污水處理常用的厭氧反應(yīng)器技術(shù)原理

劉經(jīng)理15653632199

廢水厭氧生物處理是指在無(wú)分子氧條件下通過(guò)厭氧生物（包括兼氧生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳等物質(zhì)的過(guò)程，稱(chēng)為厭氧消化。

污水厭氧生物處理是在無(wú)氧的條件下利用厭氧微生物的降解作用使污水中有機(jī)物質(zhì)達(dá)到凈化的處理方法。在無(wú)氧的條件下，污水中的厭氧細(xì)菌把碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)物分解生成有機(jī)酸，然后在甲烷菌的作用下，進(jìn)一步發(fā)酵形成甲烷、二氧化碳和氫等，從而使污水得到凈化。是生活污水污泥、高濃度有機(jī)物工業(yè)廢水和糞便等良好的處理方法之一。

1、厭氧反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)泡沫、化學(xué)沉淀等不良現(xiàn)象的原因是什么？

厭氧反應(yīng)器中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，泡沫呈半液半固狀，嚴(yán)重時(shí)可充滿(mǎn)氣相空間并帶入沼氣管道，導(dǎo)致沼氣系統(tǒng)的運(yùn)行困難。

產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，因?yàn)榕菽饕怯捎贑O2產(chǎn)量太大形成的，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度波動(dòng)或負(fù)荷發(fā)生突變等情況發(fā)生時(shí)，均可導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定和CO2的產(chǎn)量增加，進(jìn)而導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生。如果將運(yùn)行不穩(wěn)定因素及時(shí)排除，泡沫現(xiàn)象一般也會(huì)隨之消失。在厭氧污泥培養(yǎng)初期，由于CO2產(chǎn)量大而甲烷產(chǎn)量少，也會(huì)出現(xiàn)泡沫，隨著甲烷菌的培養(yǎng)成熟，CO2產(chǎn)量減少，泡沫一般也會(huì)逐漸消失。進(jìn)水中含有蛋白質(zhì)是產(chǎn)生泡沫的一個(gè)原因，而微生物本身新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物也會(huì)降低水的表面張力而生成氣泡。厭氧生物處理過(guò)程中大量產(chǎn)氣會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似好氧處理的曝氣作用而形成氣泡問(wèn)題，負(fù)荷突然升高所帶來(lái)的產(chǎn)氣量突然增加也可能出現(xiàn)泡沫問(wèn)題。

碳酸鈣（CaCO3）沉淀：處理廢水鈣含量高或利用石灰補(bǔ)充堿度，都會(huì)增加產(chǎn)生碳酸鈣沉淀的可能性。高濃度的碳酸氫鹽和磷酸鹽都有利于鈣的沉淀。

鳥(niǎo)糞石（MgNH4PO4）沉淀：進(jìn)水中含有較高濃度的溶解性正磷酸鹽、氨氮和鎂離子時(shí)，就會(huì)生成鳥(niǎo)糞石沉淀。厭氧處理系統(tǒng)鳥(niǎo)糞石沉淀主要在管道彎頭、水泵入口和二沉池進(jìn)出口等處出現(xiàn)。

2、厭氧生物處理的三個(gè)階段是怎樣的？

理論研究認(rèn)為三個(gè)階段，即厭氧消化過(guò)程分為水解發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫階段、產(chǎn)甲烷階段三部分。

水解發(fā)酵階段和產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫階段又可合稱(chēng)為酸性發(fā)酵階段。在這個(gè)階段，污水中的復(fù)雜有機(jī)物，在酸性腐化菌或產(chǎn)酸菌的作用下，分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物，如有機(jī)酸，醇類(lèi)等，以及CO2、NH3和H2S等無(wú)機(jī)物。由于有機(jī)酸的積累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于有機(jī)酸和含氮化合物的分解，產(chǎn)生碳酸鹽和氨等使酸性減退，pH值回升到6.6～6.8左右。

