1 污水厭氧處理的基本思路
厭氧處理高濃度有機廢水的思路就是營造一個適合厭氧微生物生存和快速繁殖的環境，讓需要處理的污水和厭氧微生物充分接觸混合，產生生物反應。通俗的說就是厭氧微生物消化掉污水中的有機物，將有機物大分子降解為小分子，主要排放出甲烷氣體，使污水中的有機物含量大大降低。
2 較低懸浮物含量的污水處理工程
這是北京某食品加工廠排放的污水。食品廠排放的污水一般有機物含量很高，懸浮物含量相對比較少。取出一份水樣，經化驗污水中COD含量達到15000mg/L左右，在對污水厭氧處理之前必須進行一定的預處理。
2.1 污水預處理
（1）調節酸堿度
首先將廢水用泵抽到預處理部分。這是輸送污水的管道，污水首先被送到一個鐵罐中，這個罐稱為酸堿度調節罐，也稱pH值調節罐，在這里污水的酸堿度要得到連續檢測和調整，這是因為污水在進行厭氧處理時，水環境的pH值必須控制在6到8.5之間，這樣的酸堿度才適合厭氧菌的繁殖。在罐的上方安裝有酸堿度檢測裝置，罐中污水的pH值隨時顯示在旁邊的數字顯示屏上。在隔壁的房間里有兩個酸堿溶液罐，它們通過管道與酸堿調節罐相連，溶液罐的開關可以接受酸堿檢測裝置的信號控制：當檢測到pH值低于6時，污水呈酸性，需要加堿，堿溶液罐的閥門打開，向調節罐中加堿；當pH值大于8.5時，污水呈堿性，需要加酸，酸溶液罐的閥門打開，向調節罐中加酸。在調節罐的上方還有一個攪拌機，可以讓酸液或堿液同污水均勻快速混合，這樣不同時間送來的污水在這里經過酸堿調整，達到厭氧處理需要的酸堿度。
從調節罐中出來的污水被送到一個地下蓄水池中儲存待用，也稱為污水調節池。在這里大量的污水可以進一步充分混合，酸堿度更穩定。
（2）調節溫度
厭氧處理的污水環境不僅需要一定的酸堿度，還需要合適的溫度。厭氧菌繁殖的最佳溫度在攝氏32至35度之間，因此在北方地區進行廢水厭氧處理時，冬季要注意對污水進行預熱處理。在污水進入下級厭氧處理之前，要通過一個熱交換器，這個密封的鐵罐就是熱交換器，加工廠的余熱、熱水、熱氣被送到鐵罐，給鐵罐加熱，同時，污水池中的污水也被抽到鐵罐中，通過鐵罐內部一定的結構，完成對污水的加熱。溫度提升后的污水從上面的管道送進厭氧處理罐。
2.2 UASB厭氧處理
（1）UASB反應器結構
這個高大的罐就是厭氧反應器，是一個細長的鐵罐，根據日處理污水量來設計反應罐的大小。所有的厭氧反應都是在這個密封的罐中完成的，專業上稱為上流式厭氧污泥床反應器，也稱UASB反應器。污水通過這些管道從厭氧罐底部送到罐中。在厭氧罐的內部可以分為三層，罐的最下面1/3是污泥層，這里是厭氧反應的主體，罐的中部是過渡層，上部是固體、液體、沼氣的分離層。罐里的工作原理將在后面詳細介紹。
外面的污水分成幾路均勻地打進厭氧罐底部各區域，便于污水與污泥充分接觸。污泥是從其它污水處理場拉來的，里面含有大量的厭氧微生物，這樣打進的污水一邊被污泥層中的厭氧菌消耗，一邊向罐的上部移動，最后從罐的上部排出清水。根據設計要求，污水在這個厭氧反應罐里，從進水到出水共滯留3天左右。
