高效厭氧生物反應器研制與應用
“十五”期間，由北京市環境保護科學研究院、清華大學環境科學與工程系、西安交通大學和濟南十方環保有限公司共同承擔了國家“863”計劃的“高效厭氧生物反應器研制與應用”課題（2002AA601190）。本項目針對目前我國高效厭氧反應器工程實踐中存在的問題，在充分分析和研究國內外現有高效厭氧反應器如UASB、 EGSB、IC等的基礎上，通過對反應器結構形式的優化設計，配合反應區內循環、出水循環和沼氣循環多重復合循環，開發出具有污泥床層高、污泥濃度高、混合程度高、基質降解推動力高等特點的高效厭氧生物反應器——厭氧復合循環顆粒污泥懸浮床反應器，使我國在新型厭氧生物反應器領域內實現了跨越式發展。
本項目組提出了厭氧懸浮床反應器的概念，并從基礎理論、數學模擬、小試研究以及示范工程的實際應用與研究等多個層面上全面展開了對厭氧懸浮床反應器的研究。課題的技術創新點主要體現在如下幾個方面：
1、成功開發出顆粒污泥復合循環厭氧懸浮床反應器
課題組成功開發出具有自主知識產權的顆粒污泥復合循環厭氧懸浮床反應器，在其基礎理論、流體力學、生物反應動力學以及功能擴展等多個方面取得了創新性成果，并成功建立和運行了單池容積為275m3的厭氧懸浮床反應器示范工程。生產規模的厭氧懸浮床反應器可以在容積負荷為30~40kgCOD/m3.d 之間穩定運行，COD平均去除率長期穩定90%以上，性能指標已達到國際高效厭氧生物反應器的先進水平。課題組已申請并成功獲得“一種厭氧懸浮床反應器” 的國家發明專利。
課題組創新性提出厭氧懸浮床反應器的概念，填補了傳統膨脹床與流化床之間的空白。厭氧懸浮床反應器在與EGSB、IC反應器同等運行條件下，具有適度的水力混合特性，其多種循環方式確保床層中顆粒污泥完全處于懸浮狀態，既滿足了厭氧微生物與廢水充分混合的要求，又確保了顆粒污泥結構的穩定，使反應器在工程投資和運行能耗兩個方面均明顯低于同類厭氧反應器。
2、成功實現對生產性厭氧懸浮床反應器的數學模擬及在線優化調控
課題組一直密切跟蹤國際厭氧反應動力學研究的最新進展，在國內首次將ADM1模型與流態級串模型相結合，成功開發出了能夠動態模擬厭氧懸浮床反應器的結構化厭氧動力學數學模型，在對多個小試厭氧懸浮床反應器成功進行動態模擬的基礎上，實現了對生產性規模厭氧懸浮床反應器（275m3）的動態模擬。同時，還首次將系統動力學（SD）的理論與研究方法引入厭氧領域，將結構化與非結構化模型相互結合，成功構建了厭氧系統動力學模型(ASDM1)。
在理論研究的基礎上，結合厭氧懸浮床反應器的特性成功建立了厭氧動態模擬自控系統，可以根據進水水量和水質的變化，自動實現內、外氣液復合循環方式和強度比例的在線自動反饋控制；根據在線pH控制系統自動實現酸堿藥劑的投加，實現了厭氧懸浮床反應器內pH和堿度自動控制的關鍵技術；動態模擬系統還能成功實現厭氧反應器的最佳工藝運行條件的優化和輔助設計，為工藝優化提供了保障。
3、高效(自)固定化技術及獨特的顆粒污泥特性
在厭氧反應器內通過(自)固定化形成高效優質的顆粒污泥或顆粒生物膜是厭氧反應器實現高效穩定運行的關鍵，針對不同的廢水水質，培養并維持具有特殊優勢復合菌種種類顆粒污泥或顆粒生物膜，就能在單一厭氧反應器中同時實現多種復合功能。本課題組在研究過程中，成功培養獲得了高效厭氧產甲烷、同時產甲烷反硝化、高溫厭氧發酵產氫、厭氧氨氧化、好氧亞硝化等多種高效復合功能顆粒污泥。
課題組建立了衡量顆粒污泥性能的指標體系，并對多種顆粒污泥性能指標的測試方法進行了規范化和標準化。課題組不僅引進了DNA提取、PCR擴增、變性梯度電泳（DGGE）、熒光原位雜交技術（FISH）等現代分子生物學技術，還針對一些顆粒污泥的特殊性能指標，專門開發研制了顆粒污泥粒徑分布儀、顆粒污泥強度測定儀以及顆粒污泥沉速測定儀等三個專用儀器，其中的顆粒污泥粒徑分布儀已經申請了國家發明專利。
課題研究與示范工程的應用有效帶動了我國厭氧廢水生物處理技術的改革與發展，厭氧反應器的處理負荷和效率大幅提高，廢水處理工程的基建投資和運行費用均大幅降低；在課題研究過程中，還培養出一批具有堅實理論基礎和豐富實踐經驗的厭氧技術專業人才；并申請國家發明專利五項，其中三項已獲得授權，另兩項處于公開階段；形成了一批具有自主知識產權的厭氧生物處理的關鍵技術。
本項目獲2006年度國家環境保護總局科技進步貳等獎
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