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　　煉油污水是一類污染物組成復(fù)雜、懸浮物和油類污染物含量高，且生物毒性強、生物不易降解的有機污水。污水經(jīng)物化工藝處理去除大部分油類污染物和懸浮物后進(jìn)入生化處理工藝，通過微生物作用降解污水中大部分COD 和氨氮等有機污染物。生化處理技術(shù)主要是利用微生物代謝產(chǎn)生的水解酶，將水中的大分子有機污染物開環(huán)、斷鍵，轉(zhuǎn)化為小分子有機物，再通過微生物的協(xié)同作用將小分子物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為易降解的小分子、

　　H2O、CO2 及N2 等物質(zhì)，從而實現(xiàn)污水的凈化作用，具有基建費用低、處理水量大、降解效果顯著、適用領(lǐng)域廣泛等諸多優(yōu)點，是現(xiàn)代污水處理工藝中最主要的處理技術(shù)。

　　1 厭氧生物技術(shù)

　　厭氧生物技術(shù)是在沒有氧氣的條件下，通過厭氧菌群的新陳代謝活動，降解大量有機污染物，同時生成CH 、CO 等無機物的過程 。在厭氧生物活動過程中，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難降解的有機化合物開環(huán)斷鏈，轉(zhuǎn)變成分子結(jié)構(gòu)簡單、易降解的化合物，并釋放一定能量。厭氧生物處理是一個由成千上萬種不同功能的微生物菌群共同參與完成的代謝過程，是一個相互影響、相互制約、同時進(jìn)行的極其復(fù)雜的生物化學(xué)過程 。

　　厭氧生物反應(yīng)階段學(xué)說經(jīng)歷了兩階段到四階段學(xué)說的發(fā)展歷程 ：兩階段學(xué)說是指在厭氧技術(shù)研究初期，人們認(rèn)為厭氧反應(yīng)包括兩個階段，即酸性階段和堿性階段 。隨著厭氧生物技術(shù)研究不斷深入，科研學(xué)者相繼提出了厭氧反應(yīng)三階段學(xué)說，認(rèn)為厭氧微生物的降解過程存在水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷三個階段?，F(xiàn)代微生物檢測手段的成熟進(jìn)一步推進(jìn)厭氧微生物學(xué)研究，表明厭氧生物反應(yīng)可分為四個階段，即水解階段、酸化階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。另一種說法也是四個階段，根據(jù)各個反應(yīng)階段參與的微生物類型劃分為水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、耗氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個階段 。無論是兩階段學(xué)說還是發(fā)展到后來的四階段學(xué)說，對厭氧生物反應(yīng)的機理研究內(nèi)涵都是 ：微生物先將復(fù)雜的有機物(纖維素、蛋白質(zhì)、脂類)等發(fā)酵為有機酸、醇類、CO 、NH 、H 等 ;然后產(chǎn)酸菌將除甲酸、乙酸、甲醇外的有機酸和醇類轉(zhuǎn)化成乙酸 ;產(chǎn)甲烷菌再將甲酸、甲醇、乙酸、CO 等小分子轉(zhuǎn)化為甲烷 。

　　污水的厭氧生物處理技術(shù)主要應(yīng)用設(shè)備包括普式消化池、厭氧接觸池、升流式厭氧污泥床(UASB)及厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB) 等。

　　2 升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)

　　1977 年，荷蘭 Lettinga 教授在經(jīng)過大量結(jié)構(gòu)計算及試驗驗證，發(fā)明了升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UpflowAnaerobic Sludge Bed， UASB)[21]，UASB 內(nèi)的污水自下而上流動，反應(yīng)器底部由一個微生物活性極高的污泥組成高濃度污泥床層，污水中的大部分有機化合物經(jīng)過污泥床與微生物菌群充分接觸，厭氧發(fā)酵為甲烷和二氧化碳等小分子化合物，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通過反應(yīng)器頂部三相分離器集中收集，再利用，污泥受重力作用回到污泥床層區(qū)。

