精选！关于厌氧生物的21个技术问答

产生泡沫的主要原因是厌氧系统运行不稳定，因为泡沫主要是由于CO2产量太大形成的，当反应器内温度波动或负荷发生突变等情况发生时，均可导致系统运行的不稳定和CO2的产量增加，进而导致泡沫的产生。在厌氧污泥培养初期，由于CO2产量大而甲烷产量少，也会出现泡沫，随着甲烷菌的培养成熟，CO2产量减少，泡沫一般也会逐渐消失。进水中含有蛋白质是产生泡沫的一个原因，而微生物本身新陈代谢过程中产生的一些中间产物也会降低水的表面张力而生成气泡。厌氧生物处理过程中大量产气会产生类似好氧处理的曝气作用而形成气泡问题，负荷突然升高所带来的产气量突然增加也可能出现泡沫问题。
 

碳酸钙(CaCO3)沉淀：处理废水钙含量高或利用石灰补充碱度，都会增加产生碳酸钙沉淀的可能性。高浓度的碳酸氢盐和磷酸盐都有利于钙的沉淀。
 

鸟粪石(MgNH4PO4)沉淀：进水中含有较高浓度的溶解性正磷酸盐、氨氮和 镁离子时，就会生成鸟粪石沉淀。厌氧处理系统鸟粪石沉淀主要在管道弯头、水泵入口和二沉池进出口等处出现。
 

水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段又可合称为酸性发酵阶段。在这个阶段，污水中的复杂有机物，在酸性腐化菌或产酸菌的作用下，分解成简单的有机物，如有机酸，醇类等，以及CO2、NH3和H2S等无机物。由于有机酸的积累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐和氨等使酸性减退，pH值回升到6.6～6.8左右。
 

⑴水解酸化阶段。污水中复杂的大分子、不溶性的有机物在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物，然后渗入细胞体内，水解产生挥发性有机酸、醇类及醛类等。

⑵产氢产乙酸阶段。在产氢产酸菌的作用下，各种有机酸分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。

⑶产甲烷阶段。产甲烷菌将乙酸、氢及二氧化碳转化为甲烷。
 

⑵ 大分子有机物经水解酸化后，生成小分子有机物，可生化性较好，即水解酸化可以改变原污水的可生化性，从而减少反应时间和处理能耗。

⑶ 水解酸化属于厌氧处理的前期，没有达到厌氧发酵的最终阶段，因而出水中也就没有厌氧发酵所产生的难闻气味，改善了污水处理厂的环境。

⑷ 水解酸化反应所需时间较短，因此所需构筑物体积很小，一般与沉淀池相当，可节约基建投资。

⑸ 时间酸化对固体有机物的降解效果较好，而且产生的剩余污泥很少，实现了污泥、污水一次处理，具有消化池的部分功能。
 

⑵ 污泥产量低：因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，好氧生物处理系统每处理1kgCODcr产生的污泥量为0.25～0.6kg，而厌氧生物处理系统每处理1kgCODcr产生的污泥量只有0.02～0.18kg。

⑶可对好氧生物处理系统不能降解的一些大分子有机物进行彻底降解或部分降解。

⑷ 厌氧微生物对温度、PH等环境因素的变化更为敏感，运行管理好厌氧生物处理系统的难度较大。

⑸ 水温适应广：好氧处理水温在10～35℃之间，当高温时就需采取降温措施；而厌氧处理水温适应广泛，分低温厌氧(10～30℃)、中温厌氧(30～40℃)和高温厌氧(50～60℃)。
 

⑴ 温度。存在两个不同的最佳温度范围(55℃左右，35℃左右)。通常所称高温厌氧消化和低温厌氧消化即对应这两个最佳温度范围。

⑵ pH值。厌氧消化最佳pH值范围为6.8～7.2。

⑶ 有机负荷。由于厌氧生物处理几乎对污水中的所有有机物都有降解作用，因此讨论厌氧生物处理时，一般都以CODcr来分析研究，而不象好氧生物处理那样必须以BOD5为依据。厌氧处理的有机负荷通常以容积负荷和一定的CODcr去除率来表示。

⑷ 营养物质。厌氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200～300):5:1即可。甲烷菌对硫化氢的最佳需要量为11.5mg/L。有时需补充某些必需的特殊营养元素，甲烷菌对硫化物和磷有专性需要，而铁、镍、锌、钴、钼等对甲烷菌有激活作用。

⑸ 氧化还原电位。氧化还原电位可以表示水中的含氧浓度，非甲烷厌氧微生物可以在氧化还原电位小于+100mV的环境下生存，而适合产甲烷菌活动的氧化还原电位要低于-150mV，在培养甲烷菌的初期，氧化还原电位要不高于-330mV。

