工艺技术 厌氧，走向可持续发展

可持续发展理论正成为社会发展的共识，改变着我们身边的一切。而贡献“正能量”的厌氧技术，也正改变着存在了一百年的传统污水处理工艺。未来，哪项技术会独领风骚？我们的答案是：厌氧，必大行于世！




本期厌氧专题主要讲述的是厌氧在污水处理事业发展中的故事，更多是 UASB 的故事。实际上，经过无数人几代时间的努力，厌氧技术的应用，现在早已应用到了各个行业，各个介质。现在已经很难统计究竟有多少反应器，在什么样的场合发挥着什么样的贡献。因为厌氧技术，早已和公路、电线、手机一样，成为社会必不可少的基础设施之一。

伴随着厌氧技术的发展和环保产业的进步，人们有了更多的资源和机会去探寻厌氧本身的机理。在探寻Lettinga所说的“黑箱”的过程中，每一个精巧的架构（UASB反应器的设计），每一次不经意的发展（颗粒污泥和硫循环），每一次大胆的假设（厌氧氨氧化的发展），每一次富于浪漫主义的联想（从厌氧颗粒污泥到好氧颗粒污泥）都带来环境科学与环境工程领域的突破进展。同时，这种密切的正反馈大大改善了“创新”本身的组织架构，使厌氧技术每一次发展和推动都较前次大大加快。

这种正反馈，还体现在科技与人的关系上。当科技的性格成为了人的性格，科技的诉求也就成了人的诉求。Lettinga教授在其回忆录的末尾，用四级火箭发射来形容自己的学术生涯。其中，第一级是高效厌氧技术的研发和应用；第二级是结合自然生物矿化和合成处理工艺；第三级是补充性质的污染防治技术和资源回收再利用技术；第四级是环境保护的可持续发展模式。

他在文中写到，这似乎是厌氧科技工作者的某种共同命运路径。而在期刊采编过程中，笔者接触过的几位厌氧领域的专家，McCarty、Lettinga、钱易、王凯军、左剑恶、贺延龄、任洪强等，他们虽然年龄不同，知识背景不同，研究方向也不同，却都体现出一些令人着迷、跨越时空的相似性，甚至形成了某种学派。可能，科研本身殊途同归。

在不同的地域和实践，他们都不停地奔走呼吁，希望人们系统反思之前的市政卫生系统。他们一致认为“抽水马桶—市政管网—污水处理厂”构成的市政卫生系统是能源和资源的巨大浪费，是人类会迈向可持续文明的重大阻碍。Lettinga甚至直截了当地说，稀释就是污染。他甚至在1972年就不顾各方阻挠和反对，在公开媒体上发表文章，提出他的质疑，并认为既得利益集团是阻碍社会反思并采取进步技术的主要原因（可以设想，如果当时当政者要存心报复，也许UASB的技术要晚一段时间才能发明出来了）。

这种战斗的韧性，Lettinga保持了一生，据王凯军教授的回忆，Lettinga甚至以此为乐，渴望与反对观点的人辩论，也自信一定能说服别人。进入新世纪以来，随着可持续发展理念的深入人心，这种反思目前在欧洲已经不再新鲜，荷兰提出的2030年污水处理路线图，将NEWs（资源工厂，能源工厂，水源工厂）的概念推广于世。对手的缺失，有时也会让已入晚年的Lettinga有些寂寞。

他们的目标，就是要将厌氧技术在社会领域更大范围内进行推广应用，尤其是市政污水领域，并以厌氧技术为核心，构建一个物质与资源充分循环的可持续发展社会。McCarty与Lettinga在近期都提出了基于厌氧的市政污水处理模式，钱易院士更是在此方面不遗余力。每次公开演讲，在钱院士PPT的显眼处，总是她的两位老朋友分别提出的技术路线图。这时的钱院士，就如同举起了一面旗帜——“要耗能？还是要产能？”

今天，可持续发展理论正成为社会发展的共识，改变着我们身边的一切。而贡献“正能量”的厌氧技术，也正在改变存在了一百年的市政污水传统工艺。未来的一百年，会是哪项技术独领风骚？厌氧的黑箱仍在持续馈赠他的信徒，厌氧氨氧化技术、好氧颗粒污泥技术正在世界范围内孕育，并力求用最快的方式突破到大规模的工程推广领域。一个遍布全球的创新之网已然形成，正等待新时期的McCarty、Lettinga们续写他的传奇。

