煉油污水是一類(lèi)污染物組成復(fù)雜、懸浮物和油類(lèi)污染物含量高，且生物毒性強(qiáng)、生物不易降解的有機(jī)污水。污水經(jīng)物化工藝處理去除大部分油類(lèi)污染物和懸浮物后進(jìn)入生化處理工藝，通過(guò)微生物作用降解污水中大部分COD 和氨氮等有機(jī)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(jī)污染物開(kāi)環(huán)、斷鍵，轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物，再通過(guò)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(shí)現(xiàn)污水的凈化作用，具有基建費(fèi)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(diǎn)，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(méi)有氧氣的條件下，通過(guò)厭氧菌群的新陳代謝活動(dòng)，降解大量有機(jī)污染物，同時(shí)生成CH 、CO 等無(wú)機(jī)物的過(guò)程 。在厭氧生物活動(dòng)過(guò)程中，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難降解的有機(jī)化合物開(kāi)環(huán)斷鏈，轉(zhuǎn)變成分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易降解的化合物，并釋放一定能量。厭氧生物處理是一個(gè)由成千上萬(wàn)種不同功能的微生物菌群共同參與完成的代謝過(guò)程，是一個(gè)相互影響、相互制約、同時(shí)進(jìn)行的極其復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程 。

　　厭氧生物反應(yīng)階段學(xué)說(shuō)經(jīng)歷了兩階段到四階段學(xué)說(shuō)的發(fā)展歷程 ：兩階段學(xué)說(shuō)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(gè)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(shuō)，認(rèn)為厭氧微生物的降解過(guò)程存在水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段?，F(xiàn)代微生物檢測(cè)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(gè)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(shuō)法也是四個(gè)階段，根據(jù)各個(gè)反應(yīng)階段參與的微生物類(lèi)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(gè)階段 。無(wú)論是兩階段學(xué)說(shuō)還是發(fā)展到后來(lái)的四階段學(xué)說(shuō)，對(duì)厭氧生物反應(yīng)的機(jī)理研究?jī)?nèi)涵都是 ：微生物先將復(fù)雜的有機(jī)物(纖維素、蛋白質(zhì)、脂類(lèi))等發(fā)酵為有機(jī)酸、醇類(lèi)、CO 、NH 、H 等 ;然后產(chǎn)酸菌將除甲酸、乙酸、甲醇外的有機(jī)酸和醇類(lèi)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(guò)大量結(jié)構(gòu)計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)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(dòng)，反應(yīng)器底部由一個(gè)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(jī)化合物經(jīng)過(guò)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(guò)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(dòng)過(guò)程中與污泥床層充分接觸，水中有機(jī)物被厭氧菌群新陳代謝過(guò)程利用，降解為 CH 、CO 和小分子化合物等。厭氧過(guò)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(shí)，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(guò)三相分離器時(shí)，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(jī)物繼續(xù)反應(yīng)。

　　2.2 UASB 工藝的技術(shù)特點(diǎn)

　　與早期厭氧工藝比較，UASB 具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(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(jī)械攪拌裝置輔件，發(fā)酵產(chǎn)生沼氣隨水流上升過(guò)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(wú)載體，節(jié)省設(shè)備造價(jià)同時(shí)避免填料堵塞等問(wèn)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(shí)，經(jīng)過(guò) 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(shí)，經(jīng)過(guò) 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(yíng)養(yǎng)物 +48 h 不加營(yíng)養(yǎng)物)，最大負(fù)載是 22 g COD/L·d，加入營(yíng)養(yǎng)物階段等價(jià)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(jī)負(fù)荷為 19 kg COD/m3·d，此時(shí) 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(jī)負(fù)荷達(dá)到 9.27, kgCOD/m3·d 時(shí)，最大的甲烷產(chǎn)量為 0.32 m3/kg COD ;反應(yīng)器運(yùn)行 225 天結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(yàn)研究與實(shí)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(shì)，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(jì)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(jī)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(shí)有機(jī)污染物被分解，同時(shí)生成沼氣。EGSB 反應(yīng)器的高流速不僅為有機(jī)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(shí)進(jìn)一步提高了反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷處理能力和抗沖擊能力。

　　3.2 EGSB 工藝的技術(shù)特點(diǎn)

　　EGSB 工藝作為第三代厭氧工藝代表，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　(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(jī)負(fù)荷處理能力。

　　3.3 EGSB工藝的研究與應(yīng)用

　　目前我國(guó)對(duì)EGSB工藝的研究主要圍繞釀酒、制糖等食品類(lèi)有機(jī)廢水處理領(lǐng)域，國(guó)外應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在有毒、難降解有機(jī)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(yùn)行條件下，各類(lèi)指標(biāo)去除率分別達(dá)到 COD 67%，SS 90%，脂類(lèi) 85%，且顆粒污泥未積累脂類(lèi)有機(jī)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(jī)負(fù)荷率為4.4 ～ 8.8 kg COD/(m3·d) 時(shí)，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(jī)負(fù)荷率分別為 8.8 kg COD/(m3·d) 和 14.6, kg COD/(m3·d) 時(shí)，COD 去除率分別為 66% 和 72%。

　　Rebac等人利用兩級(jí) EGSB 對(duì)麥芽汁廢水進(jìn)行處理，進(jìn)水濃度為 200 ～ 1 800 mg COD/L，有機(jī)負(fù)荷為 3 ～ 12 kg COD/(m3·d)，溫度為 10℃～ 15℃、HRT為 3.5 h 時(shí)，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(duì)其典型反應(yīng)器的工藝原理、優(yōu)點(diǎn)和研究與應(yīng)用展開(kāi)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(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)越來(lái)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(yùn)行負(fù)荷高、處理效率高、能耗低等特點(diǎn)，已經(jīng)在污水處理的多種行業(yè)展開(kāi)了大量的基礎(chǔ)研究和部分現(xiàn)場(chǎng)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(gè)處理環(huán)節(jié)，對(duì)煉油污水處理工藝的節(jié)能降耗意義重大。