厭氧反應器的16個(gè)技術(shù)問(wèn)答

厭氧反應器內出現泡沫、化學(xué)沉淀等不良現象的原因是什么?

厭氧反應器中有時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量泡沫，泡沫呈半液半固狀，嚴重時(shí)可充滿(mǎn)氣相空間并帶入沼氣管道，導致沼氣系統的運行困難。

產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧系統運行不穩定，因為泡沫主要是由于CO2產(chǎn)量太大形成的，當反應器內溫度波動(dòng)或負荷發(fā)生突變等情況發(fā)生時(shí)，均可導致系統運行的不穩定和CO2的產(chǎn)量增加，進(jìn)而導致泡沫的產(chǎn)生。如果將運行不穩定因素及時(shí)排除，泡沫現象一般也會(huì )隨之消失。在厭氧污泥培養初期，由于CO2產(chǎn)量大而甲烷產(chǎn)量少，也會(huì )出現泡沫，隨著(zhù)甲烷菌的培養成熟，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，負荷突然升高所帶來(lái)的產(chǎn)氣量突然增加也可能出現泡沫問(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。

厭氧生物處理的三個(gè)階段是怎樣的?

理論研究認為三個(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，污水中的復雜有機物，在酸性腐化菌或產(chǎn)酸菌的作用下，分解成簡(jiǎn)單的有機物，如有機酸，醇類(lèi)等，以及CO2、NH3和H2S等無(wú)機物。由于有機酸的積累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于有機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。

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

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

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

厭氧消化的三個(gè)階段和COD轉化率有多少?

水解酸化法的優(yōu)點(diǎn)是什么?

1.池體不需要密閉，也不需要三相分離器，運行管理方便簡(jiǎn)單。

2.大分子有機物經(jīng)水解酸化后，生成小分子有機物，可生化性較好，即水解酸化可以改變原污水的可生化性，從而減少反應時(shí)間和處理能耗。

3.水解酸化屬于厭氧處理的前期，沒(méi)有達到厭氧發(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(chǎng)的環(huán)境。

4.水解酸化反應所需時(shí)間較短，因此所需構筑物體積很小，一般與沉淀池相當，可節約基建投資。

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

厭氧生物處理的主要特點(diǎn)有哪些?

1.能耗較低：因為厭氧生物處理不需要供氧，能源消耗約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標準升甲烷或0.7標準升沼氣。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 。

2.污泥產(chǎn)量低：因為厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，好氧生物處理系統每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量為0.25～0.6kg，而厭氧生物處理系統每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量只有0.02～0.18kg。

3.可對好氧生物處理系統不能降解的一些大分子有機物進(jìn)行徹底降解或部分降解。

4.厭氧微生物對溫度、PH等環(huán)境因素的變化更為敏感，運行管理好厭氧生物處理系統的難度較大。

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

厭氧生物處理的影響因素有哪些?

1.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應這兩個(gè)最佳溫度范圍。

2.pH值：厭氧消化最佳pH值范圍為6.8～7.2。

3.有機負荷：由于厭氧生物處理幾乎對污水中的所有有機物都有降解作用，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。厭氧處理的有機負荷通常以容積負荷和一定的CODcr去除率來(lái)表示。

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

5.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，在培養甲烷菌的初期，氧化還原電位要不高于-330mV。

6.堿度：廢水的碳酸氫鹽所形成的堿度對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)保證反應器內的堿度適中。

7.有毒物質(zhì)。

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

營(yíng)養物質(zhì)對厭氧生物處理的影響體現在哪些方面?

厭氧微生物的生長(cháng)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碳素養分的利用率比好氧微生物低，一般認為，厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr：N:P=(200～300)：5：1即可。

還要根據具體情況，補充某些必需的特殊營(yíng)養元素，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，還有利于提高反應器的緩沖能力。如果氮源不足，即碳氮比太高，不僅導致厭氧菌增殖緩慢，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，將導致系統中氮的積累，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(cháng)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的范圍內才能維持甲烷菌的活性。

pH值對厭氧處理的影響體現在哪些方面?

厭氧微生物對其活動(dòng)范圍內的pH值有一定的要求，產(chǎn)酸菌對pH值的適應范圍較廣，一般在4.5～8.0之間都能維持較高的活性。而甲烷菌對pH值較為敏感，適應范圍較窄，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)構筑物內進(jìn)行時(shí)，通常要保持反應器內的pH值在6.5～7.2之間，最好保持在6.8～7.2的范圍內。

厭氧處理要求的最佳pH值指的是反應器內混合液的pH值，而不是進(jìn)水的pH值，因為生物化學(xué)過(guò)程和稀釋作用可以迅速改變進(jìn)水的pH值。反應器出水的pH值一般等于或接近反應器內部的pH值。

含有大量溶解性碳水化合物的廢水進(jìn)入厭氧反應器后，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，對不同特性的廢水，可控制不同的pH值，可能低于或高于反應器所要求的pH值。

維持厭氧反應器內有足夠堿度的措施有哪些?

