好氧悬浮生长处理技术
一、活性污泥法
1、废水的生物处理方法简介
废水的生物处理方法是利用生物的新陈代谢作用，对废水中的污染物质进行转化和稳定、使之无害化的处理方法。对污染物进行转化和稳定的主体是微生物。由于微生物具有来源广、易培养、繁殖快、对环境适应性强、易变异等特性，因此在使用上能较容易地采集菌种进行培养增殖，并在特定条件下进行驯化使之适应有毒工业废水的水质条件。微生物的生存条件温和，新陈代谢过程中不需高温高压，它是不需投加催化剂的催化反应，用生化法促使污染物的转化过程与一般化学法相比优越得多。处理废水的费用低廉，运行管理较方便，所以生化处理是废水处理系统中*重要的过程之一，目前，这种方法已广泛用作生活污水及工业有机废水的二级处理。
2、活性污泥法的基本原理
（1）、基本流程
向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群体所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥(activated sludge)。
（2）、活性污泥的组成
活性污泥组成：活性的微生物，微生物自身氧化的残留物，吸附在活性污泥上不能被生物降解的有机物和无机物组成。其中微生物是活性污泥的主要组成部分。活性污泥中的微生物又是由**、**、原生动物、后生动物等多种微生物群体相结合所组成的一个生态系。
活性污泥通常为黄褐色絮状颗粒，其直径一般为0.02－2mm，含水率一般为99.2－99.8％，密度因含水率不同而异，一般为1.002－1.006g/cm3。**是活性污泥组成和净化功能的中心，是微生物的*主要部分。污水中有机物的性质决定那些种属的**占优势。例如：含蛋白质的污水有利于产碱杆菌属和芽孢杆菌属，而醣类污水或烃类污水则有利于假单孢菌属。在一定的能量水平(即**的活动能力)下，**构成了活性污泥的絮凝体的大部分，并形成菌胶团，具有良好的自身凝聚和沉降性能。在活性污泥中，除**外还出现原生动物，是**的**捕食者，继之出现后生动物，是**的**次捕食者。
（3）、净化过程与机理
1）、初期去除与吸附作用
在很多活性污泥系统里，当污水与活性污泥接触后很短的时间（10－45 min)内就出现了很高的有机物(BOD)去除率。这种初期高速去除现象是吸附作用所引起的。由于污泥表面积很大(可达2000－10000m2/m3混合液)，且表面具有多糖类粘质层，因此，污水中悬浮的和胶体的物质是被絮凝和吸附去除的。
2）、微生物的代谢作用
活性污泥中的微生物以污水中各种有机物作为营养，在有氧的条件下，将其中一部分有机物合成新的细胞物质(原生质)，对另一部分有机物则进行分解代谢，即氧化分解以获得合成新细胞所需要的能量，并*终形成CO2和H2O等稳定物质。
3）、絮凝体的形成与凝聚沉降
如果形成菌体的有机物不从污水中分离出去，这样的净化不能算结束。为了使菌体从水中分离出来，现多采用重力沉降法。如果每个菌体都处于松散状态，由于其大小与胶体颗粒大体相同，它们将保持稳定悬浮状态，沉降分离是不可能的。为此，必须使菌体凝聚成为易于沉降的絮凝体。絮凝体的形成是通过丝状**来实现的。
3 、活性污泥法的分类
按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式，活性污泥法可分为推流式（plug flow reactor）和完全混合式(completely mixed reactor)两大类。推流式活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽，废水从一端进入，在曝气的作用下，以螺旋方式推进，流经整个曝气池，至池的另一端流出，随着水流的过程，污染物被降解。此类曝气池又可分为平行水流(并联)式和转折水流(串联)式两种。
（1）、推流式活性污泥法的特点：
（a）废水中污染物浓度自池首至池尾是逐渐下降的，由于在曝气池内存在这种浓度梯度，废水降解反应的推动力较大，效率较高；示意
（b）推流式曝气池可采用多种运行方式；
（c）曝气池可以做的比较大，不易产生短路，适合于处理量比较大的情况；示意
（d）氧的利用率不均匀，入流端利用率高，出流端利用率低，会出现池尾供气过量的现象，增加动力费用。示意
（2）、完全混合式活性污泥法：
完全混合式曝气池，是废水进入曝气池后在搅拌的作用下迅速与池中原有的混合液充分混合，因此混合液的组成、微生物群的量和质是完全均匀一致的。
这意味着曝气池中所有部位的生物反应都是同样的，氧吸收率都是相同的。
完全混合式活性污泥法的特点：
（a）抗冲击负荷的能力强，池内混合液能对废水起稀释作用。示意
（b）由于全池需氧要求相同，能节省动力；
（c）有时曝气池和沉淀池可合建，不需要单独设置污泥回流系统，便于运行管理；
（d）连续进水、出水可能造成短路，易引起污泥膨胀。示意
（e）池子体积不能太大，因此一般用于处理量比较小的情况，比较适宜处理高浓度的有机废水。
接供氧方式，活性污泥可分为鼓风曝气式和机械曝气式两大类。鼓风曝气式是采用空气(或纯氧)作氧源，以气泡形式鼓入废水中。它适合于长方形曝气池，布气设备装在曝气池的一侧或池底。气泡在形成、上升和破坏时向水中传氧并搅动水流。机械曝气式是用专门的曝气机械，剧烈地搅动水面，使空气中的氧溶解于水中。通常，曝气机兼有搅拌和充氧作用，使系统接近完全混合型。
4、活性污泥的评价指标
（1）、混合液悬浮固体(mixed liquor suspension solid, MLSS)
混合液是曝气池中污水和活性污泥混合后的混合悬浮液。混合液固体悬浮物数量是指单位体积混合液中干固体的含量，单位为mg/L或g/L，工程上还常用kg/m3，也称混合液污泥浓度（一般用X表示）。它是计量曝气池中活性污泥数量多少的指标。一般活性污泥法中，MLSS浓度一般为2－4g/L。
（2）、混合液挥发性悬浮固体(mixed liquorvolatile suspension solid, MLVSS)
指混合液悬浮固体中的有机物的重量，单位为mg/L、g/L或kg/m3。把混合液悬浮固体在600℃焙烧，能挥发的部分即是挥发性悬浮固体，剩下的部分称为非挥发性悬浮固体。一般在活性污泥法中用MLVSS表示活性污泥中生物的含量。在一般情况下，MLVSS/MLSS的比值较固定，对于生活污水，常在0.75左右。对于工业废水，其比值视水质不同而异。
（3）、污泥沉降比(settling volume, sludge sedimentation ratio, SV)
污泥沉降比是指曝气池混合液在l00mL量筒中，静置沉降30min后，沉降污泥所占的体积与混合液总体积之比的百分数。所以也常称为30 min沉降比。正常的活性污泥在沉降30min后，可以接近它的*大密度，故污泥沉降比可以反映曝气池正常运行时的污泥量。可用于控制剩余污泥的排放。它还能及时反映出污泥膨胀等异常情况，便于及早查明原因，采取措施。污泥沉降比测定比较简单，并能说明一定问题，因此它成为评定活性污泥的重要指标之一。
（4）、污泥体积指数 (sludge volume index, SVI)
污泥体积指数也称污泥容积指数，是指曝气池出口处混合液，经30min静置沉降后，沉降污泥体积中1g干污泥所占的容积的毫升数，单位为mL/g，但一般不标出。它与污泥沉降比有如下关系：SVI=(SV×10)/X 式中：X的单位为g/L，SV以百分数代入。
SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度(活性)和凝聚、沉降性能。SVl值过低，说明污泥颗粒细小紧密，无机物多，缺乏活性和吸附力；SVI值过高，说明污泥难于沉降分离，并使回流污泥的浓度降低，甚至出现污泥膨胀(sludge bulking)，导致污泥流失等后果。一般认为，处理生活污水时SVI<100时，沉降性能良好；SVI为100-200时，沉降性能一般；SVI>200时，沉降性能不好。一般控制SVI为50－150之间较好。
（5）、活性污泥的生物相
活性污泥中出现的是普通的微生物。主要是**、放线菌、**、原生动物和少数其他微型动物。在正常情况下，**主要以菌胶团形式存在，游离**仅出现在未成熟的活性污泥中，也可能出现在废水处理条件变化 (如毒物浓度升高、pH值过高或过低等)，使菌胶团解体时。游离**多是活性污泥处于不正常状态的特征。
5、影响活性污泥法处理效果的因素
（1）、污泥负荷
在活性污泥法中，一般将有机物（BOD5）与活性污泥(MLSS)的重量比值(food to biomass,F:M)，称为污泥负荷，一般用N表示。污泥负荷又分为重量负荷和容积负荷。重量负荷(organic loading rate, NS）即单位重量活性污泥在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(kgMLSS·d)。容积负荷（volumetric loading rate, NV）是曝气池单位有效容积在单位时间内所承受的BOD5量，单位为kgBOD5/(m3·d)。
污泥负荷的计算公式：
式中：Q－废水的处理量，m3/d；V－曝气池的有效容积，m3；S0－进水BOD5浓度，kg/m3；X－活性污泥浓度，kgMLSS/m3 。
为了表示有机物的去除情况，也采用去除负荷Nr，即单位重量活性污泥在单位时间所去除的有机物重量。
Nr－去除负荷；Se－出水BOD浓度。
污泥负荷的影响：
污泥负荷与废水处理效率、活性污泥特性、污泥生成量、氧的消耗量有很大关系，是设计活性污泥法时的主要参数。温度对污泥负荷的选择也有一定影响。污泥负荷影响活性污泥特性。采用不同的污泥负荷，微生物的营养状态不同，活性污泥絮凝和沉降性也就不同。实践表明，在一定的活性污泥法系统中，污泥的SVI值与污泥负荷之间有复杂的变化关系。SVI与污泥负荷曲线是具有多峰的波形曲线，有三个低SVI的负荷区和两个高SVI的负荷区。如果在运行时负荷波动进入高SVI负荷区，污泥沉降性差，将会出现污泥膨胀。一般在高负荷时应选择在1.5-2.0kgBOD /kgMLSS·d范围内，中负荷时为0.2-0.4kg BOD/kgMLSS·d，低负荷时为0.03－0.05kgBOD/kgMLSS·d
（2）、污泥龄(ts或qc)和水力停留时间（q）
污泥龄（sludge age)是曝气池中工作着的活性污泥总量与每日排放的污泥量之比，单位是d。在运行稳定时，曝气池中活性污泥的量保持常数，每日排出的污泥量也就是新增长的污泥量。污泥龄也就是新增长的污泥在曝气池中平均停留时间，或污泥增长一倍平均所需要的时间。污泥龄也称固体平均停留时间或细胞平均停留时间。污泥龄是影响活性污泥处理效果的重要参数。水力停留时间q是指水在处理系统中的停留时间，单位也是d。q＝V/Q，V是曝气池的体积；Q是废水的流量。
（3）、溶解氧(dissolved oxygen,DO)
对于推流式活性污泥法，氧的*大需要量出现在污水与污泥开始混合的曝气池首端，常供氧不足。供氧不足会出现厌氧状态，妨碍正常的代谢过程，滋长丝状菌。供氧多少一般用混合液溶解氧的浓度表示。活性污泥絮凝体的大小不同，所需要的*小溶解氧浓度也就不一样。絮凝体越小，与污水的接触面积越大，也越利于对氧的摄取，所需要的溶解氧浓度就小。反之絮凝体大，则所需的溶解氧浓度就大。为了使沉降分离性能良好，较大的絮凝体是所期望的，因此溶解氧浓度以2mg/L左右为宜。
（4）、营养物(nutrients)
在活性污泥系统里，微生物的代谢需要一定比例的营养物，除以BOD表示的碳源外，还需要氮、磷和其他微量元素。生活污水含有微生物所需要的各种元素，但某些工业废水却缺乏氮、磷等重要元素。一般认为对氮、磷的需要应满足以下比例，即BOD:N:P=100:5:1。
（5）、pH值
对于好氧生物处理，pH值一般以6.5－9.0为宜。pH值低于6.5，**即开始与**竞争，降低到4.5时，**将占优势，严重影响沉降分离。pH值超过9.0时，代谢速度受到阻碍。需要指出的是pH值是指混合液而言。对于碱性废水，生化反应可以起缓冲作用。对于以有机酸为主的酸性废水，生化反应也可以起缓冲作用。
（6）、水温(temperature)
在微生物酶系统不受变性影响的温度范围内，水温上升就会使微生物活动旺盛，就能够提高反应速度。水温上升还有利于混合、搅拌、沉降等物理过程，但不利于氧的转移。对于生化过程，一般认为水温在20－30℃时效果*好，35℃以上和l0℃以下净化效果即降低。
（7）、有毒物质(toxic materials)
对生物处理有毒害作用的物质很多。毒物大致可分为重金属、H2S等无机物质和氰、酚等有机物质。这些物质对**的毒害作用，或是破坏**细胞某些必要的生理结构，或是抑制**的代谢进程。毒物的毒害作用还与pH值、水温、溶解氧、有无其他毒物及微生物的数量或是否驯化等有很大关系。
（8）、污泥回流比
污泥回流比(ratio of returned sludge)是指回流污泥的流量与曝气池进水流量的比值，一般用百分数表示，符号为R。污泥回流量的大小直接影响曝气池污泥的浓度和二次沉淀池的沉降状况，所以应适当选择，一般在20％－50％之间，有时也高达150％。
6、活性污泥增长规律
活性污泥中的微生物是多菌种的混合群体，其生长繁殖规律比较复杂，但也可用其增长曲线表示一般规律。活性污泥的增长过程可分为对数增长期、减速增长期和内源呼吸期三个阶段。在每个阶段，有机物(BOD)的去除率、去除速率、氧的利用速度及活性污泥特征等都各不相同。活性污泥微生物增长曲线（见课件）
7 、活性污泥法的数学描述
（1）、活性污泥系统生物过程动力学
完全混合式活性污泥过程在推导过程中假定有机物的降解仅在曝气池中发生，因此计算qc时，仅考虑曝气池的容积。
（2）、污泥负荷对需氧量的影响
理论上，去除lkgBOD应消耗lkgO2。由于废水中有机物的存在形式及运转条件不同，需氧量有所不同。废水中胶体和悬浮状态的有机物首先被污泥表面吸附、水解、再吸收和氧化，其降解途径和速度与溶解性BOD不同。当污泥负荷大时，BOD在系统中的停留时间短，一些只被吸附而未经氧化的有机物可能随污泥排出处理系统，使去除单位BOD的需氧量减少。在低负荷情况下，有机物能彻底氧化，甚至过量自身氧化，因此需氧量单耗大。从需氧量看，高负荷系统比低负荷系统经济。过程总需氧量包括有机物去除(用于分解和合成)的需氧量以及有机体自身氧化需氧量之和。
8、曝气的方法与设备
曝气的作用：供氧；搅拌混合作用，使活性污泥在混合液中保持悬浮状态，与废水充分接触混合。曝气的方法：鼓风曝气；机械爆气
鼓风机械曝气联合
（1）、曝气原理
气液传质过程通常遵循一定的传质扩散理论,目前工程和理论上应用较多的为双膜理论。双膜理论认为，在气–水界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态，气膜和液膜间属层流状态，不存在对流。
双膜理论示意图（见课件）