一千多年前，北宋政治家、科学家沈括行至陕西延安一带，发现当地人可以从河岸地下抽取一种黑色液体，“颇似淳漆，然之如麻，但烟甚浓，所沾幄幕皆黑”，“试扫其煤以为墨，黑光如漆，松墨不及也，遂大为之，其识文为‘延川石液’者是也”。沈括被这种神奇的液体所深深吸引。虽然当时，这只是制备上等文墨的绝佳材料。然而，注视着这团漆黑的液体，沈括的思绪飘向了更远的未来。后来，他在其传世名作《梦溪笔谈》中对这种黑色液体如此表述——此物必大行于世。此物，被后世人称为石油。

一千多年后，地球上的另一群人也发现了一种黑色物体。虽然，他并不能如当初的石油一样被用来“舞文弄墨”，也并没有大行其道。然而，这并不妨碍他们充满欣悦地将身心与年华奉献给他。因为，他们相信，总有一天，此物不但可大行于世，而且必将改变世界。此物，被我们称为厌氧。作者：高嵩 JIEI创新实验室

世界厌氧大事年表


公元前一千年
亚述文明采用了沼气用于加热洗澡水。
1776年
Volta发现湖泊、池塘和溪流底泥中可以产生未知的可燃性气体。
1860年
法国工程师Mouras发明了首座生产规模厌氧消化系统“Mouras”automatic scavenger。
1880年
Scott Moncrieff在Massachusetts污水处理试验站建了首座厌氧滤池，这是利用厌氧过程处理城市污水的首次成功尝试。
1896年
英国出现了第一座处理生活污水的厌氧消化池。
1904年
德国Imhoff将厌氧消化池发展为双层沉淀池（腐化池）。
20世纪50年代
Schroepfer开发了厌氧接触反应器。
20世纪60年代
美国McCarty和Young恢复了对厌氧滤池的研究，应用在中低浓度溶解性工业废水的预处理/处理领域。
20世纪60年代中期
南非成立了研究小组，致力于微生物学、生物化学和工艺工程方面的研究，因技术路线局限单一学科没有发生双赢的合作。
20世纪60年代末
文献出现关于南非厌氧系统处理高浓度工业废水的报道，使用反向流Dorr-Oliver Clarigester的反应器。
1970年
Lettinga转到瓦赫宁根大学工作，因偶然看到了McCarty的文章转而开始研究厌氧废水领域，完全复制了McCarty所使用的反应器。
1970年
Lettinga在反应器上部设计了一个合适的气液固三相反应器，继而发明了UASB反应器，在甲醇废水处理上取得初步成功。
1971~1972年
CSM公司（荷兰私人甜菜公司）联系拉丁格开展UASB系统在甜菜废水处理领域的可行性研究。对于UASB技术在未来的顺利发展、推广和商业化来说，是必经的突破性事件。
1972年
Lettinga等人说服CSM公司在Breda的甜菜加工厂建立一个6m3的可行性研究中试装置，并获得成功。
20世纪70年代早期
CSM公司不断优化三相分离器，在6m3中试项目期间，诞生了受专利保护的设计产品。
1973年
Lettinga在6m3中试过程中首次注意到颗粒污泥的形成。
1977年
200m3糖蜜废水示范工程运行成功，应用UASB系统的需求迅速扩增。
1977年
Broda从热力学的角度推测自然界可能存在以亚硝酸盐为电子受体的厌氧氨氧化反应。
1978年
Lettinga团队参加了第一个国际会议——在慕尼黑举行的第四届欧洲污水和垃圾研讨会。
1979年
在卡迪夫举行了第一届厌氧消化会议。
1979年
Lettinga团队开始在英文期刊上发布其厌氧研究的成果和观点，开始在国际会议上展示。
20世纪70年代后期
Lettinga教授通过发表UASB系统概念的文章阻止了CSM公司申请UASB的专利，导致双方合作研究关系的结束。
20世纪70年代后期
初出茅庐的帕克公司创业家Jos Paques看到了拉丁格的电视采访，决定进军厌氧污水处理行业，立即联系了拉丁格并与其开始了持久互惠的合作关系。
20世纪80年代初
Lettinga团队完成了EGSB的前期实验，明确显示了EGSB概念的巨大应用潜力。
1982年
McCarty和Bachmann等人开发和研制了一种新型高效的厌氧生物处理装置——厌氧折流板反应器(ABR)。
1982年
Jewell开发了厌氧附着膜膨胀床反应器（AAFEB）。
1983年11月
荷兰生物协会在荷兰召开国际会议。这次会议让UASB系统和厌氧污水处理技术走向成熟壮大的突破性事件，让卫生工程界、生物技术界和化工界的人都认识到了厌氧污水处理技术的重要性。
20世纪80年代初
CSM集团开始拓展UASB商业化活动，而因进水水质问题在德国甜菜糖厂的项目失败，其决定终止UASB的全部业务。
1985年
CSM集团的UASB的业务被GB商业集团的环境生物技术部收购，而后GB集团又将所有专利权卖给了美国的Biothane公司。
1985年
荷兰帕克公司（Paques B.V）的研究者（例如VEllinga）发明了内循环反应器（Internal Circulation，IC），与Biothane以及其他咨询公司成功开拓了厌氧技术的国际市场。
1986年
Lettinga团队发明了第三代高效厌氧反应器——膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed,简称EGSB)反应器。
1987年
Lettinga团队开始了和Delft的IHE研究所的长期合作，开设了第一门政府资助的厌氧污水处理课。
1991年
Mishillla等最早发现了好氧颗粒污泥（Aerobic  Granular Sludge，简称AGS），并第一次报道了利用连续流好氧上流式污泥床反应器(Aerobic Upflow Sludge Blanket，AUSB)培养出AGS。
20世纪80年代~90年代
UASB反应器成为了厌氧工艺的主流。
20世纪90年代
Mulder等人从生物脱氮流化床反应器中发现了厌氧氨氧化反应的现象。
20世纪90年代后半期
UASB和EGSB领域的工程公司——帕克公司（Paques B.V）和Biothane B.V（前身为CSM集团）通过其领域内广阔的知识储备和技术积累，确保了稳固的市场地位。
2009年6月
Lettinga教授作为UASB的发明人，国际厌氧生物技术领域的知名学者，获得了第二届新加坡李光耀水奖

