厭氧反應影響因素
1、溫度
厭氧廢水處理分為低溫、中溫和高溫三類(lèi)。迄今大多數厭氧廢水處理系統在中溫范圍運行，在此范圍溫度每升高10℃，厭氧反應速度約增加一倍。中溫工藝以30-40℃最為常見(jiàn)，其最佳處理溫度在35-40℃間。高溫工藝多在50-60℃間運行。在上述范圍內，溫度的微小波動(dòng)（如1-3℃）對厭氧工藝不會(huì )有明顯影響，但如果溫度下降幅度過(guò)大（超過(guò)5℃），則由于污泥活力的降低，反應器的負荷也應當降低以防止由于過(guò)負荷引起反應器酸積累等問(wèn)題，即我們常說(shuō)的“酸化”，否則沼氣產(chǎn)量會(huì )明顯下降，甚至停止產(chǎn)生，與此同時(shí)揮發(fā)酸積累，出水pH下降，COD值升高。
注：以上所謂溫度指厭氧反應器內溫度
2、pH
厭氧處理的這一pH范圍是指反應器內反應區的pH，而不是進(jìn)液的pH，因為廢水進(jìn)入反應器內，生物化學(xué)過(guò)程和稀釋作用可以迅速改變進(jìn)液的pH值。反應器出液的pH一般等于或接近于反應器內的pH。對pH值改變最大的影響因素是酸的形成，特別是乙酸的形成。因此含有大量溶解性碳水化合物（例如糖、淀粉）等廢水進(jìn)入反應器后pH將迅速降低，而己酸化的廢水進(jìn)入反應器后pH將上升。對于含大量蛋白質(zhì)或氨基酸的廢水，由于氨的形成，pH會(huì )略上升。反應器出液的pH一般會(huì )等于或接近于反應器內的pH。pH值是廢水厭氧處理最重要的影響因素之一，厭氧處理中，水解菌與產(chǎn)酸菌對pH有較大范圍的適應性，大多數這類(lèi)細菌可以在pH為5.0-8.5范圍生長(cháng)良好，一些產(chǎn)酸菌在pH小于5.0時(shí)仍可生長(cháng)。但通常對pH敏感的甲烷菌適宜的生長(cháng)pH為6.5-7.8，這也是通常情況下厭氧處理所應控制的pH范圍。我公司要求厭氧反應器內pH控制在6.8-7.2之間。
進(jìn)水pH條件失常首先表現在使產(chǎn)甲烷作用受到抑制（表現為沼氣產(chǎn)生量降低，出水COD值升高），即使在產(chǎn)酸過(guò)程中形成的有機酸不能被正常代謝降解，從而使整個(gè)消化過(guò)程各個(gè)階段的協(xié)調平衡喪失。如果pH持續下降到5以下不僅對產(chǎn)甲烷菌形成毒害，對產(chǎn)酸菌的活動(dòng)也產(chǎn)生抑制，進(jìn)而可以使整個(gè)厭氧消化過(guò)程停滯，而對此過(guò)程的恢復將需要大量的時(shí)間和人力物力。pH值在短時(shí)間內升高過(guò)8，一般只要恢復中性，產(chǎn)甲烷菌就能很快恢復活性，整個(gè)厭氧處理系統也能恢復正常。
3、有機負荷和水力停留時(shí)間
有機負荷的變化可體現為進(jìn)水流量的變化和進(jìn)水COD值的變化。厭氧處理系統的正常運轉取決于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷速率的相對平衡，有機負荷過(guò)高，則產(chǎn)酸率有可能大于產(chǎn)甲烷的用酸率，從而造成揮發(fā)酸的積累使pH迅速下降，阻礙產(chǎn)甲烷階段的正常進(jìn)行，嚴重時(shí)可導致“酸化”。而且如果有機負荷的提高是由進(jìn)水量增加而產(chǎn)生的，過(guò)高的水力負荷還有可能使厭氧處理系統的污泥流失率大于其增長(cháng)率，進(jìn)而影響整個(gè)系統的處理效率。水力停留時(shí)間對于厭氧工藝的影響主要是通過(guò)上升流速來(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，上升流速又不能超過(guò)一定限值，通常采用UASB法處理廢水時(shí)，為形成顆粒污泥，厭氧反應器內的上升流速一般不低于0.5m/h。
4、懸浮物