⑹ 碱度。废水的碳酸氢盐所形成的碱度对pH值的变化有缓冲作用，如果碱度不足，就需要投加碳酸氢钠和石灰等碱剂来保证反应器内的碱度适中。

⑺ 有毒物质。

⑻ 水力停留时间。水力停留时间对于厌氧工艺的影响主要是通过上流速度来表现出来的。一方面，较高的水流速度可以提高污水系统内进水区的扰动性，从而增加生物污泥与进水有机物之间的接触，提高有机物的去除率。另一方面，为了维持系统中能拥有足够多的污泥，上流速度又不能超过一定限值。
 

在厌氧处理时提供氮源，除了满足合成菌体之外，还有利于提高反应器的缓冲能力。如果氮源不足，即碳氮比太高，不仅导致厌氧菌增殖缓慢，而且使消化液的缓冲能力降低，引起pH值下降。相反，如果氮源过剩，碳氮比太低、氮不能被充分利用，将导致系统中氮的积累，引起pH值上升；如果pH值上升到8以上，就会抑制产甲烷菌的生长繁殖，使消化效率降低。一般说来，氮的浓度必须保持在40～70mg/L的范围内才能维持甲烷菌的活性。
 

厌氧处理要求的最佳pH值指的是反应器内混合液的pH值，而不是进水的pH值，因为生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进水的pH值。反应器出水的pH值一般等于或接近反应器内部的pH值。
 

含有大量溶解性碳水化合物的废水进入厌氧反应器后，会因产生乙酸而引起pH值的迅速降低，而经过酸化的废水进入反应器后，pH值将会上升。含有大量蛋白质或氨基酸的废水，由于氨的形成，pH可能会略有上升。因此，对不同特性的废水，可控制不同的pH值，可能低于或高于反应器所要求的pH值。
 

⑴ 投加碱源：增大系统缓冲能力的碱源可以使用碳酸氢钠和石灰等。

⑵ 提高回流比：正常厌氧消化处理设施的出水中含有一定的碱度，将出水回流可以有效补充反应器内的碱度。
 

VFA表示的是厌氧处理系统内的挥发性有机酸的含量，ALK则表示的是厌氧处理系统内的碱度。
 

厌氧消化系统正常运行时，ALK一般在1000～5000 mg/L(以CaCO3计)之间，典型值在2500～3500mg/L之间，VFA一般在50～2500mg/L之间，必须维持碱度和挥发酸浓度之间的平衡，使消化液pH保持在6.5～7.5的范围内。只要碱度和挥发酸浓度能保持平衡，当碱度超过4000mg/L时，即使VFA超过1200mg/L，系统也能正常运行。而碱度与酸度能保持平衡的主要标志就是VFA与ALK的比值保持在一定的范围内。
 

VFA/ALK反应了厌氧处理系统内中间代谢产物的积累程度，正常运行的厌氧处理装置的VFA/ALK一般在0.3以下，如果VFA/ALK突然升高，往往表明中间代谢产物不能被甲烷菌及时分解利用，即系统已出现异常，需要采取措施进行解决。
 

如果VFA/ALK刚刚超过0.3，在一定时间内，还不至于导致pH值下降，还有时间分析造成VFA/ALK升高的原因和进行控制。如果VFA/ALK超过0.5，沼气中的CO2含量开始升高，如果不及时采取措施予以控制，会很快导致pH值下降，使甲烷菌的活动受到抑制。此时应加入部分碱源，增加反应器内的碱度使pH值回升，为寻找确切的原因并采取控制措施提供时间。如果VFA/ALK超过0.8，厌氧反应器内pH值开始下降，沼气中甲烷的含量往往只有42%～45%，沼气已不能燃烧。这时候必须向反应器内大量投入碱源，控制住pH值的下降并使之回升，如果pH值持续下降到5以下，甲烷菌将全部失去活性，需要重新培养厌氧污泥。
 

VFA表示的是厌氧处理系统内的挥发性有机酸的含量，而挥发性有机酸是厌氧生物处理系统的中间产物。
 

厌氧生物处理系统实现对废水中或污泥中有机物的有效处理，最终是通过产甲烷过程来实现的，而产甲烷菌所能利用的有机物就是挥发性有机酸VFA。如果厌氧生物反应器的运转正常，那么其中的VFA含量就会维持在一个相当稳定的范围内。
 

VFA过低会使甲烷能利用的物料减少，厌氧反应器对有机物的分解程度降低；而VFA过高超过甲烷菌所能利用的数量，又会造成VFA的过度积累，进而使反应器内的pH下降，影响甲烷菌正常功能的发挥。同时甲烷菌因各种原因受到伤害后，也会降低对VFA的利用率，反过来造成VFA的积累，形成恶性循环。
 

