一、厌氧生化法的基本介绍
废水厌氧生物处理是环境工程与能源工程中的一项重要技术，是有机废水强有力的处理方法之一，过去，它多用于城市污水厂的污泥、有机废料及其部分高浓度有机废水的处理，在建筑物形式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留时间长、有机负荷低等缺点，较长时间限制了它在废水处理中的应用，20世纪70年代以来，世界能源短缺日益突出，能生产能源的废水厌氧技术受到重视，研究与实践不断深入，开发了各种新型工艺与设备，大幅度地提高了厌氧反应器内活性污泥的持有量，使处理时间大大缩短，效率提高，厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优缺点：
七个方面的优点：
● 应用范围广；
● 能耗低；
● 负荷高；
● 剩余污泥量少；
● 氮、磷营养需要量较少；
● 厌氧处理过程有一定杀菌作用，可以杀死废水与污水中的寄生虫、病毒等；
● 厌氧活性污泥可以长期储存，厌氧反应器可以季节性或间歇性运转。
三个方面的缺点：
● 厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理时间比好氧设备大；
● 出水往往需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；
● 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。
二、厌氧生化法的应用范围
● 有机污泥处理
● 高浓度有机废水
● 中、低浓度有机废水
● 城市废水处理
三、厌氧生化法的基本原理
基本定义：废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧生物（包括兼氧生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分子转化成甲烷、二氧化碳等物质的过程，称为厌氧消化。
污水厌氧生物处理是在无氧的条件下利用厌氧微生物的降解作用使污水中有机物质达到净化的处理方法。在无氧的条件下，污水中的厌氧细菌把碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物分解生成有机酸，然后在甲烷菌的作用下，进一步发酵形成甲烷、二氧化碳和氢等，从而使污水得到净化。是生活污水污泥、高浓度有机物工业废水和粪便等良好的处理方法之一。
厌氧消化处理分为三个阶段：
第一阶段：水解酸化阶段
第二阶段：产氢产乙酸阶段
第三阶段：产甲烷阶段
四、厌氧塔（上流式厌氧复合床反应器UBF）的工作原理
概述：厌氧复合床反应器实际是将厌氧生物滤池AF与升流式厌氧污泥反应器UASB组合在一起，因此又称为UBF反应器。厌氧复合床反应器下部为污泥悬浮层，而上部则装有填料。可以看做是将升流式厌氧生物滤池的填料层厚度适当减小，在池底布水系统与填料层之间留出一定的空间，以便悬浮状态的颗粒污泥能在其中生长积累，因此又构成一个UASB处理工艺。当污水依此通过悬浮污泥层及填料层，有机物将与污泥层颗粒污泥及填料生物膜上的微生物接触并被分解掉。
工作原理：经过调节pH和温度的废水入反应器底部的混合区，并与来自外循环回流的泥水混合液充分混合后进入颗粒污泥膨胀床区进行COD生化降解，此处的COD容积负荷很高，大部分进水COD在此处被降解，产生大量沼气。由于沼气气泡形成过程中对液体做的膨胀功产生了气提的作用，使得沼气、污泥和水的混合物上升，经过填料区的降解后，混合液至反应器顶部的三相分离器，沼气在该处与泥水分离后并被导出处理系统。泥水混合物则沿挡泥板下降至反应器底部的混合区，并于进水充分混合后再次进入污泥膨胀床区，形成所谓内循环。根据不同的进水COD负荷和反应器的不同构造，外循环回流量可达进水流量的0.5-10倍。经膨胀床处理后的废水除一部分参与循环外，其余污水继续上升，污水进入填料区进行剩余COD降解与产沼气过程，提高和保证了出水水质。由于大部分COD已经被降解，所以填料区的COD负荷较低，产气量也较小。该处产生的沼气也是由三相分离器收集，通过集气管导出处理系统。经过填料区处理后的废水经三相分离器作用后，上清液经出水区排走，颗粒污泥则返回污泥床。