懸浮物在反應器污泥中的積累對于UASB系統是不利的。懸浮物使污泥中細菌比例相對減少，因此污泥的活性降低。由于在一定的反應器中內能保持一定量的污泥，懸浮物的積累最終使反應器產(chǎn)甲烷能力和負荷下降。（引：針對于調節池內的浮渣及進(jìn)入污水處理廠(chǎng)的污水中的懸浮物質(zhì)我們在日常工作當中需采取必要的措施和手段將其除去）
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厭氧反應器的啟動(dòng)
UASB厭氧反應器啟動(dòng)分為初次啟動(dòng)和二次啟動(dòng)。初次啟動(dòng)指用顆粒污泥以外的其它污泥作為種泥啟動(dòng)的一個(gè)UASB厭氧反應器的啟動(dòng)過(guò)程。二次啟動(dòng)是指使用顆粒污泥作為種泥對UASB厭氧反應器的啟動(dòng)過(guò)程。我們公司現階段反應的啟動(dòng)方法均為二次啟動(dòng)法。需注意問(wèn)題如下：
1、進(jìn)水負荷二次啟動(dòng)的負荷可以較高，一般情況下最初進(jìn)液濃度可以達到3000mg/l到5000mg/l，進(jìn)水一段時(shí)間后，待COD去除率達80%以上時(shí)，適當提高進(jìn)水濃度。相應流量不宜過(guò)高。我們在厭氧反應器初次啟動(dòng)時(shí)提倡低流量、低負荷啟動(dòng)，現二公司二套厭氧反應器采用此種啟動(dòng)方式已經(jīng)成功。
2、進(jìn)水懸浮物進(jìn)水懸浮物含量不能太高，否則將嚴重影響厭氧顆粒污泥的形成，其積累量大于微生物的增長(cháng)量，最終導致厭氧污泥的活性大大下降，因為整個(gè)厭氧反應系統的容量是有限的。
3、進(jìn)水種類(lèi)的控制厭氧反應器的進(jìn)水需嚴格控制，通過(guò)馴化我們可以處理一些難處理的污污水，例如提取的洗柱水，但在整個(gè)厭氧反應系統的啟動(dòng)期間，此類(lèi)水不能進(jìn)入，否則將大大延長(cháng)啟動(dòng)時(shí)間。在啟動(dòng)過(guò)程中我們也應及時(shí)了解生產(chǎn)情況，對啟動(dòng)期間的厭氧反應器進(jìn)水作出相應的選擇。
4、顆粒污泥的觀(guān)察啟動(dòng)期間需定期從顆粒污泥取樣口提取污泥樣品，觀(guān)察顆粒污泥的生長(cháng)情況，結合進(jìn)出水COD值對厭氧反應器的啟動(dòng)情況做出判斷。
5、出水pH值對出水pH值做出相應記錄，pH值低于6.8時(shí)需及時(shí)采取相應補救措施（調整進(jìn)水負荷、必要時(shí)投加純堿），為啟動(dòng)成功提供保障。
6、產(chǎn)氣、污泥洗出情況及時(shí)與熱風(fēng)爐了解沼氣的產(chǎn)出情況，產(chǎn)氣量小時(shí)從進(jìn)水負荷、溫度、顆粒污泥形成三方面進(jìn)行分析，尋求解決問(wèn)題的辦法。
7、進(jìn)水溫度控制厭氧反應器內溫度在34-38℃之間，通過(guò)調節進(jìn)水溫度使24h內溫差變化不得超過(guò)2℃。
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厭氧顆粒污泥
1、顆粒污泥
顆粒污泥即我們常說(shuō)的厭氧污泥，它的形成實(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。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最大，內部結構松散，粒徑大的顆粒污泥內部往往有一個(gè)空腔。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，以至被水流帶走，只要量不大，這也為一種正常現象。