氧传递过程的基本方程如下:
式中：dC/dt－氧的传递速率(氧进入水的速率)，mg/(L·h)；C－液相氧的实际浓度，mg/L；
Cs－氧的饱和浓度，mg/L；KLa－液相总传质系数，1/h。
曝气时推动氧分子通过液膜的动力是水中氧的饱和浓度Cs和实际浓度C的差。Cs决定于空气中氧的分压，所以*终起决定作用的推动力是氧分压，而C值由微生物的耗氧速率确定。氧的传递速率同气、液两相的界面面积成正比，由于其面积难于估算，所以把它的影响包括在传质系数内，故KLa叫总传质系数。KLa的倒数单位是时间，可以把它看作是把溶解氧浓度从C增加到Cs所需的时间。
（2）、曝气设备
衡量曝气设备效能的指标有动力效率EP、氧转移效率EA和充氧能力。动力效率EA是指消耗1kWh电能所转移到液体中去的氧量，单位为kg/kWh。氧转移效率也称氧利用率，它是指鼓风曝气转移到液体中的氧占供给氧的百分数：
EA=(Ro/W)×100％。
其中：W－供氧量，kg/h；Ro－吸氧量，kg/h。
对于鼓风曝气，各种扩散装置在标准状态下的EA值是事先通过脱氧清水的曝气试验测定得出的，一般为5％－15％左右。充氧能力是指叶轮或转刷在单位时间内转移到液体中的氧量kg/h。对曝气设备的要求：良好的曝气设备除应当具有较高的动力效率和氧转移效率外，还应尽可能满足下列要求：（a）搅拌均匀；（b）构造简单；（c）能耗少；（d）价格低；（e）性能稳定，故障少；（f）不产生噪音及其它公害；（g）对某些工业废水耐腐蚀性强。
1）鼓风曝气
鼓风曝气是传统的曝气方法，它由加压设备、扩散装置和管道系统三部分组成。加压设备一般采用回转式鼓风机，也有采用离心式鼓风机的，为了净化空气，其进气管上常装设空气过滤器，在寒冷地区，还常在进气管前设空气预热器。
扩散装置的分类：小气泡扩散装置：扩散板、扩散管或扩散盘属小气泡扩散装置；中气泡扩散装置：穿孔管属中气泡扩散装置；大气泡扩散装置：竖管曝气属大气泡扩散装置；水力剪切扩散装置：倒盆式、撞击式和射流式属水力剪切扩散装置，机械剪切扩散装置：涡轮式属机械剪切扩散装置。
a）扩散板、扩散管、扩散盘
扩散板是用多孔性材料制成的薄板，有陶土制、塑料制或其他材料制成的，其形状可做成方形或长方形，方形扩散板尺寸通常为300×300×（25－40)mm，扩散板安装在池底一侧的预留槽上，空气由竖管进入槽内，然后通过扩散板进入混合液。扩散板的通气率一般为l－1.5m3/m2·min，氧利用率约10％，充氧动力效率约为2kgO2/kWh。缺点是板的孔隙小、空气通过时压力损失大、容易堵塞。
扩散板及其安装方式：
扩散管是由陶质多孔管组成，其内径44－75mm，壁厚6－14mm，长60Omm，每l0根为一组，通气率为12－15m3/根·h。目前用软管代替陶质多孔管。
b)穿孔管曝气器及布置方式
c)竖管
竖管曝气是在曝气池的一侧布置以横管分支成梳形的竖管，竖管直径在l5mm以上，离池底150mm左右。竖管属于大气泡扩散器，由于大气泡在上升时形成较强的紊流并能够剧烈地翻动水面，从而加强了气泡液膜层的更新和从大气中吸氧的过程
d）水力剪切扩散装置
2)机械曝气
机械曝气设备的式样较多，大致可归纳为叶轮和转刷两大类。曝气叶轮有安装在池中与鼓风曝气联合使用的，也有安装在池面的，后者称“表面曝气”。表面曝气具有构造简单，动力消耗小，运行管理方便，氧吸收率高的优点，故应用较多。常用的表面曝气叶轮有泵型，倒伞型和平板型。
曝气器的选择原则：
对于较小的曝气池，采用机械曝气器能减少动力费用，并省去鼓风曝气所需的管道系统和鼓风机等设备，维护管理也比较方便。这类曝气器的缺点是，转速高，其动力消耗随曝气池的增大而迅速增大，所以曝气池不能太大。这种曝气器需要较大的表面积，因此曝气池的深度也受到限制。还有，如果曝气池中产生泡沫，将严重降低充氧能力。鼓风曝气供应空气的伸缩性较大，曝气效果也较好，一般用于较大的曝气池。鼓风曝气的缺点是需要鼓风机和管道系统。曝气头易堵塞。
3 、曝气池的类型与构造
从混合液流型可分为推流式、完全混合式和循环混合式三种；
从平面形状可分为长方廊道形、圆形或方形、环形跑道形三种；
从采用的曝气方法可分为鼓风曝气式、机械曝气式以及两者联合使用的联合式三种；
从曝气池与二次沉淀池的关系可分为分建式和合建式两种。
（1）、推流式曝气池
推流式曝气池为长方廊道形池子，常采用鼓风曝气，扩散装置排放在池子的一侧。这样布置可使水流在池中呈螺旋状前进，增加气泡和水的接触时间。曝气池的数目随污水厂大小和流量而定，在结构上可以分成若干单元，每个单元包括几个池子，每个池子常由一至四个折流的廊道组成。推流式曝气池结构示意图（见课件）曝气池的池长可达100m。为了防止短流，廊道长度和宽度之比应大于5，甚至大于10。为了使水流更好的旋转前进，宽深比不大于2，常在1.5－2之间。池深常在3－5m。曝气池进水口一般淹没在水面以下，以免污水进入曝气池后沿水面扩散，造成短流，影响处理效果。曝气池出水设备可用溢流堰或出水孔。通过出水孔的水流流速一般较小(0.1－0.2m/s)，以免污泥受到破坏。
（2）、完全混合式曝气池
完全混合式曝气池常采用叶轮供氧，多以圆形、方形或多边形池子作单元，主要是因为需要和叶轮所能作用的范围相适应。
改变叶轮的直径可以适应不同直径(边长)、不同深度的池子需要。长方形曝气池可以分成一系列相互衔接的方形单元，每个单元设置一个叶轮。
使用完全混合式曝气池时，为了节约占地面积，常常是把曝气池和沉淀池合建。
（3）、循环混合式曝气池
循环混合式曝气池多采用转刷供氧，其平面形状如环形跑道，如下图所示。循环混合式曝气池也称氧化渠或氧化沟（oxidation ditch)，是一种简易的活性污泥系统，属于延时曝气法。
氧化沟的平面图像跑道一样，转刷设置在氧化渠的直段上，转刷旋转时混合液在池内循环流动，流速保持在0.3m/s以上，使活性污泥呈悬浮状态。氧化渠的流型为环状循环混合式，污水从环的一端进入，从另一端流出。一般混合液的环流量为进水量的数百倍以上，接近于完全混合，具备完全混合曝气池的若干特点。
氧化沟的特点：
（a）简化了预处理，氧化沟水力停留时间和污泥龄比一般生物处理法长，悬浮有机物可与溶解性有机物同时得到较彻底的去除，排出的剩余污泥已得到高度稳定，因此氧化沟可以不设初次沉淀池，污泥也不需要进行厌氧消化；
（b）占地面积少，因在流程中省略了初次沉淀池、污泥消化池，有时还可省略二次沉淀池和污泥回流装置，使污水厂总占地面积不仅没有增大，相反还可缩小；
（c）从溶解氧的分布看，氧化沟具有推流特性，溶解氧浓度在沿池长方向形成浓度梯度，形成好氧、缺氧和厌氧条件。通过对系统合理的设计与控制，可以取得*好的除磷脱氮效果。
另外，氧化沟的曝气方式也不限于转刷一种，也可以用其它方法曝气。氧化沟的构造形式也是多种多样的，根据不同的目的可以设计多种形式的氧化沟。氧化沟技术是近年来发展较快的生物水处理技术之一。
生物膜法的基本原理
1、生物膜在载体上的生长过程：当有机污水或由活性污泥悬浮液培养而成的接种液流过载体时，水中的悬浮物及微生物被吸附于固相表面上，其中的微生物利用有机底物而生长繁殖，逐渐在载体表面形成一层粘液状的生物膜。这层生物膜具有生物化学活性，有进一步吸附、分解污水中呈悬浮、胶体和溶解状态的污染物。
1）空气中的氧溶解于流动水层中，通过附着水层传递给生物膜；
2）有机污染物则由流动水层传递给附着水层，然后进入生物膜；
3）微生物的代谢产物如H2O等则通过附着水层进入流动水层，并随其排走；