五、厌氧塔部件组成及特点
UBF的组成：厌氧塔塔塔体为玻璃钢整体缠绕的圆筒型塔体，无分段连接法兰。具体结构由塔体、布水系统、污泥床、生物载体区、三相分离器、浮渣速排装置和回流系统等组成。
UBF反应器特点可归纳为：
(1) UBF反应器结构紧凑， 集厌氧生物滤池（AF）与升流式厌氧污泥反应器（UASB），和沉淀于一体。
(2) UBF反应器的特点是能在反应器内形成颗粒污泥，使反应器内平均污泥浓度达到30～40g/L,底部污泥浓度可高达60～80g/L。
(3) UBF反应器具有很高的容积负荷，一般为10～20kgCODCr/(m3•d)，可达30kgCODcr/(m3•d)。而且水力停留时间短，通常采用中温厌氧消化，有时可以在常温下运行。
(4)反应器内设三相分离器，在沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，而切还增加了回流装置。并利用自身产生的沼气和进水水流来实现搅拌混合，也不需要混合搅拌设备。因此，简化了工艺环节和减少了系统工艺设备，维护运行较简单。
(5) UBF反应器内设有生物载体区，是一种悬浮生长型和附着生长的厌氧消化方法，厌氧复合床反应器（UBF）与厌氧生物滤池相比，减少了填料层的高度，也就减少了滤池被堵塞的可能性；与UASB法相比，填料层既是厌氧微生物的载体，又可截留水流中的悬浮厌氧活性污泥碎片，从而能使厌氧反应器保持较高的微生物量，并使出水水质得到保证。
厌氧复合床反应器综合了厌氧生物滤池与升流式厌氧污泥反应器的优点，克服了它们的缺点，不但增加了生物量，而且提高了反应区的容积利用率，反应器的总高度可大于10m，从而减少了占地面积，处理能力也有较大提高。
反应器采用玻璃钢材质，一次整体缠绕工艺成型，制作方便、强度高、占地面积小、处理效率高、效果好、耐腐蚀、抗老化、使用寿命长。
反应器可配备在线分析仪、PH控制计、差压变送器、压力传感器、流量传感器、电导率仪、液位控制计、电磁阀、变频器及控制柜等组成的控制系统，以上控制情况均以数字形式显示在显示器界面上，使管理人员一目了然，并有故障报警，便于管理与维护。
六、厌氧塔的运行管理
1、厌氧生物处理设施运行管理应该注意的问题
(1) 当被处理污水浓度较高（CODCr值大于5000mg/L）时，必须采取回流的运行方式，回流比根据具体情况确定，有效的回流，不仅可以降低进水浓度，还可以增大进水量，保证处理设施内的水流分布均匀，避免出现短流现象。回流还可以防止进水浓度和厌氧反应器内pH值的剧烈波动，使厌氧反应平稳进行，也就是说可以减少厌氧反应对碱度的需求量，降低运行费用。厌氧反应是产能过程，出水温度高于进水．因此冬季气温低时，反应器内的温度恒定，尽可能使厌氧微生在其较适宜温度下活动。
(2)-般的工业废水温度难以达到35℃，需要加热（尤其在冬季）。因此，为节约加温所需能量，一方面要注意保温（包括采取加大回流量等措施），尽可能防止反应器热量散失，另一方而要充分发挥反应器内污泥浓度较大的特点，尽可能提高反应器内污泥浓度，减弱温度对厌氧反应的影响。
(3)沼气要及时有效地排出。厌氧消化过程必定伴随着沼气的产生，沼气对污泥可以起到搅拌和作用，促进污水与污泥的混合接触，这是其有利的一面。同时，沼气的存在也会起到类似浮渣的作用，沼气向上溢出时将部分污泥带到液面．导致浮渣的产生和出水中悬浮物含量增加及水质变差。因此，要设置气体挡板和集气罩，将沼气从厌氧消化装置内引出，在出水堰附近留有足够的沉淀区，以保证出水水质。