　　2.1 UASB 工藝原理

　　UASB 反應(yīng)器的工作原理是污水從反應(yīng)器的底部進(jìn)入，向上流動過程中與污泥床層充分接觸，水中有機物被厭氧菌群新陳代謝過程利用，降解為 CH 、CO 和小分子化合物等。厭氧過程中產(chǎn)生的沼氣引起反應(yīng)器內(nèi)污水形成內(nèi)循環(huán)，促進(jìn)污泥床內(nèi)污泥形成顆粒污泥。同時，附著了氣體的污泥隨水流上升至反應(yīng)器頂部，氣 -水 - 泥的混合物經(jīng)過三相分離器時，沼氣進(jìn)入集氣室集中收集后再利用，污泥顆粒受重力作用沉淀并回到污泥床層，與污水中有機物繼續(xù)反應(yīng)。

　　2.2 UASB 工藝的技術(shù)特點

　　與早期厭氧工藝比較，UASB 具有以下優(yōu)點：

　　(1)污泥濃度是早期污泥池的十倍以上，污染物降解效果顯著。

　　(2)省去機械攪拌裝置輔件，發(fā)酵產(chǎn)生沼氣隨水流上升過程，迫使上部污泥床呈現(xiàn)懸浮態(tài)。

　　(3)省去污泥沉淀池和回流設(shè)備，反應(yīng)器頂部安裝三相分離器，隨水流上升的污泥在三相分離器內(nèi)受水力學(xué)影響重新回到污泥床反應(yīng)區(qū)。

　　(4)減少設(shè)備堵塞和反沖洗操作，污泥床無載體，節(jié)省設(shè)備造價同時避免填料堵塞等問題。

　　2.3 UASB 工藝的研究與應(yīng)用

　　Saber A. El-Shafai等人用 UASB+ 浮萍池處理生活污水，夏季進(jìn)水 COD 濃度為 749, mg/L 時，經(jīng)過 UASB處理后降到 151 mg/L，最終出水 COD 為 49, mg/L ;冬季進(jìn)水COD 為 871 mg/L 時，經(jīng)過 UASB 處理后將至 257, mg/L，最終出水為 73 mg/L。

　　H. Nadais等人以絮凝污泥為接種污泥，采用間歇式 UASB 反應(yīng)器處理乳品廢水。研究結(jié)果表明，間歇式 UASB 處理乳品廢水的最佳周期(COD 轉(zhuǎn)化為甲烷的最高轉(zhuǎn)化率)為 96 h(48 h 加營養(yǎng)物 +48 h 不加營養(yǎng)物)，最大負(fù)載是 22 g COD/L·d，加入營養(yǎng)物階段等價負(fù)荷是 44 g COD/L·d。

　　R. Rajakumar等研究中溫條件下(29℃～ 35℃)采用混合型升流式厭氧污泥床(HUASB)處理家禽屠宰廢水。結(jié)果表明，最佳有機負(fù)荷為 19 kg COD/m3·d，此時 TCOD 的去除率為 70% ～ 86%，SCOD 的去除率為 80% ～ 92% ;生物氣體(最大甲烷含量為 72%)為1.1 ～ 5.2 m3/m3·d ;反應(yīng)器進(jìn)水有機負(fù)荷達(dá)到 9.27, kgCOD/m3·d 時，最大的甲烷產(chǎn)量為 0.32 m3/kg COD ;反應(yīng)器運行 225 天結(jié)束實驗時，污泥床內(nèi)形成黑色成熟顆粒污泥，顆粒粒徑在 2.5 ～ 5 mm 之間。

　　3 膨脹顆粒污泥床(EGSB)

　　荷蘭 Biothane Systems 公司經(jīng) 20 多年的試驗研究與實際應(yīng)用，在 UASB 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合厭氧流化床工藝優(yōu)勢，研發(fā)了厭氧顆粒污泥膨脹床工藝(Expanded Granular Sludge Bed， EGSB)。EGSB 工藝是基于UASB 工藝的新一代反應(yīng)器，出水回流設(shè)計和塔式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升了厭氧反應(yīng)能力。