⑴ 水解酸化階段。污水中復(fù)雜的大分子、不溶性的有機(jī)物在細(xì)胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞體內(nèi)，水解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類(lèi)及醛類(lèi)等。

⑵ 產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌的作用下，各種有機(jī)酸分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫和二氧化碳。

⑶ 產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫及二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。

3、厭氧消化的三個(gè)階段和COD轉(zhuǎn)化率有多少？

4、水解酸化法的優(yōu)點(diǎn)是什么？

⑴ 池體不需要密閉，也不需要三相分離器，運(yùn)行管理方便簡(jiǎn)單。

⑵ 大分子有機(jī)物經(jīng)水解酸化后，生成小分子有機(jī)物，可生化性較好，即水解酸化可以改變?cè)鬯目缮裕瑥亩鴾p少反應(yīng)時(shí)間和處理能耗。

⑶ 水解酸化屬于厭氧處理的前期，沒(méi)有達(dá)到厭氧發(fā)酵的最終階段，因而出水中也就沒(méi)有厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的難聞氣味，改善了污水處理廠的環(huán)境。

⑷ 水解酸化反應(yīng)所需時(shí)間較短，因此所需構(gòu)筑物體積很小，一般與沉淀池相當(dāng)，可節(jié)約基建投資。

⑸ 時(shí)間酸化對(duì)固體有機(jī)物的降解效果較好，而且產(chǎn)生的剩余污泥很少，實(shí)現(xiàn)了污泥、污水一次處理，具有消化池的部分功能。

5、厭氧生物處理的主要特點(diǎn)有哪些？

⑴ 能耗較低：因?yàn)閰捬跎锾幚聿恍枰┭酰茉聪募s為好氧活性污泥法的1/10，還能產(chǎn)生具有較高熱值的甲烷氣（CH4）。每去除1gCODcr可以產(chǎn)生0.35標(biāo)準(zhǔn)升甲烷或0.7標(biāo)準(zhǔn)升沼氣。沼氣的熱值為22.7KJ/L,甲烷的熱值為39300KJ/m3，一般天然氣的熱值為34300KJ/m3 。

⑵ 污泥產(chǎn)量低：因?yàn)閰捬跷⑸锏脑鲋乘俾时群醚跷⑸锏偷枚啵醚跎锾幚硐到y(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量為0.25～0.6kg，而厭氧生物處理系統(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量只有0.02～0.18kg。

⑶可對(duì)好氧生物處理系統(tǒng)不能降解的一些大分子有機(jī)物進(jìn)行徹底降解或部分降解。

⑷ 厭氧微生物對(duì)溫度、PH等環(huán)境因素的變化更為敏感，運(yùn)行管理好厭氧生物處理系統(tǒng)的難度較大。

⑸ 水溫適應(yīng)廣：好氧處理水溫在10～35℃之間，當(dāng)高溫時(shí)就需采取降溫措施；而厭氧處理水溫適應(yīng)廣泛，分低溫厭氧（10～30℃）、中溫厭氧（30～40℃）和高溫厭氧（50～60℃）。

6、厭氧生物處理的影響因素有哪些？

⑴ 溫度。存在兩個(gè)不同的最佳溫度范圍（55℃左右，35℃左右）。通常所稱(chēng)高溫厭氧消化和低溫厭氧消化即對(duì)應(yīng)這兩個(gè)最佳溫度范圍。

⑵ pH值。厭氧消化最佳pH值范圍為6.8～7.2。

⑶ 有機(jī)負(fù)荷。由于厭氧生物處理幾乎對(duì)污水中的所有有機(jī)物都有降解作用，因此討論厭氧生物處理時(shí)，一般都以CODcr來(lái)分析研究，而不象好氧生物處理那樣必須以BOD5為依據(jù)。厭氧處理的有機(jī)負(fù)荷通常以容積負(fù)荷和一定的CODcr去除率來(lái)表示。

