随着世界能源的日益短缺和废水污染负荷及废水中污染物种类的日益复杂化，废水厌氧生物处理技术以其投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少、耐冲击负荷等诸多优点而再次受到环保界人士的重视。厌氧生物处理技术是利用厌氧微生物的代谢特性分解有机污染物，在不需要提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体的一种水处理技术。
厌氧生物处理的基本原理
厌氧生物处理又被称为厌氧消化、厌氧发酵，是指在厌氧条件下由多种（厌氧或兼性）微生物的共同作用下，使有机物分解并产生CH4和CO2的过程。
Bryant提出了厌氧消化过程的三阶段理论。（见图1）
三阶段理论认为，整个厌氧消化过程可以分为三个阶段：a.水解、发酵阶段；b.产氢产乙酸阶段；c.产甲烷阶段。有机物首先通过发酵细菌的作用生成乙醇、丙酸、丁酸和乳酸等，接着通过产氢产乙酸菌的降解作用而被转化为乙酸和H2/CO2，然后再被产甲烷菌利用，最终被转化为CH4和CO2。产氢产乙酸菌和产甲烷菌之间存在着互营共生的关系。该理论将厌氧发酵微生物分为发酵细菌群、产氢产乙酸菌群和产甲烷菌群。
制浆造纸废水的特点
制浆造纸工业废水及其污染负荷随着原料种类、生产工艺以及产品品种的不同，存在很大的差异。以废纸制浆车间废水为例，废纸再生过程中产生的废水主要来自废纸的碎解、疏解，废纸浆的洗涤、筛选、净化，废纸的脱墨、漂白以及抄纸过程。来自废纸制浆车间的废水，其中的固体悬浮物（SS）是由纤维、细小纤维、粉状纤维、矿物填料、油墨颗粒、胶状体的有机物或无机物组成的混合物。废水中的有机物组分也随着废纸的种类而变化，其主要成分是碳水化合物，他们或者来自纤维素或半纤维素的降解，或者来自淀粉，主要构成废水的BOD5，另外还有木素的衍生物，不仅会造成废水的CODcr，而且会加深废水的色度。其他还有一些有机物组分包括蛋白质、黏合剂、涂布胶粘剂、食物残渣等。
由于废纸中含有成分复杂的废杂质，需要化学品制剂将其去除以完成制浆,加之抄纸过程中需添加施胶剂、滑石粉等制剂，致使废纸再生造纸过程中排放大量高浓度含有毒有害污染物的废水。
高效厌氧生物反应器
为降低有机废水厌氧处理工程的造价，人们一直在努力开发高有机负荷的厌氧反应器，20世纪70年代由荷兰开发出的UASB，其有机负荷比常规厌氧消化系统高，属第二代厌氧反应器。20世纪90年代初，厌氧膨胀颗粒污泥床（EGSB）、内循环（IC）类厌氧反应器相继出现，它的有机负荷比第二代厌氧反应器更高，被认为是第三代厌氧反应器。
但无一例外，国内很多纸厂实际运行案例表明：以上厌氧反应器在应用于制浆造纸废水的处理时，存在着COD去除效率低、跑泥严重、污泥钙化及流失、造价高、管理困难、操作难度大等问题。
近年来，我公司针对各种制浆造纸废水的特点，在第二代、第三代厌氧反应器基础上，研制开发了一体化厌氧反应器。可称之为第四代厌氧反应器。
一体化厌氧反应器的工作原理
一体化厌氧反应器，从构造上看是通过特殊的设计，将反应器分隔为几个反应室，每个反应室都是一个相对独立的高效厌氧反应系统。运行时，污水在导流设施的作用下通过反应室内的污泥床层，并通过水流和产气的搅拌作用，使得水中的底物与微生物充分接触而得以降解去除。从工艺上看，一体化厌氧反应器与单个UASB有显著不同，首先，UASB可近似看作一种完全升流式反应器，而一体化厌氧反应器是一种复杂混合型水力态，且更接近于推流式反应器；其次，UASB中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在一起，不能很好适应相应的底物组分及环境因子（pH值、H2分压值等），而在一体化厌氧反应器中通过设计控制反应室中的微生物相是递变的，递变的规律与底物降解过程协调一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的工作活性。