4）CO2及厌氧层分解产物如H2S、NH3以及CH4等气态代谢产物则从水层逸出进入空气中。
1） 生物膜降解有机物的过程，也是膜生长的过程；
2） 好氧层与厌氧层的平衡稳定关系；
3） 厌氧层加厚，生物膜老化、脱落。
（1）微生物多样化
（2） 生物的食物链长
（3） 能够存活世代时间较长的微生物
（4） 分段运行与优占种属
（1） 对水质、水量变动有较强的适应性
（2） 污泥沉降性能良好，宜于固液分离
（3）能够处理低浓度的污水
4）易于维护运行、节能
1、生物滤池法的特征：
生物滤池法是在砂滤池的基础上发展起来的一种生物膜处理方法，它利用滤料表面形成的一层生物膜来净化污水。在滤池内，污水由于重力作用自上而下地连续流经滤料，滤料表面的微生物借助酶的作用，使被吸附和吸收的有机物在氧气的参与下进行氧化分解，同时微生物又以有机物为营养进行自身繁殖。老化的微生物附着力差，在污水冲刷会不断脱落，脱落后随水流出滤池，同时新的生物膜不断生长，因而处理可连续进行。
生物滤池主要由池壁、池底、滤料、布水器等部分组成。
滤料：组成滤层的过滤材料。常以花岗石、安山岩、闪绿岩等较硬的岩石以及无烟煤等材料制成。
布水器：将污水散布于滤层表面的装置，使用较多的是旋转式布水器，其次是固定喷嘴式布水器。
水力负荷率：以滤料体积表示,m3(污水）/m3（滤料）·d。
有机负荷率：以进水有机污染物或特定污染物表示,kg(BOD5或特定污染物）/m3（滤料）·d。
水力负荷率与生物膜更新的关系：水力负荷小，生物膜厚，易堵塞；水力负荷大于8m/d时，水力冲刷作用强，生物膜更新快，不易堵塞，生物活性好。但污水停留时间短，出水水质下降。
城市污水BOD5在200-300mg/L，处理效率要求80-90%时，低负荷生物滤池的有机负荷率：0.2kg/ m3（滤料）·d，高负荷生物滤池的有机负荷率：1.1kg/ m3（滤料）·d左右。
普通生物滤池； 高负荷生物滤池；塔式生物滤池； 曝气生物滤池
（1）塔式滤池：
由于低密度滤料的使用，生物滤池突破了高度的限制，可达8～20m，外形像塔，故称之；
塔身分为数层，每层设置格栅，承担滤料重量；
水力负荷可高达20～200m/d，有机负荷2～3kg/m3d；
可多段进水，但要加强预处理，防止堵塞；
优点：占地大大缩小，能使用水质水量变化；
缺点：废水提升费用高，滤池太高管理不便。
（2）曝气生物滤池
20世纪80年代发展的高效、低成本、小体积的污水处理系统；
主要分类：上流式和下流式；
填料特性：高比表面积、低密度、硬度大、抗磨损、化学稳定性好；
处理效果好：BOD5、SS、NH3-N可分别达到10、10、1mg/L；
抗冲击能力强：可适应水质、水量的波动，即使长时间停用启用后也可迅速恢复。
生物转盘是由氧化槽支撑和水平轴固定的一系列间距很近的圆盘所组成。盘片由合成树脂（聚氯乙稀、玻璃钢）、金属（铅、钢）或竹材制成。氧化槽一般是与圆盘外形基本吻合的半圆形，由钢筋混凝土或钢板制成，由电动机和变速装置带动水平轴使盘片缓缓转动。
转盘用人工方法或自然方法挂膜后，转盘表面就形成了类似生物滤池滤料那样的生物膜。转盘旋转时，浸入污水的部分，其上的生物膜吸附有机污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，在生物酶的催化作用下，分解有机物，排出代谢产物，微生物在这一过程中以有机污染物为营养进行自身繁殖。转盘露出水面的部分，空气不断地溶解到水膜中取，增加其溶解氧量。生物膜交替地与污水和空气接触，形成一个连续的吸附－吸氧－氧化分解过程，使污水得到净化。
微生物浓度高。若把生物膜折算成曝气池污泥浓度，可达10000～20000mg/L；生物相分级，预留无该机的污水水质相适应。这对微生物生长，有机污染物降解有利；具有消化、反硝化、除磷功能。由于污泥泥龄长，可生长生长期较长的消化、反硝化菌；不回流污泥，除水可加混凝剂除磷；耐冲击负荷，可适应BOD5达10～10000mg/L的有机废水；微生物食物链长，污泥量少，含水率低，易于处理。
水流流态不同：生物膜表面直接与污水接触，提供更大污染物传质空间；水流稳定，加上充沛的溶解氧，适于微生物生长，微生物相丰富，能形成稳定的生态系；供氧方式不同：曝气供氧，传质快，效率高，污水中DO浓度大；容积负荷高且污泥产量低：污染物和氧气的传质条件好，单位容积生物量高于活性污泥法和生物滤池法（125g/m2填料表面，相当于MLSS 13g/L)，故容积负荷高，并保持较低的F/M，；不需污泥回流，运行管理方便；
生物接触氧化池的构造
池体：用于放置填料，布水布气装置，设置支撑填料的栅板和格栅的构筑物，钢或钢筋混凝土结构，池底设置派你装置；
填料：生物膜附着的载体，要求比表面积大、空隙率大、强度大、水力阻力小，化学与生物稳定性好。制作材料为聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环氧玻璃钢等，形状为蜂窝状或波纹板状；此外还有纤维状软性填料，由尼龙、维纶、腈纶和涤纶等化学纤维编结成。
布气管分为二种：分流式：中心曝气，侧面曝气；直流式：**曝气。
在反应器中装入粒径较小、密度大于水的载体颗粒，通过污水以一定的流速自下而上的流动使载体成流化状态，污水中有机污染物通过与载体表面生长的生物膜相接触而达到去除的目的。
（1）两相生物流化床：流化床中只有固液两相，由液体流动托起固体颗粒，溶氧过程在另外的设备中完成。由于处于流态化工况下的水流流速难于使固体颗粒表面的生物膜脱落，故增加脱膜设备；
厌氧生物处理技术
一、概述
长期以来好氧生物处理技术，尤其是活性污泥法一直是我国城市污水处理厂的主体工艺，它具有处理效率高、出水水质好的特点，但它也存在能耗高、运行费用大、剩余污泥产量多等缺点。随着大批城镇污水处理厂建设事业的发展，急需开发能耗低、剩余污泥产量少、适合中小型污水处理厂的新工艺。厌氧生物处理技术因其具有能耗低、污泥产量少的特点，在许多发展中国家的城市污水处理中得到广泛应用。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处理厂的污泥、有机废料以及部分高浓度有机废水的处理。厌氧氧化时仅能释放出少量的能量，因此细胞的产生量即污泥的量很少。可利用此特性将好氧和缺氧过程产生的污泥通过厌氧分解加以稳定。很多工厂利用此法处理污泥产生沼气发电，如北京高碑店污水处理厂。
目前，厌氧生化法不仅可用于处理有机污泥和高浓度有机废水，也用于处理中、低浓度有机废水，包括城市污水。厌氧生物处理方法和基本功能有二：（1）酸发酵，目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵，目的是为进一步降解有机物和生产气体燃料。
二、厌氧生物处理的机理
废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(anaerobic microbes)(包括兼氧微生物）的作用，将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷(methane)和二氧化碳(carbondioxide)等物质的过程，也称为厌氧消化(anaerobic digestion) 。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体，而以化合态氧、碳、硫、氮等作为受氢体。厌氧生物处理是一个复杂的微生物化学过程，依靠三大主要类群的**，即水解产酸**(fermentative bacteria)、产氢产乙酸**(acetogenic bacteria)和产甲烷**(methanogenic bacteria)的联合作用完成。厌氧消化过程划分为三个连续的阶段，即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。