⑷ 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200～300):5:1即可。甲烷菌對(duì)硫化氫的最佳需要量為11.5mg/L。有時(shí)需補(bǔ)充某些必需的特殊營(yíng)養(yǎng)元素，甲烷菌對(duì)硫化物和磷有專(zhuān)性需要，而鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等對(duì)甲烷菌有激活作用。

⑸ 氧化還原電位。氧化還原電位可以表示水中的含氧濃度，非甲烷厭氧微生物可以在氧化還原電位小于＋100mV的環(huán)境下生存，而適合產(chǎn)甲烷菌活動(dòng)的氧化還原電位要低于－150mV，在培養(yǎng)甲烷菌的初期，氧化還原電位要不高于－330mV。

⑹ 堿度。廢水的碳酸氫鹽所形成的堿度對(duì)pH值的變化有緩沖作用，如果堿度不足，就需要投加碳酸氫鈉和石灰等堿劑來(lái)保證反應(yīng)器內(nèi)的堿度適中。

⑺ 有毒物質(zhì)。

⑻ 水力停留時(shí)間。水力停留時(shí)間對(duì)于厭氧工藝的影響主要是通過(guò)上流速度來(lái)表現(xiàn)出來(lái)的。一方面，較高的水流速度可以提高污水系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水區(qū)的擾動(dòng)性，從而增加生物污泥與進(jìn)水有機(jī)物之間的接觸，提高有機(jī)物的去除率。另一方面，為了維持系統(tǒng)中能擁有足夠多的污泥，上流速度又不能超過(guò)一定限值。

7、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)厭氧生物處理的影響體現(xiàn)在哪些方面？

厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖需要攝取一定比例的CNP及其他微量元素，但由于厭氧微生物對(duì)碳素養(yǎng)分的利用率比好氧微生物低，一般認(rèn)為，厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr：N:P＝（200～300）：5：1即可。還要根據(jù)具體情況，補(bǔ)充某些必需的特殊營(yíng)養(yǎng)元素，比如硫化物、鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等。

在厭氧處理時(shí)提供氮源，除了滿(mǎn)足合成菌體之外，還有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力。如果氮源不足，即碳氮比太高，不僅導(dǎo)致厭氧菌增殖緩慢，而且使消化液的緩沖能力降低，引起pH值下降。相反，如果氮源過(guò)剩，碳氮比太低、氮不能被充分利用，將導(dǎo)致系統(tǒng)中氮的積累，引起pH值上升；如果pH值上升到8以上，就會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)繁殖，使消化效率降低。一般說(shuō)來(lái)，氮的濃度必須保持在40～70mg/L的范圍內(nèi)才能維持甲烷菌的活性。

8、pH值對(duì)厭氧處理的影響體現(xiàn)在哪些方面？

厭氧微生物對(duì)其活動(dòng)范圍內(nèi)的pH值有一定的要求，產(chǎn)酸菌對(duì)pH值的適應(yīng)范圍較廣，一般在4.5～8.0之間都能維持較高的活性。而甲烷菌對(duì)pH值較為敏感，適應(yīng)范圍較窄，在6.6～7.4之間較為適宜，最佳pH值為7.0～7.2。因此，在厭氧處理過(guò)程中，尤其是產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷在一個(gè)構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行時(shí)，通常要保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5～7.2之間，最好保持在6.8～7.2的范圍內(nèi)。

厭氧處理要求的最佳pH值指的是反應(yīng)器內(nèi)混合液的pH值，而不是進(jìn)水的pH值，因?yàn)樯锘瘜W(xué)過(guò)程和稀釋作用可以迅速改變進(jìn)水的pH值。反應(yīng)器出水的pH值一般等于或接近反應(yīng)器內(nèi)部的pH值。

含有大量溶解性碳水化合物的廢水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器后，會(huì)因產(chǎn)生乙酸而引起pH值的迅速降低，而經(jīng)過(guò)酸化的廢水進(jìn)入反應(yīng)器后，pH值將會(huì)上升。含有大量蛋白質(zhì)或氨基酸的廢水，由于氨的形成，pH可能會(huì)略有上升。因此，對(duì)不同特性的廢水，可控制不同的pH值，可能低于或高于反應(yīng)器所要求的pH值。