這根管道是出水管道，經過厭氧處理的清水從罐的上部溢流出來，進入后續處理。整個反應罐外部可以看到三根管道：最上面的是輸氣管道，罐中產生的沼氣通過此管道引出；中間的管道是循環水管道，將上部的水引到下部通過循環泵再打入到厭氧灌的底部。對罐底部的污泥進行攪拌，目的是加快污泥中厭氧反應速度。底部進污水的管道也是排污泥的管道，厭氧罐中污泥沉積越來越多，需要定期從這些管道排出。
（2）UASB反應器工作原理
為了詳細了解它的工作原理，可以用一個實驗室UASB反應設備來說明。它是一個細長的透明裝置，污水從底部進入罐中，罐的下部是污泥層，里面含有大量的厭氧菌，它們以污水中的有機物為食，大量繁殖，產生甲烷氣體，也就是沼氣。氣體包裹著細小的污泥顆粒向上運動，對污泥層產生攪拌作用，氣體逐漸上升，到達反應器的上部。反應器的上部就是所謂的三相分離裝置，在這里完成氣體、液體、固體的分離，實際就是一個錐形的收集罩，它倒扣在水中，當下面的氣泡帶著污泥顆粒碰到錐體內壁時，就會聚居在錐形頂部，逐漸把水往下壓，形成錐形頂部氣體收集空間，而被氣泡帶上來的污泥顆粒比較重，就會慢慢沉降下來，完成固體和氣體的分離。同時，大量經過下面厭氧反應的污水可以通過錐形裝置周圍狹縫區域向上流動，因為錐形裝置的直徑要等于或大于下面過渡層液面的直徑，這樣就保證產生的氣泡完全被錐形裝置罩住，沼氣被收集在錐形裝置上部，而通過錐形裝置四周進入反應器上部的液體中的氣泡很少，沒有氣泡的攪動，水中所帶的污泥也逐漸沉淀，清水就從上面的出水口溢出，完成固體和液體的分離。這種三相分離器的設計是這類厭氧處理灌的重要特點，因此也稱為上流式厭氧反應器。
在實驗裝置中可以明顯看到反應器中各層的分布情況：下面是污泥層，主要的厭氧反應區，污泥濃度高，呈顆粒狀，產生的沼氣帶動污泥顆粒向上運動；在反應器的中部既有沼氣造成的向上運動，也有上面沉淀污泥向下的運動，在這里形成絮狀污水層，與下部污泥層形成明顯分界；再往上走，在錐形裝置的四周污泥繼續沉降，越往上水質就越清澈，最后溢流出的清水通過管道流出；在錐形裝置的頂部是導氣管，產生的沼氣可以從這里輸出；裝置的上部還有一個導管，它是循環水裝置，用泵將上部的水打到厭氧罐的底部，對下部的污泥層起到適當的攪拌作用，增加厭氧反應速度和效率。這套實驗裝置所展示的污水厭氧處理過程和食品加工廠這座實際應用的厭氧罐工作原理基本一樣。
UASB是目前世界上發展最快的厭氧反應器，該反應器適用于處理可溶性高濃度有機廢水，要求固體懸浮物的含量較少，可以處理COD在300至4萬mg/L的有機廢水。
2.3 與好氧處理結合使用
在實際應用過程中，厭氧反應處理高濃度廢水效率高。這是厭氧處理后的出水，顏色變淺了，厭氧處理后水中的有機物含量大大降低，再進一步使用好氧處理。所謂好氧處理就是利用好氧菌對水中的有機物進行消化。將出水存放到一個水池中，也稱為曝氣池，用鼓風機向水中鼓進空氣，為水中補充足夠的氧，這樣水中的好氧菌就會大量迅速繁殖，進一步消耗掉水中的有機物，使COD值消耗到符合排放標準，同時可以讓污泥進一步沉淀。我們可以從好氧池溢出的水中取出水樣，可以看出水的顏色已經比較清澈了。為了適合不同的排放標準，這些水還可能需要進一部的處理。我們可以在實驗室中測出COD數值，基本可以達到不同級別的排放標準。