　　3.1 EGSB 工藝的原理

　　EGSB 反應(yīng)器按照功能區(qū)分，自下而上分別是進(jìn)水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、沉淀區(qū)和三相分離區(qū)。廢水在反應(yīng)區(qū)以流態(tài)化狀態(tài)與顆粒污泥充分接觸，加速厭氧反應(yīng)進(jìn)行 。反應(yīng)器內(nèi)污水中有機底物、多種中間產(chǎn)物以及多種厭氧微生物生態(tài)系統(tǒng)間相互作用，發(fā)生一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，厭氧菌群迭代更新的同時有機污染物被分解，同時生成沼氣。EGSB 反應(yīng)器的高流速不僅為有機污染物和微生物菌群充分接觸提供保障，加速厭氧反應(yīng)進(jìn)程，同時進(jìn)一步提高了反應(yīng)器的有機負(fù)荷處理能力和抗沖擊能力。

　　3.2 EGSB 工藝的技術(shù)特點

　　EGSB 工藝作為第三代厭氧工藝代表，具有以下優(yōu)點：

　　(1)塔式結(jié)構(gòu)，具有更大高徑比，節(jié)省裝置占地。

　　(2)高液體上升流速，水 - 氣 - 泥充分接觸混合，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)程。

　　(3)出水回流系統(tǒng)，提高反應(yīng)器抗沖擊能力及有機負(fù)荷處理能力。

　　3.3 EGSB工藝的研究與應(yīng)用

　　目前我國對EGSB工藝的研究主要圍繞釀酒、制糖等食品類有機廢水處理領(lǐng)域，國外應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在有毒、難降解有機廢水的處理。

　　Nunez等人在中溫條件下，用 EGSB 反應(yīng)器處理屠宰廢水。污水 COD 濃度：1 440 ～ 4 200, mg/L(可溶解部分占 40% ～ 60%)。在 OLR=15 kg COD/(m3·d)及 HRT=5 h 的運行條件下，各類指標(biāo)去除率分別達(dá)到 COD 67%，SS 90%，脂類 85%，且顆粒污泥未積累脂類有機物。

　　S.Rebac采用EGSB 處理麥芽發(fā)酵廢水。在低溫條件下(13℃～ 16℃)，進(jìn)水 COD 濃度為 282 ～ 1 436, mg/L(可生物降解部分占 73%)，HRT 為 2.4 h，有機負(fù)荷率為4.4 ～ 8.8 kg COD/(m3·d) 時，COD 平均去除率為 56% ;溫度為 20℃，HRT 分別為 2.4 h 和 1.5 h，有機負(fù)荷率分別為 8.8 kg COD/(m3·d) 和 14.6, kg COD/(m3·d) 時，COD 去除率分別為 66% 和 72%。

　　Rebac等人利用兩級 EGSB 對麥芽汁廢水進(jìn)行處理，進(jìn)水濃度為 200 ～ 1 800 mg COD/L，有機負(fù)荷為 3 ～ 12 kg COD/(m3·d)，溫度為 10℃～ 15℃、HRT為 3.5 h 時，去除率可達(dá) 67% ～ 78%。

　　4 總結(jié)與展望

　　本文主要圍繞兩種高效厭氧生物處理技術(shù)，對其典型反應(yīng)器的工藝原理、優(yōu)點和研究與應(yīng)用展開闡述與分析。在資源匱乏、能耗不增加的環(huán)境背景下，厭氧生物處理工藝以其運行費用低、設(shè)備簡單等特點越來越受廣大環(huán)保研究人員的重視，而以厭氧生物處理技術(shù)為依托的高效厭氧生物反應(yīng)器，以其占地面積小、運行負(fù)荷高、處理效率高、能耗低等特點，已經(jīng)在污水處理的多種行業(yè)展開了大量的基礎(chǔ)研究和部分現(xiàn)場應(yīng)用，盡管目前在煉油污水中尚未出現(xiàn)大量應(yīng)用，在解決煉油污水生物污泥培養(yǎng)難題后，將成功轉(zhuǎn)移至煉油污水的生物處理工藝中，成為處理工藝中非常重要的一個處理環(huán)節(jié)，對煉油污水處理工藝的節(jié)能降耗意義重大。