**阶段为水解酸化阶段。复杂的大分子、不溶性有机物先在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较**脂肪酸。
**阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸**的作用下，**阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2、CO2。
第三阶段为产甲烷阶段。产甲烷**将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的l/3后者约占2/3。
上述三个阶段的反应速度依废水性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般的蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物为主的废水，产甲烷易成为限速阶段。
有机物厌氧分解的三个阶段
三、影响厌氧生物处理的主要因素
控制厌氧处理效率的基本因素有两类：一类是基础因素，包括微生物量 (污泥浓度)、营养比、混合接触状况、有机负荷等；另一类是环境因素，如温度、pH值、有毒物质等。产甲烷**是决定厌氧消化效率和成败的主要微生物，产甲烷阶段是厌氧过程速率的限制步骤。
1、温度条件
各类微生物适宜的温度范围是不同的，一般认为，产甲烷菌的温度范围为5-60℃。在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率，温度为40-45℃时，厌氧消化效率较低。据产甲烷菌适宜温度条件的不同，厌氧法可分为常温消化、中温消化和高温消化三种类型。
温度对厌氧消化过程的影响
温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时内温度升降5℃，沼气产量明显下降，波动的幅度过大时，甚至停止产气。
温度的波动，不仅影响沼气产量，还影响沼气中甲烷的含量，尤其高温消化对温度变化更为敏感。温度的暂时性突然降低不会使厌氧消化系统遭受根本性的破坏，温度一经恢复到原来水平时，处理效率和产气量也随之恢复
2、pH值
每种微生物可在一定的pH值范围内活动，产酸**对酸碱度不及甲烷**敏感，其适宜的pH值范围较广，在4.5-8.0之间。产甲烷菌要求环境介质pH值在中性附近，*适宜pH值为7.0-7.2，pH6.6-7.4较为适宜。在厌氧法处理废水的应用中，由于产酸和产甲烷大多在同一构筑物内进行，故为了维持平衡，避免过多的酸积累，常保持反应器内的pH值在6.5-7.5(*好在6.8-7.2)的范围内。在厌氧消化过程中，pH值的升降变化除了外界因素的影响之外，还取决于有机物代谢过程中某些产物的增减。产酸作用产物使有机酸的含量增加，会使pH值下降。含氮有机物分解产物氨的增加，会引起pH值升高。在厌氧处理中，pH值除受进水的pH影响外，主要取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡，取决于挥发酸、碱度、CO2、氨氮、氢之间的平衡。
3、有机负荷
在厌氧法中，有机负荷通常指容积有机负荷，简称容积负荷，即消化器单位有效容积每天接受的有机物量（kgCOD/m3·d)。对悬浮生长工艺，也有用污泥负荷表达的，即kg CODcr/(kg污泥·d)。在污泥消化中，有机负荷习惯上以投配率或进料率表达，即每天所投加的湿污泥体积占消化器有效容积的百分数。由于各种湿污泥的含水率、挥发组分不尽一致，投配率不能反映实际的有机负荷，为此，又引入反应器单位有效容积每天接受的挥发性固体重量这一参数，即kgMLVSS/m3·d。有机负荷值因工艺类型、运行条件以及废水中污染物的种类及其浓度而异。
在通常的情况下，常规厌氧消化工艺中温处理高浓度工业废水的有机负荷为2-3 kgCODcr/(m3·d)，在高温下为4-6 kgCODcr /(m3·d)。
上流式厌氧污泥床反应器、厌氧滤池、厌氧流化床等新型厌氧工艺的有机负荷在中温下为5-15 kgCODcr/(m3·d)，可高达30kgCODcr/(m3·d)。在处理具体废水时，*好通过试验来确定其*适宜的有机负荷。
4、厌氧活性污泥
厌氧活性污泥主要由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成。厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系。性状良好的污泥是厌氧消化效率的基础保证。厌氧活性污泥的性质主要表现为它的作用效能与沉降性能。故在一定的范围内，活性污泥浓度愈高，厌氧消化的效率也愈高。但也不是越高越好。
5、搅拌和混合
通过搅拌可消除池内梯度，增加食料与微生物之间的接触，避免产生分层，促进沼气分离。在连续投料的消化池中，还使进料迅速与池中原有料液相混匀。在传统厌氧消化工艺中，也将有搅拌的消化器称为高效消化器。搅拌程度与强度要适当。搅拌的方法有：
（1）机械搅拌器搅拌法；（2）消化液循环搅拌法；（3）沼气循环搅拌法等。其中沼气循环搅拌，还有利于使沼气中的CO2作为产甲烷的底物被**利用，提高甲烷的产量。
厌氧滤池和上流式厌氧污泥床等新型厌氧消化设备，虽没有专设搅拌装置，但以上流的方式连续投入料液，通过液流及其扩散作用，也起到一定程度的搅拌作用。
6、废水的营养比
厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例，因为其他营养元素不足的情况较少见。厌氧法中碳:氮:磷控制为200-300:5:1为宜。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要。研究表明，合适的C/N为10-18:1。
7、有毒物质
包括有毒有机物、重金属离子和一些阴离子等。对有机物来说，带醛基、双键、氯取代基、苯环等结构，往往具有抑制性。有毒物质的*高容许浓度与处理系统的运行方式、污泥驯化程度、废水特性、操作控制条件等因素有关。
四、厌氧法的工艺和设备
按微生物生长状态分为厌氧活性污泥法(anaerobic activated sludge)和厌氧生物膜法(anaerobic slime)；按投料、出料及运行方式分为分批式(batch)、连续式(continuous)和半连续式(semi-continuous)；厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等；厌氧生物膜法包括厌氧滤池、厌氧流化床、厌氧生物转盘等。
根据厌氧消化中物质转化反应的总过程是否在同一反应器中并在同一工艺条件下完成，又可分为一步厌氧消化(one stage digestion)与两步厌氧消化(two stage digestion)等。厌氧活性污泥法包括普通消化池、厌氧接触工艺、上流式厌氧污泥床反应器等。
1、普通厌氧消化池