1.投加堿源：增大系統緩沖能力的堿源可以使用碳酸氫鈉和石灰等。

2.提高回流比：正常厭氧消化處理設施的出水中含有一定的堿度，將出水回流可以有效補充反應器內的堿度。

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內的揮發(fā)性有機酸的含量，ALK則表示的是厭氧處理系統內的堿度。

厭氧消化系統正常運行時(shí)，ALK一般在1000～5000 mg/L(以CaCO3計)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。只要堿度和揮發(fā)酸濃度能保持平衡，當堿度超過(guò)4000mg/L時(shí)，即使VFA超過(guò)1200mg/L，系統也能正常運行。而堿度與酸度能保持平衡的主要標志就是VFA與ALK的比值保持在一定的范圍內。

VFA/ALK反應了厭氧處理系統內中間代謝產(chǎn)物的積累程度，正常運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，即系統已出現異常，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，還不至于導致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 )很快導致pH值下降，使甲烷菌的活動(dòng)受到抑制。此時(shí)應加入部分堿源，增加反應器內的堿度使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，厭氧反應器內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)候必須向反應器內大量投入堿源，控制住pH值的下降并使之回升，如果pH值持續下降到5以下，甲烷菌將全部失去活性，需要重新培養厭氧污泥。

為什么VFA是反映厭氧生物反應器效果的重要指標?

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

厭氧生物處理系統實(shí)現對廢水中或污泥中有機物的有效處理，最終是通過(guò)產(chǎn)甲烷過(guò)程來(lái)實(shí)現的，而產(chǎn)甲烷菌所能利用的有機物就是揮發(fā)性有機酸VFA。如果厭氧生物反應器的運轉正常，那么其中的VFA含量就會(huì )維持在一個(gè)相當穩定的范圍內。

VFA過(guò)低會(huì )使甲烷能利用的物料減少，厭氧反應器對有機物的分解程度降低;而VFA過(guò)高超過(guò)甲烷菌所能利用的數量，又會(huì )造成VFA的過(guò)度積累，進(jìn)而使反應器內的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，所有的厭氧反應器都應把VFA作為一個(gè)控制指標來(lái)分析化驗和及時(shí)掌握。

什么是升流式厭氧污泥反應器UASB?

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

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反應器的基礎上發(fā)展而來(lái)的。EGSB反應器與UASB反應器的結構非常相似，所不同的是EGSB反應器中采用高達2.5～6m3/(m2·h)的水力負荷，這遠大于UASB常用的約0.5～2.5m3/(m2·h)的水力負荷。因此，在EGSB反應器中，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。為了提高水力負荷(即上流速度)，EGSB反應器采用較大的高度與直徑比和較大的回流比。

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(guān)為具有相對規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物的產(chǎn)甲烷活性。

在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察，顆粒污泥呈多孔結構，表面有一層透明膠狀物，其上附著(zhù)甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細胞密度較大，內部結構松散、細胞密度較小，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部營(yíng)養不足使細胞自溶而引起的。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核，一些大的顆粒污泥還會(huì )因內部產(chǎn)生的氣體不易釋放出去而容易上浮。

使升流式厭氧反應器內出現顆粒污泥的方法有哪幾種?

UASB反應器運行成功的關(guān)鍵是具有顆粒污泥，使UASB反應器內出現顆粒污泥的方法有以下三種：

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

2.間接接種法：將取自正在運行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠(chǎng)的消化污泥，投入UASB反應器后，創(chuàng )造厭氧微生物最佳的生長(cháng)條件，有人工配制的、含有適當營(yíng)養成分的營(yíng)養水進(jìn)行培養，形成顆粒污泥后，再由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設計水量。

3.直接培養法：將取自正在運行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠(chǎng)的消化污泥，投入UASB反應器后，用被處理污水直接培養，形成顆粒污泥后，再逐步加大被處理的污水水量，直到設計水量。這種方法反應器投產(chǎn)所需時(shí)間較多，可長(cháng)達3～4個(gè)月，大型UASB反應器常采用這種方法。

厭氧污泥培養成熟后有何特征?

培養結束后，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。對進(jìn)水的處理效果高，產(chǎn)氣量大，沼氣中甲烷成分高。培養成熟的厭氧消化污泥的基本指標和參數見(jiàn)下表。