一体化厌氧反应器的优点
1、去除效率高，运行稳定。
由于一体化厌氧的内部经过特殊的设计，包装纸废水一体化厌氧系统的COD去除率一直稳定在85%～93%左右，厌氧出水COD值一般稳定在300～700mg/L；而其他的厌氧反应器去除率一般在55%～65%之间，其出水COD值一般在2000～3400mg/L（因为其他的厌氧反应器会出现严重钙化，所以去除效率不稳定，效率差时出水COD去除效率只有40%～50%）；一体化厌氧系统对温度的适应范围较广，一般水温在28℃～40℃范围内，而其他厌氧反应器必须严格控制在35～38℃，一体化厌氧系统较广的温度适用范围降低了冬季升温所需的费用。
2、投资省，污泥不钙化、操作管理简单。
首先，一体化厌氧系统初始造价要比IC厌氧塔低1/3～1/2，不需要配套水解酸化池、循环池、厌沉池等。
其次，一体化厌氧系统采用的是絮状及颗粒混合污泥，启动及运行时不需要外购或补充颗粒污泥，大大节省污泥费用；而其他厌氧反应器，首次运行时，颗粒污泥填充量约是总容积的55%，颗粒污泥价格为1400～1600元/吨，污泥外购导致投资增加。一体化厌氧系统的污泥会不断产出，后期运行不需要再补充；而其他厌氧形式(如：ic厌氧塔及其他类似技术)的颗粒污泥容易钙化且跑泥，平均运行3～5个月便会基本钙化，因此每年大约需要补泥或者置换污泥2～4次，从污泥钙化30%到基本全部钙化期间，COD去除效率将大幅度下降。制浆造纸废水采用IC类厌氧尚且如此，若采用UASB工艺则更甚，UASB也是采用颗粒污泥，并且采用单级布水，单级三相分离器，污泥流失很快，颗粒污泥容易钙化，去除效率也更低，在制浆造纸行业已基本被淘汰。
第三，一体化厌氧系统操作简单，污水可以直接进入系统，除了常规的巡检检测，基本实现无人值守。而其他厌氧反应器需要严格控制进水温度、pH、挥发酸(VFA)、SO42-等指标，并且当处理高浓度废水时，需要加大回流，用更多的二沉池出水稀释原水中的有害物质，这样便加大了好氧生化处理水量及难度。
3、沼气产率高，效益高。
一体化厌氧系统COD去除率高，因此沼气产率高，以水量5000方/天，厌氧系统进水COD值6000mg/L，去除率85%为例，厌氧系统产生的沼气量约为10000多方/天（相当于每天产生10多吨标煤），如果用于发电，一年便可以收益约450多万左右，一年左右即可基本收回一体化厌氧系统的投资成本。污水处理不再是只是花钱的项目。
4、内置生物脱盐技术
一体化厌氧系统内设置生物脱盐功能，该功能无需单独收费，这是其他厌氧系统所不具备的。脱盐对造纸循环用水十分重要，回用水中总盐含量高会对纸的质量造成影响，化学品添加量也会增多，还会对喷嘴，流浆箱、管道及其他设备造成结垢堵塞、腐蚀而影响正常生产。
5、好氧生化所需能耗低
好氧生化动力消耗与COD值的高低关系密切，当厌氧出水COD值高时，好氧生化所需要的能耗将成倍增加。
6、好氧生化系统占地面积省
好氧生化池容与进水COD的关系可以由下面公式简单来计算：
V（曝气池容积）= 
（Q=处理水量，Sa=污水进水负荷，X=MLSS，Ns=污泥负荷率）
由以上公式可以看出，在MLSS和污泥负荷率不变的前提下，处理水量及进水负荷增加，会导致后续曝气池和二沉池容积成倍增加。一体化厌氧系统出水COD值远低于IC厌氧塔等厌氧系统出水COD值，无需对原水进行稀释，且其对进水负荷的包容性较大，因此后续好氧生化系统池容及占地相对要小很多，这样一方面减少了生化系统的占地，同时也大大减少了生化系统的建设成本。
厌氧出水的COD值低了，好氧曝气所需要的池容小了，所配套的鼓风机功率及电耗也会成倍下降。众所周知，污水处理系统电耗是污水处理运行费用的主要成本组成，降低电耗预示着天天在省钱。