普通消化池又称传统或常规消化池(conventional digester)。消化池常用密闭的圆柱形池，废水定期或连续进入池中，经消化的污泥和废水分别由消化池底和上部排出，所产沼气从顶部排出。池径从几米至三、四十米，柱体部分的高度约为直径的1/2，池底呈圆锥形，以利排泥。为使进水与微生物尽快接触，需要一定的搅拌。常用搅拌方式有三种：(a)池内机械搅拌；(b)沼气搅拌；(c)循环消化液搅拌。
普通消化池的特点是:可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液。厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现，结构较简单。缺乏持留或补充厌氧活性污泥的特殊装置，消化器中难以保持大量的微生物细胞。对无搅拌的消化器，还存在料液的分层现象严重，微生物不能与料液均匀接触的问题。温度不均匀，消化效率低。
2、厌氧接触法
在消化池后设沉淀池，将沉淀污泥回流至消化池，形成了厌氧接触法（anaerobic contact process)。
厌氧接触法的特点：
（1）通过污泥回流，保持消化池内污泥浓度较高，一般为10-15g/L，耐冲击能力强；
（2）消化池的容积负荷较普通消化池高，中温消化时，一般为2-l0kgCODcr/m3·d，水力停留时间比普通消化池大大缩短，如常温下，普通消化池为15-30天，而接触法小于10天；
（3）可以直接处理悬浮固体含量较高或颗粒较大的料液，不存在堵塞问题；
（4）混合液经沉降后，出水水质好，
（5）但需增加沉淀池、污泥回流和脱气等设备
（6）厌氧接触法存在混合液难于在沉淀池中进行固液分离的缺点。
几种脱气方法：
(1)真空脱气，由消化池排出的混合液经真空脱气器(真空度为0.005 MPa)，将污泥絮体上的气泡除去，改善污泥的沉降性能；
(2)热交换器急冷法，将从消化池排出的混合液进行急速冷却。
(3)絮凝沉降，向混合液中投加絮凝剂，使厌氧污泥易凝聚成大颗粒，加速沉降；
(4)用超滤器代替沉淀池，以改善固液分离效果。
3、厌氧滤池
厌氧滤池（anaerobic filter）又称厌氧固定膜反应器，是上世纪60年代末开发的新型高效厌氧处理装置。滤池呈圆柱形，池内装放填料，池底和池顶密封。厌氧微生物附着于填料的表面生长，当废水通过填料层时，在填料表面的厌氧生物膜作用下，废水中的有机物被降解，并产生沼气，沼气从池顶部排出。废水从池底进入，从池上部排出，称升流式厌氧滤池；废水从池上部进入，以降流的形式流过填料层，从池底部排出，称降流式厌氧滤池。
厌氧生物滤池的特点及改进：
在厌氧生物滤池中，厌氧微生物大部分存在于生物膜中，少部分以厌氧活性污泥的形式存在于滤料的孔隙中。厌氧微生物总量沿池高度分布是很不均匀的，在池进水部位高，相应的有机物去除速度快。当废水中有机物浓度高时，特别是进水悬浮固体浓度和颗粒较大时，进水部位容易发生堵塞现象。对厌氧生物滤池采取如下改进：
（1）出水回流；
（2）部分充填载体；
（3）采用软性填料。
厌氧生物滤池的特点是：
（1）由于填料为微生物附着生长提供了较大的表面积，滤池中的微生物量较高，又因生物膜停留时间长，平均停留时间长达100天左右，因而可承受的有机容积负荷高，COD容积负荷为2-16kgCODcr/(m3·d)，且耐冲击负荷能力强；
（2）废水与生物膜两相接触面大，强化了传质过程，因而有机物去除速度快；
（3）微生物固着生长为主，不易流失，因此不需污泥回流和搅拌设备；
（4）启动或停止运行后再启动比前述厌氧工艺法时间短。
（5）处理含悬浮物浓度高的有机废水，易发生堵塞，尤以进水部位更严重。因此，进水悬浮物浓度不应超过200mg/L。
4、厌氧流化床
厌氧流化床特点:
（1）载体颗粒细，比表面积大，可高达2000-3000m2/m3左右，使床内具有很高的微生物浓度，因此有机物容积负荷大，一般为10-40kgCODcr/m3·d，水力停留时间短，具有较强的耐冲击负荷能力，运行稳定；
（2）载体处于流化状态，无床层堵塞现象，对高、中、低浓度废水均表现出较好的效能；
（3）载体流化时，废水与微生物之间接触面大，同时两者相对运动速度快，强化了传质过程，从而具有较高的有机物净化速度；
（4）床内生物膜停留时间较长，剩余污泥量少；
（5）结构紧凑、占地少以及基建投资省等。
（6）但载体流化耗能较大，且对系统的管理技术要求较高。
为了降低动力消耗和防止床层堵塞，可采取如下措施：
（1）间歇性流化床工艺，即以固定床与流化床间歇**替操作。固定床操作时，不需回流，在一定时间间歇后，又启动回流泵，呈流化床运行；
（2）尽可能取质轻、粒细的载体，如粒径20-30mm、相对密度1.05-1.2g/cm3的载体。保持低的回流量，甚至免除回流就可实现床层流态化。
5、厌氧生物转盘和挡板反应器
厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似，不同之处在于盘片大部分 (70％以上)或全部浸没在废水中，为保证厌氧条件和收集沼气，整个生物转盘设在一个密闭的容器内。厌氧挡板反应器是从研究厌氧生物转盘发展而来的，生物转盘不转动即变成厌氧挡板反应器。挡板反应器与生物转盘相比，可减少盘的片数和省去转动装置。
厌氧生物转盘的特点：
（1）厌氧生物转盘内微生物浓度高，因此有机物容积负荷高，水力停留时间短；
（2）无堵塞问题，可处理较高浓度的有机废水；
（3）一般不需回流，所以动力消耗低；
（4）耐冲击能力强，运行稳定，运转管理方便。但盘片造价高。
6、上流式厌氧污泥床反应器
上流式厌氧污泥床反应器（upflow anaerobic sludge blanket reactor)，简称UASB反应器，是由荷兰的G. Lettnga等人在上世纪70年代初研制开发的。UASB厌氧反应器以其独特的特点，成为世界上应用*为广泛的厌氧生物处理方法。从UASB反应器**建立生产性装置以来，全世界已有超过600座UASB反应器投入使用，其处理的废水几乎囊括了所有有机废水。污泥床反应器内没有载体，是一种悬浮生长型的消化器。其主要的特点有：反应器负荷高，体积小，占地少；可以不添加或少添加营养物质；能耗低，产生的甲烷可以作为能源利用；不产生或产生很少的剩余污泥；规模可大可小，操作灵活方便。
UASB反应器的机构可以分为污泥床，污泥悬浮层，三相分离器和沉淀区四个部分。废水由底部进入反应器，UASB能去除的有机物70％在污泥床中完成，剩下的30％在污泥悬浮层内去除，被气泡挟带的污泥在三相分离器内实现气固分离，一些沉降性能好，活性高的污泥由沉淀区返回反应器，而沉降性能差，活性低的污泥则被冲洗出反应器，保证了活性高的污泥的基质利用，从而实现淘劣存优的效果。
上流式厌氧污泥床的池形有圆形、方形、矩形。小型装置常为圆柱形，底部呈锥形或圆弧形。大型装置为便于设置气、液、固三相分离器，则一般为矩形，高度一般为3-8m，其中污泥床1-2m，污泥悬浮层2-4m，多用钢结构或钢筋混凝土结构。
UASB反应器良好的污染物去除效果（一般80％以上）依靠反应器中形成的厌氧颗粒污泥实现的。厌氧颗粒污泥性状各异，大多数具有相对规则的球形或椭球形，直径在0.15～5mm之间，颜色通常四黑色或灰色，沉降性能良好，文献报道其沉降速度的典型范围在18～100m/h。颗粒污泥本质上是多种微生物的聚集体，主要是由厌氧微生物组成，颗粒污泥中参与分解复杂有机物，