因此，所有的厌氧反应器都应把VFA作为一个控制指标来分析化验和及时掌握。
 

升流式厌氧污泥反应器的英文是Upflow Anaerobic Sludge Blan-ket,简称为UASB，其基本特征是在反应器的上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮区和污泥床区。
 

膨胀颗粒污泥床的英文是Expanded Granular Sludge bed，简写为EGSB，是在UASB反应器的基础上发展而来的。EGSB反应器与UASB反应器的结构非常相似，所不同的是EGSB反应器中采用高达2.5～6m3/(m2·h)的水力负荷，这远大于UASB常用的约0.5～2.5m3/(m2·h)的水力负荷。因此，在EGSB反应器中，颗粒污泥床处于部分或全部“膨胀化”状态，即污泥床的体积由于颗粒之间的平均距离的加大而增加。为了提高水力负荷(即上流速度)，EGSB反应器采用较大的高度与直径比和较大的回流比。
 

颗粒污泥的形成实际上是微生物固定化的一种形式，其外观为具有相对规则的球形或椭圆形黑色颗粒。颗粒污泥的粒径一般为0.1～3mm，个别大的有5mm，密度为1.04～1.08g/cm3，比水略重，具有良好的沉降性能和降解水中有机物的产甲烷活性。
 

在光学显微镜下观察，颗粒污泥呈多孔结构，表面有一层透明胶状物，其上附着甲烷菌。颗粒污泥靠近外表面部分的细胞密度较大，内部结构松散、细胞密度较小，粒径较大的颗粒污泥往往有一个空腔，这是由于颗粒污泥内部营养不足使细胞自溶而引起的。大而空的颗粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成为新生颗粒污泥的内核，一些大的颗粒污泥还会因内部产生的气体不易释放出去而容易上浮。
 

UASB反应器运行成功的关键是具有颗粒污泥，使UASB反应器内出现颗粒污泥的方法有以下三种：

⑴ 直接接种法：从正在运行的其它UASB反应器中取出一定量的颗粒污泥直接投入新的UASB反应器后，由少到多逐步加大处理的污水水量，直到设计水量。这种方法反应器投产所需时间最快，但一般只有在启动小型UASB反应器采用这种方法。

⑵ 间接接种法：将取自正在运行的厌氧处理装置的厌氧活性污泥，如城市污水处理厂的消化污泥，投入UASB反应器后，创造厌氧微生物最佳的生长条件，有人工配制的、含有适当营养成分的营养水进行培养，形成颗粒污泥后，再由少到多逐步加大被处理的污水水量，直到设计水量。

⑶ 直接培养法：将取自正在运行的厌氧处理装置的厌氧活性污泥，如城市污水处理厂的消化污泥，投入UASB反应器后，用被处理污水直接培养，形成颗粒污泥后，再逐步加大被处理的污水水量，直到设计水量。这种方法反应器投产所需时间较多，可长达3～4个月，大型UASB反应器常采用这种方法。
 

培养结束后，成熟的污泥呈深灰到黑色，有焦油气味但无硫化氢气味，pH值在7.0～7.5之间，污泥容易脱水和干化。对进水的处理效果高，产气量大，沼气中甲烷成分高。培养成熟的厌氧消化污泥的基本指标和参数见下表。

(1) 当被处理污水浓度较高(CODCr值大于5000mg/L)时，必须采取回流的运行方式，回流比根据具体情况确定，有效的回流，不仅可以降低进水浓度，还可以增大进水量，保证处理设施内的水流分布均匀，避免出现短流现象。回流还可以防止进水浓度和厌氧反应器内pH值的剧烈波动，使厌氧反应平稳进行，也就是说可以减少厌氧反应对碱度的需求量，降低运行费用。厌氧反应是产能过程，出水温度高于进水.因此冬季气温低时，反应器内的温度恒定，尽可能使厌氧微生在其最适宜温度下活动。

(2)一般的工业废水温度难以达到35℃，需要加热(尤其在冬季)。因此，为节约加温所需能量，一方面要注意保温(包括采取加大回流量等措施)，尽可能防止反应器热量散失，另一方而要充分发挥反应器内污泥浓度较大的特点，尽可能提高反应器内污泥浓度，减弱温度对厌氧反应的影响。

(3)沼气要及时有效地排出。厌氧消化过程必定伴随着沼气的产生，沼气对污泥可以起到搅拌和作用，促进污水与污泥的混合接触，这是其有利的一面。同时，沼气的存在也会起到类似浮渣的作用，沼气向上溢出时将部分污泥带到液面，导致浮渣的产生和出水中悬浮物含量增加及水质变差。因此，要设置气体挡板和集气罩，将沼气从厌氧消化装置内引出，在出水堰附近留有足够的沉淀区，以保证出水水质。