1936年

罗国瑞在浙江舟山地区普陀山洪筏禅院内设计了我国最早的厌氧处理技术应用实例，中华国瑞天然瓦斯总行宁波分行负责承建了一个总体积为125m3的沼气池。

20世纪50年代末

中国很多单位开始研究沼气池，其中包括清华大学的钱易教授团队研究建设的小型农村沼气池。

1958年

中国建成当时最大的一个沼气工程——容积为3000m3农业沼气工程为广东番禺市桥沼气发电站，装备了44kW的沼气发电机。

20世纪60年代

中国农业部在国内很多地方建设了沼气池，农民利用沼气用于照明和日常生活。农业部在成都设立了沼气科学研究所。

1964年

在河南南阳酒精厂建成了第一个2000m3规模的酒精糟液厌氧消化池。

20世纪80年代

中国厌氧技术应用开始走上了健康发展的道路。

20世纪80年代开始

中国科研界对厌氧污水处理的兴趣与日俱增，许多高校开设研究中心，例如清华大学（钱易）、香港大学（方汉平）、西安交通大学（贺延龄）和哈尔滨工业大学（任南琪、王爱杰）等。

至1985年

中国已经运行了450万个家庭规模的厌氧消化器。

1985年

在广州举行了厌氧消化会议，这次会议既使高效厌氧污水处理技术在中国迅速引起了关注，也大大促进了厌氧污水处理在中国的研究。

1985年

Lettinga教授第一次访问中国，与在北京市环境保护科学研究所的研究员王凯军相识，双方合作一个关于研究用高效上流式水解池处理生活污水的联合项目。

1985年

Lettinga教授访问了成都的农业部沼气科学研究所。

1986年

Lettinga教授再次前往成都，做了一个为期1周的高效厌氧污水处理的专题课程。

20世纪80年代末期

清华大学的胡纪萃、钱易教授负责了国家“七五”科技攻关专题——“高浓度有机废水厌氧生物处理技术”，胡纪萃教授等人还完成“城乡有机废水厌氧生物处理机理及高效反应器的研究”、“厌氧污泥附着及颗粒化机理研究”以及“常温UASB反应器处理啤酒废水生产性试验研究”。

“七五”期间

胡纪萃、钱易教授对厌氧技术做了很大规模的研究，该阶段的研究推动了厌氧生物处理技术在工业废水处理领域的应用。

1990年

哈工大的任南琪教授提出了以厌氧活性污泥为菌种的有机废水发酵法生物制氢技术。

1991年

王凯军应Lettinga教授的邀请在瓦赫宁根大学修读环境技术的博士，成为Lettinga教授第一个也是唯一一个来自中国大陆的博士生。

20世纪90年代中期

厌氧技术的环保公司开始分裂，各高校及研究院也培养了一大批环保公司，如清华大学、成都的沼气所等。国外公司开始进入中国市场，比如帕克、威立雅等。

1995年

国内科学家开始研究好氧颗粒污泥，滞后于国外的研究。

“十五”期间

清华大学的王凯军教授、左剑恶教授组成的厌氧研究团队在第三代厌氧技术上全面赶超国际先进技术。

至2014年5月

王凯军左剑恶团队已经建立了400多个UASB和EGSB反应器的工程项目，王凯军左剑恶团队和山东十方公司在厌氧领域的工作被Lettinga教授认为是世界上最大的和最成功的厌氧技术的推广。