颗粒污泥的形成过程即颗粒化过程是单一分散厌氧微生物聚集生长成颗粒污泥的过程，是一个复杂而且持续时间较长的过程，可以看成是一个多阶段的过程。首先是**与基体（可以是**，也可以是有机或无机材料）相互吸引粘连，这是污泥形成的开始阶段，也是决定污泥结构的重要阶段。**与基体接近后，通过**的附属物如菌丝和菌毛等，或通过多聚物的粘连，将**粘接到基体上。随着粘接到基体上的**的数目的增多，就开始形成具有初步代谢作用的微生物聚集体。微生物聚集体在适宜的条件下，各种微生物大量繁殖，*后形成沉降性
能良好，产甲烷活性高的颗粒污泥。
上流式厌氧污泥床反应器的特点:
（1）反应器内污泥浓度高，一般平均污泥浓度为30-40g/L，其中底部污泥床(sludge bed)污泥浓度60-80g/L，污泥悬浮层(sludgeblanket)污泥浓度5-7g/L；污泥床中的污泥由活性生物量占70-80％的高度发展的颗粒污泥(sludge granules)组成，颗粒的直径一般在0.5-5.0mm之间，颗粒污泥是UASB反应器的一个重要特征。
（2）有机负荷高，水力停留时间短，中温消化，COD容积负荷一般为10-20kg COD/（m3·d）；
（3）反应器内设三相分离器，被沉淀区分离的污泥能自动回流到反应区，一般无污泥回流设备；
（4）无混合搅拌设备。投产运行正常后，利用本身产生的沼气和进水来搅动；
（5）污泥床内不填载体，节省造价及避免堵塞问题。
（6）反应器内有短流现象，影响处理能力。进水中的悬浮物应比普通消化池低得多，特别是难消化的有机物固体不宜太高，以免对污泥颗粒化不利或减少反应区的有效容积，甚至引起堵塞；
（7）运行启动时间长，对水质和负荷突然变化比较敏感。
7、厌氧污泥膨胀床反应器（EGSB）和内循环厌氧反应器（IC）
上世纪七、八年代开发的厌氧污泥膨胀床反应器（EGSB）、内循环厌氧反应器（IC），已成功应用于多项工程实践。
厌氧颗粒污泥膨胀床（Expanded Granular Sludge Bed, EGSB）反应器虽然在结构形式、污泥形态等方面与UASB非常相似，但其工作运行方式与UASB显然不同，主要表现在EGSB中一般采用2.5-6m/h的液体表面上升流速（*高可达10m/h），高COD负荷（8-15kgCODcr/m3•d)。高的液体表面上升流速使颗粒污泥床层处于膨胀状态，不仅使进水能与颗粒污泥能充分接触，提高了传质效率，而且有利于基质和代谢产物在颗粒污泥内外的扩散、传送，保证了反应器在较高的容积负荷条件下正常运行。EGSB反应器实质上是固体流态化技术在有机废水生物处理领域的具体应用。EGSB反应器的工作区为流态化的初期，即膨胀阶段（容积膨胀率约为10-30%），在此条件下，进水流速较低，一方面可保证进水基质与污泥颗粒的充分接触和混合，加速生化反应进程，另一方面有利于减轻或消静态床（如UASB)中常见的底部负荷过重的状况,增加反应器对有机负荷,特别是对毒性物质的承受能力。EGSB反应器 适用范围广，可用于SS含量高和对微生物有抑制性的废水处理，在低温和处理低浓度有机废水时有明显优势。
内循环厌氧反应器（Internal Circulation,IC）构造的特点是具有很大的高径比，一般可达4－8，反应器的高度达到20m左右。整个反应器由**厌氧反应室和**氧反应室叠加而成。每个厌氧反应室的顶部各设一个气、固、液三相分离器。**级三相分离器主要分离沼气和水，**级三相分离器主要分离污泥和水，进水和回流污泥在**厌氧反应室进行混合。**反应室有很大的去除有机能力，进入**厌氧反应室的废水可继续进行处理。去除废水中的剩余有机物，提高出水水质。内循环厌氧反应器具有极高COD负荷（15-25kgCODcr/m3•d)，结构紧凑，节省占地面积，借沼气内能提升实现内循环，不必外加动力，抗冲击负荷能力强，具有缓冲pH的能力，出水稳定性好，可靠性高，基建投资低。
五、两相厌氧处理系统
厌氧消化反应分别在两个独立的反应器中进行，每一反应器完成一个阶段的反应，比如一为产酸阶段，另一为产甲烷阶段，故又称两段式厌氧消化法。按照所处理的废水水质情况，两步可以采用同类型或不同类型的消化反应器。**步反应器可采用简易非密闭装置、在常温、较宽pH值范围条件下运行；**步反应器则要求严格密封、严格控制温度和pH值范围。接触消化池–上流式污泥床两步消化工艺如下图：
1、热交换器；2、接触消化池；3、沉淀池；4、上流式厌氧污泥床
两步厌氧法具有如下特点:
（1）耐冲击负荷能力强，运行稳定，避免了一步法不耐高有机酸浓度的缺陷；
（2）两阶段反应不在同一反应器中进行，互相影响小，可更好地控制工艺条件；
（3）消化效率高，尤其适于处理含悬浮固体多、难消化降解的高浓度有机废水。
（4）但两步法设备较多，流程和操作复杂。
六、厌氧制氢技术
制氢技术有：（1）基于化石燃料的方法，如天然气的蒸气气化、石油碳氢化合物重组分的部分氧化、煤的气化等占整个氢气产量的90%以上。（2）基于以水为原料的方法：电解、光解、直接热分解等占整个氢气产量的4%左右。（3）基于生物技术的方法，如：藻类和蓝**光解水、光合**光分解有机物、有机物的发酵制氢、光合微生物和发酵性微生物的联合运用制氢等等。
由于厌氧生物发酵制氢具有产氢能力大、无需光源、底物来源广泛等优点而逐渐受到人们青睐。厌氧制氢根据末端发酵产物不同分为以下两种：
• (1)当乙酸为终产物时：
C6H12O6 + 2H2O→ 2CH3COOH +4H2 + 2CO2
(2)当丁酸为终产物时：
C6H12O6→ CH3CH2CH2COOH +2H2 + 2CO2
当H2、CO2分压增加，产氢速率明显降低，合成更多与产氢竞争的底物。氢气产生速率与：pH、水力停留时间、氢分压等有很大关系。研究表明：碳水化合物*具有厌氧生物产氢可行性，而在碳水化合物中，溶解性糖类比溶解性差的淀粉等更具有产氢可行性。在碳水化合物中。对于溶解性好的糖，生物产氢稳定运行的PH值工程控制参数为4. 5左右，对于溶解性较差的淀粉废水，其控制参数为PH值4. 0左右。
厌氧制氢技术优点：耗能低、效率高；清洁、节能和可再生；原料成本低，制氢过程不污染环境。利用厌氧**发酵纤维素、半纤维素、木质素降解后的小分子有机物，具有很强的环境、经济效益。
厌氧制氢技术还有一些问题有待进一步研究，如：（1）研究气体快速分离技术，减少因氢、二氧化碳分压增加抑制产氢速率———膜技术的使用；（2）诱变高产氢能力的菌株；（3）优化反应器的设计—如固定床的使用等等。生物制氢技术总体上还处在初步研究阶段，但其在原料来源、能源消耗、环境方面具有较强的优势，所以仍是值得深入研究的领域。
七、各种厌氧与好氧技术的比较和联合运用
1、、各种厌氧和好氧技术的比较
厌氧工艺与好氧工艺相比较，各有其优缺点。
厌氧工艺与好氧工艺相比较，优点如下：
（1）、应用范围广
因供氧限制，好氧法一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。有些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的，但对厌氧生物处理是可降解的，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。
（2）、能耗低
好氧法需要消耗大量能量供氧，曝气费用随着有机物浓度的增加而增大，而厌氧法不需要充氧，而且产生的沼气可作为能源。废水有机物达一定浓度后，沼气能量可以抵偿消耗能量。研究表明，当原水BOD5达到1500mg/L时，采用厌氧处理即有能量剩余。有机物浓度愈高，剩余能量愈多。一般厌氧法的动力消耗约为活性污泥法的1/10。理论上每去除1kgCOD可生产0.35m3纯甲烷(0℃,1atm)。