9、維持厭氧反應(yīng)器內(nèi)有足夠堿度的措施有哪些？

⑴ 投加堿源：增大系統(tǒng)緩沖能力的堿源可以使用碳酸氫鈉和石灰等。

⑵ 提高回流比：正常厭氧消化處理設(shè)施的出水中含有一定的堿度，將出水回流可以有效補(bǔ)充反應(yīng)器內(nèi)的堿度。

10、什么是VFA和ALK？VFA與ALK的比值有什么意義？

VFA表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)酸的含量，ALK則表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的堿度。

厭氧消化系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，ALK一般在1000～5000 mg/L（以CaCO3計(jì)）之間，典型值在2500～3500mg/L之間，VFA一般在50～2500mg/L之間，必須維持堿度和揮發(fā)酸濃度之間的平衡，使消化液pH保持在6.5～7.5的范圍內(nèi)。只要堿度和揮發(fā)酸濃度能保持平衡，當(dāng)堿度超過(guò)4000mg/L時(shí)，即使VFA超過(guò)1200mg/L，系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。而堿度與酸度能保持平衡的主要標(biāo)志就是VFA與ALK的比值保持在一定的范圍內(nèi)。

VFA/ALK反應(yīng)了厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)中間代謝產(chǎn)物的積累程度，正常運(yùn)行的厭氧處理裝置的VFA/ALK一般在0.3以下，如果VFA/ALK突然升高，往往表明中間代謝產(chǎn)物不能被甲烷菌及時(shí)分解利用，即系統(tǒng)已出現(xiàn)異常，需要采取措施進(jìn)行解決。

如果VFA/ALK剛剛超過(guò)0.3，在一定時(shí)間內(nèi)，還不至于導(dǎo)致pH值下降，還有時(shí)間分析造成VFA/ALK升高的原因和進(jìn)行控制。如果VFA/ALK超過(guò)0.5，沼氣中的CO2含量開(kāi)始升高，如果不及時(shí)采取措施予以控制，會(huì)很快導(dǎo)致pH值下降，使甲烷菌的活動(dòng)受到抑制。此時(shí)應(yīng)加入部分堿源，增加反應(yīng)器內(nèi)的堿度使pH值回升，為尋找確切的原因并采取控制措施提供時(shí)間。如果VFA/ALK超過(guò)0.8，厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH值開(kāi)始下降，沼氣中甲烷的含量往往只有42%～45%，沼氣已不能燃燒。這時(shí)候必須向反應(yīng)器內(nèi)大量投入堿源，控制住pH值的下降并使之回升，如果pH值持續(xù)下降到5以下，甲烷菌將全部失去活性，需要重新培養(yǎng)厭氧污泥。

11、為什么VFA是反映厭氧生物反應(yīng)器效果的重要指標(biāo)？

VFA表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)酸的含量，而揮發(fā)性有機(jī)酸是厭氧生物處理系統(tǒng)的中間產(chǎn)物。

厭氧生物處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中或污泥中有機(jī)物的有效處理，最終是通過(guò)產(chǎn)甲烷過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而產(chǎn)甲烷菌所能利用的有機(jī)物就是揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。如果厭氧生物反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)正常，那么其中的VFA含量就會(huì)維持在一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

VFA過(guò)低會(huì)使甲烷能利用的物料減少，厭氧反應(yīng)器對(duì)有機(jī)物的分解程度降低；而VFA過(guò)高超過(guò)甲烷菌所能利用的數(shù)量，又會(huì)造成VFA的過(guò)度積累，進(jìn)而使反應(yīng)器內(nèi)的pH下降，影響甲烷菌正常功能的發(fā)揮。同時(shí)甲烷菌因各種原因受到傷害后，也會(huì)降低對(duì)VFA的利用率，反過(guò)來(lái)造成VFA的積累，形成惡性循環(huán)。