(4)污泥负荷要适当。为保持厌氧消化过程三个阶段的平衡，使挥发性脂肪酸等中间产物的生成与消耗平衡，防止酸积累导致pH值下降，进水有机负荷不宜过高，一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS·d)。可以通过提高反应器内污泥浓度，在保持相对较低的污泥负荷条件下，获得较高的容积负荷。一般来说，厌氧消化装置的容积负荷都在5kg CODcr/(m3·d)以上，甚至高达50kg CODcr/( m3·d)。

(5)当被处理污水悬浮物浓度较大(一般指1000mg/L以上)时，就应当对污水进行沉淀、过滤、或浮选等适当的预处理，以降低进水的悬浮物含量，防止填料层堵塞。一般AF的进水悬浮物不超过200mg/L，但如果悬浮物可以生物降解而且均匀分散在污水中，则悬浮物对AF几乎不产生不利影响。

(6)要充分创造厌氧环境。无氧是厌氧微生物正常活动的前提，甲烷菌则必须在绝对的厌氧环境下才能高效率发挥作用。在污水提升进入厌氧消化装置、出水回流等环节都要尽可能避免与空气的接触，尽可能减少与空气接触的机会。如水流过程中尽量不要出现跌水、搅动等现象，调节池、回流池等要加盖封闭，污水提升不要使用气提泵。厌氧反应构筑物最好经过气密试验，确保严密无渗漏。
 

一般来说，对于以产甲烷为主要目的的厌氧过程要求pH值在6.5~8.0之间，废水碱度偏低或运行负荷过高时，会引起反应器内挥发酸积累，导致产甲烷菌活力丧失而产酸菌大量繁殖，持续过久时，会导致产甲烷菌活力丧失殆尽而产乙酸菌大量繁殖，引起反应器系统的“酸化”。严重酸化发生后，反应器难以恢复至原有状态。

厌氧消化作用失去平衡时会显示出如下“症状”：①沼气产量下降;②沼气中甲烷含量降低;③消化液VFA增高;④有机物去除率下降;⑤消化液pH值下降;⑥碳酸盐碱度与总碱度之间的差值明显增加;⑦洗出的颗粒污泥颜色变浅没有光泽;⑧反应器出水产生明显异味;⑨ORP(氧化还原电位)值上升等。
 

1）大幅降低运行负荷

尽量多降低负荷，可以降低至50%，甚至暂停处理废水。同时，若厌氧反应器设有外循环管路，则通过循环泵打循环，直至VFA恢复正常。

2）采取多种手段，避免出水PH值降低到正常范围(6.5)以下

若厌氧反应器出水pH值降至6.5以下甚至更低，则须适当提高反应器进水的pH值，以维持反应器内合适的pH环境。(进水pH值提高的幅度视反应器内pH值下降的程度而定，有时可以将进水的pH值调整至8.0以上甚至9.0以上。)

当反应器内的pH值降低到5.0以下，说明反应器酸化已经非常严重了。这时，可以用清水置换厌氧反应器内的废水，将反应器内的VFA浓度迅速降低，同时尽快恢复反应器内正常的pH环境。
 

通过以上两个措施，如果反应器酸化的原因仅仅是超负荷，只要没有严重到致使厌氧污泥大量流失，在24小时至数天内，反应器中的VFA会下降到200mg/L以下，pH值会恢复至正常的水平。即使由于酸化程度过于严重或者由于其他原因导致反应器不能完全恢复，也可以使酸化程度得到缓解，为后续查明原因并采取进一步的应对措施赢得时间。
 

当反应器的酸化被遏制后，可以进行低负荷运行，然后根据运行情况逐步增加负荷直至反应器的运行负荷和效率恢复到酸化前的正常水平。
 

在厌氧反应器中，钙盐沉淀可以引发严重的运行问题，因此必须防止钙盐沉淀发生或者在项目设计阶段就考虑解决的办法。一些反应器，如UASB极有可能在反应器表面和底部沉积硬垢。因为钙盐沉淀形成后实际上不可能被除掉，所以为了顺利运行，防止钙盐积累是解决问题的唯一途径。
 

例如牛奶废水中，钙离子可以随废水进入厌氧反应器，或者通过补充碱度进入(例如用石灰)。高浓度的碳酸氢盐和磷都有利于钙的沉淀，如果在设计中未考虑定期清除硬垢的话，钙沉淀积累得太多，会导致厌氧反应器的工作容积大为减少，从而对工艺运行造成不利的影响。
 

如果废水中含钙离子，则需要增加预处理单元，或在设计中就考虑到清除钙沉淀的措施。在预处理段可考虑使用溶解性更好的碱性物质，如碳酸钠去除钙离子，而避免使用石灰，因为高的碱度值有利于钙离子的沉淀，石灰投加后，在废水中所增加的有效碱度不及投加碳酸钠明显，所以避免使用石灰。
 

来源：环保工程师