方向的流速很慢，反应器在整体上接近推流式工艺[3]。
ABR 的结构形式有很多,1999年Barber 和Stuck 2ey 在每个隔室的上半部分装了填料，这种形式可以
防止隔室的污泥流失,1992年Boopathy 和T ilche 观察到颗粒污泥。反应器其基本结构如图3所示
:
图3　ABR 反应器示意
Fig.3　Diagram of ABR reactor
215　厌氧迁移式污泥床反应器
美国爱荷华州大学Dague 和Angenent 教授于1995年在研究UAS B 和AS BR 两种反应器的基础上
开发了一种新型厌氧工艺—厌氧迁移式污泥床反应器。AM BR 的结构形式多样,AM BR 的结构类似与ABR 。
AM BR 工艺类似ABR 工艺，在每个隔室里增加
了机械搅拌，通过周期性改变进出水的方向来保持大量的污泥，使每个上流式污泥床保持一致,AM BR 处理工艺在15℃和20℃时处理脱脂干牛奶，水力停留时间4～12h ，有机负荷为110～310kg C OD/m 3
1d ，在
更高C OD 负荷，在15℃时C OD 的去除率为59%；在20℃时,C OD 负荷为110～210kg C OD/m 31d C OD 的
去除率为80～95%[4]。216　上流式分段污泥床
上流式分段污泥床反应器是在UAS B 反应器的基础上发展而来的，与UAS B 反应器相比，它是在反应器内竖向增加了多层斜板代替UAS B 装置中的三相分离器，使整个反应器被分割成多个反应区间，每
个反应区间的产气分别经水封后逸出，相当于多个UAS B 反应器串联而成。荷兰Van Lier 1J.B.等做过一
些研究，应用该反应器在高温条件下，进行了蔗糖与VFA 混合废水的处理实验，取得了较为满意的结果:
肖利平等人采用100mm ×150mm ×600mm 有效容积为716L ，处理淋浴、洗衣和淘米的混合废水，在中温(35℃±2℃
)和HRT 为0195d 的条件下，经过60d 的培养驯化，当进水含盐量为5000mg/L 、C OD 浓度在5000mg/L 以下时,C OD 去除率在80%左右，日产气
量最高可达1215L/d [5]。217　下流式附着厌氧处理工艺
下流式附着厌氧处理反应器用于处理高浓度废水，在反应器安装煤渣砌块，无规则塑料，管状塑料等填料来保持大量的活性污泥，高空隙容积填料的高度2m ～4m 。下流式附着厌氧处理工艺处理易降解废水C OD 负荷为5～10kg C OD/m 31d ，它具有简单的进水
布水器设计，无堵塞问题，简单的操作等优点，反应器
中能够保持大量的污泥，但不会沉积，处理高负荷废水所需要的体积较小。处理柑橘废水，温度38℃,C OD 负荷1～6kg C OD/m 31d ，水力停留时间24～144h ,C OD 的去除率为40%～80%；处理奶酪乳清废
水，温度35℃,C OD 负荷5～22kg C OD/m 31d ，水力停留时间2～8h ,C OD 的去除率为92%～97%；处理污泥热处理废水，温度40℃,C OD 负荷20～30kg C OD/m 31d ,C OD 的去除率为92%～97%；处理啤酒废水,reactor technology 文章翻译
温度35℃,C OD 负荷20kg C OD/m 31d ，水力停留时间1～2h ,C OD 的去除率为76%。3　现代厌氧反应器技术的发展方向311　两相或多级厌氧处理技术
两相厌氧工艺就是把水解和发酵的产酸相与产乙酸和产CH 4的产气相分别置于不同的反应器中，这样就可以削弱由酸的积累而导致反应器“酸化”的问题，也使各相能在各自的条件下运行，系统中的污泥的比酸化活性和比产CH 4性均高于单相工艺。在相分离的基础上，使产酸相和产CH 4相具有复合流态是两相工艺的未来发展方向。
多级工艺是从微生物的生态和反应器或反应器空间的混合要求出发，将厌氧处理过程控制在一个反
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1第3期              　涂剑成等：现代厌氧反应器的现状与发展
应器的多个空间隔室或多个反应器中依次完成的工艺过程[6]。
312　分阶段多相厌氧反应器技术
Lettinga教授提出来的分阶段多相厌氧反应器技术(S MPA,Staged Multi-Phase Anaerobic Reactor)的概念将是今后厌氧工艺技术研究和应用发展的主导方向。S MPA是新型高效废水厌氧处理工艺研究和开发应用的新思路，该工艺将适用于各种温度条件和不同进水基质类型的处理。S MPA的特点:
1)　在各级分隔的空间中培养适宜的厌氧微生物种，以适应相应的底物组分及环境因子(如pH、H2分压等)。
2)　防止在各个单独空间中独立发展形成的污泥相互混合。
3)　各个单独空间所产生的气体相互隔开。
4)　各个单独空间的流态趋于完全混合而工艺流程更接近于推流(即具有复合流态)，使系统具有更高的处理效果，提高出水水质。
313　复合厌氧反应器
复合厌氧反应器(C om pound Anaerobic Reactor)在第二代厌氧反应器的基础上，融合各种反应器的优点，它在实际工程得到广泛采用，其中UAS B+AF, UAS B+S BR,UAS B+DAF,UAS B+IPS,US B+AF等在处理城市生活污水方面都取得满意得效果，应该说在实际工程应用中，特别是对于一些特种废水如垃圾渗滤液处理，复合厌氧器能够取得满意的C OD去除率[7]。
314　厌氧膜生物系统
厌氧膜生物系统研究一般是把膜技术作为生物系统出水过滤的末端处理单元，用于许多生物和非生物污染的去除。Imai et al.用升流式厌氧混合膜(加高聚物吸附剂颗粒在接种菌液中)处理含高浓度的硫酸盐和铵盐的废水;E lamaleh and Abdelm oumni用厌氧微滤膜或超滤膜处理醋酸废液，总有机碳处理量可达2g/L。4　结语
20世纪70年代以来，废水厌氧生物处理技术得到了较快的发展，出现以UAS B为代表的第二代反应器得到了广泛的应用，但在应用第二代反应器中发现了许多问题，一个良好的厌氧反应器要具备良好的污泥截留能力；具有生物污泥与进水基质充分接触的条件；具有提供微生物适宜的生长环境条件的功能这三个方面的特性。于是在第二代反应器的基础上开发了第三代反应器是目前热门的研究和应用的厌氧反应器，第三阶段的反应器结构多向多级多段方向发展，但第三代反应器尚处于研究阶段，其中EG S B可用
来处理低浓度有机废水;IC与UF B的发展，可针对性地应用于不同的废水,ABR、AS BR、AM BR、USS B等可用于处理成分复杂的废水。
以厌氧反应器为主的厌氧处理系统，具有负荷高，投资少，运行费用低，可以回收部分能源等优点，非常适合我国国情。
参考文献
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作者简介：涂剑成(1980-)，男，江西南昌人，青岛理工大学环境与市政工程学院2002级硕士研究生。
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