（3）、负荷高
通常好氧法的有机容积负荷为0.7-1.2 kgBOD/(m3·d)，而厌氧法为2-10 kgCODcr/(m3·d)，高的可达30-50kgCODcr/(m3·d)。
（4）、剩余污泥量少，且其浓缩性、脱水性良好
好氧法每去除l kgCODcr将产生0.4-0.6 kg生物量，而厌氧出去除l kgCODcr只产生0.02-0.l kg生物量，其剩余污泥量只有好氧法的5％-20％。同时，消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的。因此，剩余污泥处理和处置简单、运行费用低，甚至可作为肥料、饲料或饵料利用。
（5）、氮、磷营养需要量较少
好氧法一般要求BOD:N:P为l00:5:1，而厌氧法的BOD:N:P为l00:2.5:0.5，对氮、磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐量较少。
（6）、有**作用
厌氧处理过程有一定的**作用，可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵、病毒等。
（7）、污泥易贮存
厌氧活性污泥可长期贮存，反应器能季节性或间歇性运转。
厌氧工艺与好氧工艺相比较，缺点如下：
（1）、厌氧微生物增殖缓慢，因而厌氧设备启动和处理所需时间比好氧设备长（活性污泥法15℃培养7-10天，生物膜法20℃培养30天左右）；
（2）、出水往往达不到排放标准，需要进一步处理，故一般在厌氧处理后串联好氧处理；
（3）、厌氧处理系统操作控制因素较为复杂；
（4）、厌氧过程会产生气味对空气有污染。
2、厌氧和好氧技术的联合应用
实际工业废水中有机物的浓度较高，COD 可以达到几万甚至几十万。高浓度有机废水用一种方法很难处理到要求的水平，所以需要用厌氧和好氧处理方法联合应用才能达到好的效果。厌氧–好氧工艺的可能比没有厌氧的单独好氧工艺有一些特别的优势。现以UASB加一个活性污泥工艺来分析厌氧–好氧工艺的特点。
厌氧–好氧工艺的特点：
（1）由于UASB反应器会去除大量有机物和悬浮物，其后的好氧工艺污泥量会少得多，因此，在实践中，厌氧–好氧工艺的总容积常不到单独好氧工艺容积的一半。
（2）由于好氧部分的剩余污泥可以循环至UASB反应器，并在那里消化和增浓，因此，厌氧–好氧工艺可以省掉污泥稳定所需的操作单元，剩余污泥量也比单独好氧工艺少得多，且更易处理。
（3）由于厌氧反应器已去除大分子有机物，所以在好氧部分的需氧量大为减少，由此可以节约能源。同时由于UASB反应器实际起到一种均衡作用，它减少了好氧部分的需氧量稳定。
由以上分析，厌氧–好氧工艺是非常有吸引力的工艺。采用厌氧与好氧工艺相结合的工艺，还可以达到生物脱氮、脱磷的目的。目前厌氧与好氧联合的工艺较多，有些仍处在研究阶段，具体见第五节，此处仅以某啤酒厂废水的处理流程（见多媒体课件）举例。
3、应用实例
（1）、某啤酒厂废水水质情况如下：
废水水量：Q＝3000m3/d
进水水质：COD＝2500mg/L；BOD5＝1600mg/L；SS＝500mg/L
出水水质：处理后的废水达到GB8978－1996**标准，即COD≤100mg/L；BOD5≤20mg/L；SS≤70mg/L。
（2）、UASB反应器的形状和尺寸、水力停留时间（HRT）和水力负荷率（Vr）
对于中等浓度和高浓度的有机废水，一般情况下，有机容积负荷率是限制因数，反应器的容积与废水量、废水浓度和允许的有机物容积负荷去除率有关。
设计容积负荷为NV＝4.0kgCOD/(m3∙d)，COD去除率为80％，则UASB反应器的有效容积为：
V有效＝Q（C0－Ce）/NV
式中：Q－设计处理量，m3/d；
C0、Ce－进、出水COD浓度，mg/L；
NV－COD容积负荷，kgCOD/(m3∙d)。
V有效＝3000×（2500－500）×10-3/4.0＝1500（m3）
据资料，经济的反应器高度一般为4~6m之间，并且在大多数情况下这也是系统优化的运行范围。升流式厌氧污泥床的池型有矩形、方形和圆形。圆形反应器具有结构较稳定的特点，但是建造圆形反应器的三相分离器要比矩形和方形的要复杂的多，因此本次设计采用矩形池。从布水均匀性和经济性考虑，矩形池长宽比为2：1左右为合适。
设计反应器有效高度为h＝6m，则横截面积S＝V有效/h＝1500/6＝250（m2）。
设池长L约为池宽B的两倍，则可取B＝12m，L＝21m。 一般应用时反应器装液量为70～90％，本工程中设计反应器总高H＝7.5m，其中超高0.5m。
反应器的总容积V＝BLH＝12×21×（7.5－0.5）＝1764m3，有效容积为1500m3，则体积有效系数为85.0％，符合有机负荷要求。
对于颗粒污泥，水力负荷Vr＝0.1~0.9m3/（m2∙h），符合要求。
由于有机负荷较高，产气量大，因此设置一个水封罐，水封罐出来的沼气先通入气水分离器，然后再进入沼气贮柜。气水分离器起到对沼气干燥的作用，选用直径500mm×H1800mm钢制气水分离器一个，气水分离器中预装钢丝填料，在气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计及压力表。
4、思考题：
（1）、玉米酒精厂废水处理方案
淀粉质原料(玉米) 酒精发酵产生废糟液，糟液污染重要指标之一是总固体，它包括溶解性固体、悬浮固体和胶体，它是由有机物、无机物和生物菌体所组成。废糟液固液分离后，滤渣组分经过烘干后可以制成蛋白质饲料。废水CODcr大约9400—12000mg/ L，BOD5大约8300mg/ L ，SS达到3000 mg/L，且pH值较低。请对450 t/d酒精废水设计一处理方案。
参考方案如下：
工艺流程说明：废水进入调节沉淀池，去除大部分SS，调节池中的废水经泵提升进入USBA反应器，经厌氧反应后重力自流进水解酸化池，其中UASB中反应产生的沼气经三相分离器收集后通过水封、气水分离器，脱硫罐等装置进入气柜存放，以便加以利用。水解酸化池出水进入好氧接触氧化池，处理水经过二沉池经固液分离后达标后排放。UASB和二沉池中排放出的剩余污泥与调节池的污泥一起排入污泥浓缩池进行浓缩，随后经压滤机处理后外运。
(2)、肉联厂综合废水处理方案选择
某肉联厂综合废水量3000 t/d ，CODcr为800 mg/ L，BOD5大约500mg/ L ，SS为150mg/L，氨氮60mg/L。要求出水处理后水质达到GB8978－1996**排放标准，请针对此种废水提出一处理方案。
参考方案：
细格栅机
水解酸化池
SBR池
砂滤池
废水
粗格栅机
清水池
工艺流程说明：肉联厂综合废水属于易于生物降解的高悬浮有机废水，含有大量血污、毛皮、碎肉等，废水经两道格栅，进入水解酸化池，经泵提升进入SBR反应器，然后重力自流进入砂滤池，出水经过二沉池经固液分离后出水。
SBR集厌氧和好氧两类特征各异的微生物于一体，充分发挥各类微生物降解污染物的能力和潜力。此种废水中氮磷含量较高，SBR生化反应池具有良好的脱氮除磷的效果。水解酸化池出水经配水井分配给两个SBR池，**个SBR池进水比**个池进水滞后两个小时，这样**池在沉淀阶段停止进水，刚好**个SBR池进水处理，而整个好氧系统宏观上表现为连续进水，进水阀门采用电磁阀控制。