(4)污泥负荷要适当。为保持厌氧消化过程三个阶段的平衡，使挥发性脂肪酸等中间产物的生成与消耗平衡，防止酸积累导致pH值下降，进水有机负荷不宜过高，一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS•d)。可以通过提高反应器内污泥浓度，在保持相对较低的污泥负荷条件下，获得较高的容积负荷。一般来说，厌氧消化装置的容积负荷都在5kg CODcr/(m3•d)以上，甚至高达50kg CODcr/( m3•d)。
(5)当被处理污水悬浮物浓度较大（一般指1000mg/L以上）时，就应当对污水进行沉淀、过滤、或浮选等适当的预处理，以降低进水的悬浮物含量，防止填料层堵塞。一般AF的进水悬浮物不超过200mg/L，但如果悬浮物可以生物降解而且均匀分散在污水中，则悬浮物对AF几乎不产生不利影响。
(6)要充分创造厌氧环境。无氧是厌氧微生物正常活动的前提，甲烷菌则必须在绝对的厌氧环境下才能高效率发挥作用。在污水提升进入厌氧消化装置、出水回流等环节都要尽可能避免与空气的接触，尽可能减少与空气接触的机会。如水流过程中尽量不要出现跌水、搅动等现象，调节池、回流池等要加盖封闭，污水提升不要使用气提泵。厌氧反应构筑物要经过气密试验，确保严密无渗漏。
2、厌氧生物反应器的控制指标
(1)氧化还原电位：利用测定氧化还原电位的方法判定厌氧反应器内的多个氧化还原组分系统是否平衡状态，虽然这种方法可靠性较差，但由于氧化还原电位测定简单，和其他监测指标结合起来应用，有一定的指导意义。
(2)丙酸盐和乙酸盐浓度比：如果厌氧反应器有机负荷超过正常范围，在其他运行参数发生变化之前，丙酸盐和乙酸盐浓度之比会立即升高。因此可以将丙酸盐和乙酸盐浓度之比作为厌氧反应器超负荷引起运行异常的灵敏而可靠的警示指标。
(3)挥发性酸VFA:挥发性酸的异常升高是厌氧反应器中产甲烷菌代谢受到抑制的有效指标。
(4)苯乙酸：苯乙酸是降解芳香组氨基酸和木质素等大分子有机物产生的中间产物，当处理含有这类污染物的污水时，厌氧处理出水中苯乙酸含量是比挥发性酸更为敏感的反映厌氧反应器运行状态的指标。
(5)甲硫醇：甲硫醇气味独特，即使含量很低，人们也能凭嗅觉感觉出来。甲硫醇含量突然增加（气味突然出现或加大）往往表明进水中氯代烃类有毒物质含量突然增加。
(6)一氧化碳CO: CO的产生与甲烷的产生密切相关，CO难溶于水，可以实现在线监测。气相中CO的含量和液相中乙酸盐的浓度有良好的相关性，CO的含量变化与重金属和由有机毒性所引起的抑制作用也有关系。
3、厌氧生物反应器维持高效率的基本条件
(1)适宜的pH值：为使厌氧顺利进行，反应器中的pH值必须在6.5～8.2之间。
(2)充足的常规营养：反应器内氮的浓度必须在40～70mg/L范围内才能满足需要，而磷和硫化物维持较低的浓度即可满足需要。甲烷菌对硫化物和磷有专性需要，必须在反应器内保证其含量，有时需要向进水中投加磷肥和硫酸盐。
(3)必要的微量专性营养元素：对甲烷菌有激活作用的专性营养元素有铁、钴、镍、锌、锰、钼、铜甚至硒、硼等很多种，缺少其中一种就可能严重影响整个生物处理过程。
(4)合适的温度：厌氧反应一般在30～37℃的中温条件下运行。
(5)对毒性适应能力：必须完成厌氧微生物对有毒物质适应性的驯化。
(6)充足的代谢时间：要同时保证厌氧生物处理的水力停留时间HRT和固体停留时间SRT。
(7)适量的碳源：来自进水中的有机物要满足异养型甲烷菌用于生物合成所需要的碳源，同时反应器内的溶解性C02要满足自养型甲烷菌所需要的碳源。
(8)污染物向微生物的传质良好：厌氧生物反应器内的颗粒污泥在流化状态下传质能力较好，但生物量过多积累或使用厌氧生物膜法时生物膜过厚都可能产生传质问题，要定期排出剩余生物污泥或提高回流比减少部分传质阻力。