高效厌氧生物反应器研制与应用
“十五”期间，由北京市环境保护科学研究院、清华大学环境科学与工程系、西安交通大学和济南十方环保有限公司共同承担了国家“863”计划的“高效厌氧生物反应器研制与应用”课题（2002AA601190）。本项目针对目前我国高效厌氧反应器工程实践中存在的问题，在充分分析和研究国内外现有高效厌氧反应器如UASB、 EGSB、IC等的基础上，通过对反应器结构形式的优化设计，配合反应区内循环、出水循环和沼气循环多重复合循环，开发出具有污泥床层高、污泥浓度高、混合程度高、基质降解推动力高等特点的高效厌氧生物反应器——厌氧复合循环颗粒污泥悬浮床反应器，使我国在新型厌氧生物反应器领域内实现了跨越式发展。
本项目组提出了厌氧悬浮床反应器的概念，并从基础理论、数学模拟、小试研究以及示范工程的实际应用与研究等多个层面上全面展开了对厌氧悬浮床反应器的研究。课题的技术创新点主要体现在如下几个方面：
1、成功开发出颗粒污泥复合循环厌氧悬浮床反应器
课题组成功开发出具有自主知识产权的颗粒污泥复合循环厌氧悬浮床反应器，在其基础理论、流体力学、生物反应动力学以及功能扩展等多个方面取得了创新性成果，并成功建立和运行了单池容积为275m3的厌氧悬浮床反应器示范工程。生产规模的厌氧悬浮床反应器可以在容积负荷为30~40kgCOD/m3.d 之间稳定运行，COD平均去除率长期稳定90%以上，性能指标已达到国际高效厌氧生物反应器的先进水平。课题组已申请并成功获得“一种厌氧悬浮床反应器” 的国家发明专利。
课题组创新性提出厌氧悬浮床反应器的概念，填补了传统膨胀床与流化床之间的空白。厌氧悬浮床反应器在与EGSB、IC反应器同等运行条件下，具有适度的水力混合特性，其多种循环方式确保床层中颗粒污泥完全处于悬浮状态，既满足了厌氧微生物与废水充分混合的要求，又确保了颗粒污泥结构的稳定，使反应器在工程投资和运行能耗两个方面均明显低于同类厌氧反应器。
2、成功实现对生产性厌氧悬浮床反应器的数学模拟及在线优化调控
课题组一直密切跟踪国际厌氧反应动力学研究的最新进展，在国内首次将ADM1模型与流态级串模型相结合，成功开发出了能够动态模拟厌氧悬浮床反应器的结构化厌氧动力学数学模型，在对多个小试厌氧悬浮床反应器成功进行动态模拟的基础上，实现了对生产性规模厌氧悬浮床反应器（275m3）的动态模拟。同时，还首次将系统动力学（SD）的理论与研究方法引入厌氧领域，将结构化与非结构化模型相互结合，成功构建了厌氧系统动力学模型(ASDM1)。
在理论研究的基础上，结合厌氧悬浮床反应器的特性成功建立了厌氧动态模拟自控系统，可以根据进水水量和水质的变化，自动实现内、外气液复合循环方式和强度比例的在线自动反馈控制；根据在线pH控制系统自动实现酸碱药剂的投加，实现了厌氧悬浮床反应器内pH和碱度自动控制的关键技术；动态模拟系统还能成功实现厌氧反应器的最佳工艺运行条件的优化和辅助设计，为工艺优化提供了保障。
3、高效(自)固定化技术及独特的颗粒污泥特性
在厌氧反应器内通过(自)固定化形成高效优质的颗粒污泥或颗粒生物膜是厌氧反应器实现高效稳定运行的关键，针对不同的废水水质，培养并维持具有特殊优势复合菌种种类颗粒污泥或颗粒生物膜，就能在单一厌氧反应器中同时实现多种复合功能。本课题组在研究过程中，成功培养获得了高效厌氧产甲烷、同时产甲烷反硝化、高温厌氧发酵产氢、厌氧氨氧化、好氧亚硝化等多种高效复合功能颗粒污泥。
课题组建立了衡量颗粒污泥性能的指标体系，并对多种颗粒污泥性能指标的测试方法进行了规范化和标准化。课题组不仅引进了DNA提取、PCR扩增、变性梯度电泳（DGGE）、荧光原位杂交技术（FISH）等现代分子生物学技术，还针对一些颗粒污泥的特殊性能指标，专门开发研制了颗粒污泥粒径分布仪、颗粒污泥强度测定仪以及颗粒污泥沉速测定仪等三个专用仪器，其中的颗粒污泥粒径分布仪已经申请了国家发明专利。
课题研究与示范工程的应用有效带动了我国厌氧废水生物处理技术的改革与发展，厌氧反应器的处理负荷和效率大幅提高，废水处理工程的基建投资和运行费用均大幅降低；在课题研究过程中，还培养出一批具有坚实理论基础和丰富实践经验的厌氧技术专业人才；并申请国家发明专利五项，其中三项已获得授权，另两项处于公开阶段；形成了一批具有自主知识产权的厌氧生物处理的关键技术。
本项目获2006年度国家环境保护总局科技进步贰等奖
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