因此，所有的厭氧反應(yīng)器都應(yīng)把VFA作為一個(gè)控制指標(biāo)來(lái)分析化驗(yàn)和及時(shí)掌握。

12、什么是升流式厭氧污泥反應(yīng)器UASB？

升流式厭氧污泥反應(yīng)器的英文是Upflow  Anaerobic  Sludge  Blan-ket,簡(jiǎn)稱(chēng)為UASB，其基本特征是在反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮區(qū)和污泥床區(qū)。

13、什么是膨脹顆粒污泥床EGSB？

膨脹顆粒污泥床的英文是Expanded  Granular  Sludge  bed，簡(jiǎn)寫(xiě)為EGSB，是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。EGSB反應(yīng)器與UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)非常相似，所不同的是EGSB反應(yīng)器中采用高達(dá)2.5～6m3/(m2·h)的水力負(fù)荷，這遠(yuǎn)大于UASB常用的約0.5～2.5m3/(m2·h)的水力負(fù)荷。因此，在EGSB反應(yīng)器中，顆粒污泥床處于部分或全部“膨脹化”狀態(tài)，即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的加大而增加。為了提高水力負(fù)荷（即上流速度），EGSB反應(yīng)器采用較大的高度與直徑比和較大的回流比。

14、什么是顆粒污泥？

顆粒污泥的形成實(shí)際上是微生物固定化的一種形式，其外觀為具有相對(duì)規(guī)則的球形或橢圓形黑色顆粒。顆粒污泥的粒徑一般為0.1～3mm，個(gè)別大的有5mm，密度為1.04～1.08g/cm3，比水略重，具有良好的沉降性能和降解水中有機(jī)物的產(chǎn)甲烷活性。

在光學(xué)顯微鏡下觀察，顆粒污泥呈多孔結(jié)構(gòu)，表面有一層透明膠狀物，其上附著甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細(xì)胞密度較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散、細(xì)胞密度較小，粒徑較大的顆粒污泥往往有一個(gè)空腔，這是由于顆粒污泥內(nèi)部營(yíng)養(yǎng)不足使細(xì)胞自溶而引起的。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新生顆粒污泥的內(nèi)核，一些大的顆粒污泥還會(huì)因內(nèi)部產(chǎn)生的氣體不易釋放出去而容易上浮。

15、使升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法有哪幾種？

UASB反應(yīng)器運(yùn)行成功的關(guān)鍵是具有顆粒污泥，使UASB反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法有以下三種：

⑴ 直接接種法：從正在運(yùn)行的其它UASB反應(yīng)器中取出一定量的顆粒污泥直接投入新的UASB反應(yīng)器后，由少到多逐步加大處理的污水水量，直到設(shè)計(jì)水量。這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)所需時(shí)間最快，但一般只有在啟動(dòng)小型UASB反應(yīng)器采用這種方法。

⑵ 間接接種法：將取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，投入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器后，創(chuàng)造厭氧微生物最佳的生長(zhǎng)條件，有人工配制的、含有適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)成分的營(yíng)養(yǎng)水進(jìn)行培養(yǎng)，形成顆粒污泥后，再由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計(jì)水量。

⑶ 直接培養(yǎng)法：將取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，投入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器后，用被處理污水直接培養(yǎng)，形成顆粒污泥后，再逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計(jì)水量。這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)所需時(shí)間較多，可長(zhǎng)達(dá)3～4個(gè)月，大型UASB反應(yīng)器常采用這種方法。

16、厭氧污泥培養(yǎng)成熟后有何特征？

培養(yǎng)結(jié)束后，成熟的污泥呈深灰到黑色，有焦油氣味但無(wú)硫化氫氣味，pH值在7.0～7.5之間，污泥容易脫水和干化。對(duì)進(jìn)水的處理效果高，產(chǎn)氣量大，沼氣中甲烷成分高。培養(yǎng)成熟的厭氧消化污泥的基本指標(biāo)和參數(shù)見(jiàn)下表。

成熟厭氧消化污泥的基本參數(shù)