厭氧反應器是一種利用厭氧微生物在無分子氧條件下降解有機物的高效生物處理裝置，尤其適用于高濃度有機廢水的處理。其核心目標是將廢水中的各種復雜有機物轉化為甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）等物質，從而實現污染物的去除和能源的回收。
其顯著的優勢在于能耗低（無需曝氣）、剩余污泥產量少，且能產生沼氣這一可再生能源。
一、厭氧消化的三個階段
厭氧反應器的工作原理本質上是模擬自然界的厭氧消化過程，該過程通常分為三個連續的生物化學階段：
1.水解酸化階段：復雜的大分子有機物在微生物分泌的酶作用下，被水解為小分子的可溶性物質。這些物質進一步被微生物轉化生成揮發性有機酸、醇、醛等。
2.產氫產乙酸階段：上一階段產生的有機酸和醇類被產氫產乙酸菌進一步分解，轉化為乙酸、氫氣和二氧化碳等更為簡單的物質。
3.產甲烷階段：這是厭氧消化的最終階段。專性厭氧的產甲烷菌利用乙酸、氫氣和二氧化碳等前體物質，生成甲烷和二氧化碳。甲烷菌對環境條件（如pH值、溫度）非常敏感，是整個過程的速度控制步驟。
二、反應器的關鍵設計
為實現高效穩定的厭氧處理，反應器設計需滿足特定條件：
1.創造并維持嚴格的厭氧環境：通過反應器密封、進水脫氧等方式排除氧氣干擾。
2.保留高濃度活性污泥：通過三相分離器、填料生物膜或外部污泥回流等設計，實現污泥停留時間（SRT）遠大于水力停留時間（HRT），保證反應器內有足夠的微生物量。
3.良好的傳質條件：通過進水分布、沼氣攪拌或內部循環等方式，確保廢水與微生物充分接觸。
4.適宜的環境條件：維持適宜的pH值、溫度并提供微生物所需的營養元素。
三、主流類型
根據生物污泥形態和流態的不同，發展出了多種高效厭氧反應器：
1.上流式厭氧污泥床（UASB）：廢水從底部進入，穿過由顆粒污泥構成的污泥床。產生的沼氣帶動混合液上升，頂部的三相分離器實現氣、液、泥的有效分離，處理后的水從堰口排出。以其顆粒污泥技術為核心。
2.厭氧濾池（AF）：反應器內填充有固定填料，微生物以生物膜形式附著在填料表面。廢水向上流經填料層時，有機物被生物膜降解。適用于懸浮物較低的廢水。
3.內循環厭氧反應器（IC）可視為兩級UASB的串聯。利用底層產生的大量沼氣形成強大的內循環，強化傳質效果，負荷更高，占地面積更小。
4.膨脹顆粒污泥床（EGSB）：與UASB類似，但采用更高的上流流速和更大的高徑比，使顆粒污泥床處于膨脹狀態，改善了廢水與污泥的接觸，尤其適用于低溫和低濃度廢水。
四、應用與影響因素
設備廣泛應用于食品加工、釀酒、造紙、化工、制藥等行業的高濃度有機廢水處理，以及城市污水污泥、畜禽養殖糞污等的處理。
要保證反應器高效穩定運行，需關注進水水質、溫度、pH值與堿度、營養配比以及揮發性脂肪酸（VFA）濃度等關鍵指標。
厭氧反應器通過巧妙的設計，為微生物高效工作創造了理想家園，實現了污染治理與能源回收的雙重目標。
選擇UASB、IC、EGSB還是其他工藝，需根據廢水特性、場地條件及投資運行成本綜合考量。理解其工作原理，是用好這門技術的關鍵。