2.4 厭氧處理的產物
厭氧處理還有重要的產物就是沼氣，主要成分是甲烷氣體，產生的沼氣要先進行脫水、脫硫處理，然后將氣體輸送到大的儲氣罐中。使用沼氣時，從鐵罐上這個管道引出。下面我們來看看這個厭氧處理設備產生的沼氣燃燒時的效果。這是一個燃燒用的火炬，收集罐中的沼氣通過管道與火炬相通，點燃后可以看到火炬燃燒起來，這就是系統中產生的可燃氣體：沼氣，是一種很好的燃料，由此可見，高濃度有機廢水通過厭氧處理變成了一種可再生的能源，達到變廢為寶的目的。
3 較高懸浮物含量的污水處理工程
在農產品加工過程中產生的廢水中，有時會含有大量的固體懸浮物，這種污水如果進入前面介紹的UASB反應器中，會造成固體殘渣在污泥床中的積累，污泥床被破壞，厭氧反應效率會降低，因此對高懸浮物有機廢水的厭氧處理在工藝上必須有所不同。這是實際運行中的一種厭氧處理罐，從外形上看，它比前面介紹的UASB反應罐直徑要粗，高度要矮，適用于高固體懸浮物廢水的處理，專業上稱為升流式固體反應器，也簡稱為USR反應器。它的結構比較簡單，運行費用也較低。常用在土豆加工廢水、啤酒廢水和養殖場廢水的處理。下面以某豬場污水處理工程為例簡單介紹它的運行情況。
養殖場每天要產生大量的有機污水，豬場廢水中有豬尿、圈舍沖洗廢水、和豬糞渣等混合廢物。首先要將固態廢物和污水混合，然后利用攪拌機攪拌，使固體廢物和污水充分混合，形成均勻的糊狀，攪拌也可以使固體廢物中可溶解有機物充分溶解到污水中。這是典型的高懸浮物有機廢水，淀粉廠和酒廠加工中也會產生這種高懸浮物的有機廢水。污水攪拌后，要經過一次過濾，目的是把一些木棍等體積比較大的雜物去掉，讓污水進入到下一個池中。這是一個地下沉沙池，石頭沙子被沉淀下來，混合污水將進入下級厭氧處理。在北方的冬季，處理之前還要對污水進行加熱，這是對污水加熱的暖氣管道，讓污水溫度達到攝氏32至35度之間。
污水從反應器的下面用動力送進罐中，罐的下部是厭氧污泥，可以用一個簡圖說明它的內部結構：污水在罐中的污泥部分被厭氧菌消化產生沼氣，在罐的頂部被收集起來，送到后續處理。沼液從這里排出，送到外面的沼液池，成為營養豐富的有機肥，可以做肥料應用。沼渣也是從罐的底部抽出。這種厭氧反應罐最大的特點是反應罐內部沒有攪拌，不需要抽水進行內部循環，消耗外部動力很少，因此運行費用比較低。未消化的固體顆粒和微生物被動沉降在消化罐的下部，沼液從消化罐的上部排出，沼氣從上面排出收集。
厭氧消化罐中需要保持足夠的污泥量，是保證消化器運行效率的基礎，但經過較長時間的運行后，污水中的污泥會不斷沉淀，當罐中污泥量過多時，使罐中有效反應容積減少，反而會降低厭氧消化效率，因此必須定期排除反應后的污泥。
厭氧罐是培養微生物的地方，微生物將污水中的有機物分解為沼氣后，N、P、K等無機養分還保留在沼渣和沼液中，將它們施入土壤，是很好的肥料。從反應罐中輸出的沼氣要經過一系列的處理才可以貯存使用。首先要經過冷卻罐，去掉沼氣中的水蒸汽，然后經過脫硫塔，去掉硫化氫氣體，硫化氫是一種有毒有臭味的氣體，然后經過流量表進入集氣罐。如果產生的沼氣量比較大，需要輸送，還要通過壓縮機將沼氣壓縮，送到高壓氣罐儲存，以便裝罐運輸。