厭氧反應器內顆粒污泥形成的過(guò)程稱(chēng)之為顆粒污泥化，顆粒污泥化是大多數UASB反應器啟動(dòng)的目標和成功的標志。污泥的顆粒化可以使UASB反應器允許有更高的有機物容積負荷和水力負荷。
厭氧反應器內的顆粒污泥其實(shí)是一個(gè)完美的微生物水處理系統。這些微生物在厭氧環(huán)境中將難降解的有機物轉化為甲烷、二氧化碳等氣體與水系統分離并實(shí)現菌體增殖，通過(guò)這種方式污水得到凈化。這里面涉及到兩類(lèi)關(guān)系極為密切的厭氧菌：產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌。我們在3月份的培訓過(guò)程中提到，產(chǎn)酸菌將有機物轉化為揮發(fā)性有機酸，而產(chǎn)甲烷菌利用這些有機酸把他們轉化為甲烷、二氧化碳等氣體，這時(shí)污水得到凈化。在這個(gè)過(guò)程中，對于凈化污水來(lái)說(shuō)，起關(guān)鍵作用的是甲烷菌，而甲烷菌對于環(huán)境的變化是相當敏感的，一旦溫度、pH、有毒物質(zhì)侵入、負荷等因素變化，均易引發(fā)其活力的下降，導致?lián)]發(fā)酸積累，揮發(fā)酸積累的直接后果是系統pH下降，如此循環(huán)，厭氧反應器開(kāi)始“酸化”。
2、什么是“酸化”
UASB反應器在運行過(guò)程中由于進(jìn)水負荷、水溫、有毒物質(zhì)進(jìn)入等原因變化而導致?lián)]發(fā)性脂肪酸在厭氧反應器內積累，從而出現產(chǎn)氣量減小、出水COD值增加、出水pH值降低的現象，稱(chēng)之為“酸化”。發(fā)生“酸化”的反應器其顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷菌受到嚴重抑制，不能將乙酸轉化為甲烷，此時(shí)系統出水COD值甚至高于進(jìn)水COD值，厭氧反應器處于癱瘓狀態(tài)。
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揮發(fā)酸、堿度對厭氧反應器的運行的影響
UASB厭氧反應器啟動(dòng)分為初次啟動(dòng)和二次啟動(dòng)。初次啟動(dòng)指用顆粒污泥以外的其它污泥作為種泥啟動(dòng)的一個(gè)UASB厭氧反應器的啟動(dòng)過(guò)程。二次啟動(dòng)是指使用顆粒污泥作為種泥對UASB厭氧反應器的啟動(dòng)過(guò)程。現在采用二次啟動(dòng)的居多，現將揮發(fā)酸（VFA）、堿度在厭氧反應器的運行過(guò)程中的作用及對pH值、產(chǎn)氣量的影響等問(wèn)題介紹如下：
1、揮發(fā)性脂肪酸
1）VFA簡(jiǎn)介
揮發(fā)性脂肪酸簡(jiǎn)稱(chēng)揮發(fā)酸，英文縮寫(xiě)為VFA，它是有機物質(zhì)在厭氧產(chǎn)酸菌的作用下經(jīng)水解、發(fā)酵發(fā)酸而形成的簡(jiǎn)單的具有揮發(fā)性的脂肪酸，如乙酸、丙酸等。揮發(fā)酸對甲烷菌的毒性受系統pH值的影響，如果厭氧反應器中的pH值較低，則甲烷菌將不能生長(cháng)，系統內VFA不能轉化為沼氣而是繼續積累。相反在pH值為7或略高于7時(shí)，VFA是相對無(wú)毒的。揮發(fā)酸在較低pH值下對甲烷菌的毒性是可逆的。在pH值約等于5時(shí)，甲烷菌在含VFA的廢水中停留長(cháng)達兩月仍可存活，但一般講，其活性需要在系統pH值恢復正常后幾天到幾個(gè)星期才能夠恢復。如果低pH值條件僅維持12h以下，產(chǎn)甲烷活性可在pH值調節之后立即恢復。
2）VFA積累產(chǎn)生的原因
厭氧反應器出水VFA是厭氧反應器運行過(guò)程中非常重要的參數，出水VFA濃度過(guò)高，意味著(zhù)甲烷菌活力還不夠高或環(huán)境因素使甲烷菌活力下降而導致VFA利用不充分，積累所致。溫度的突然降低或升高、毒性物質(zhì)濃度的增加、pH的波動(dòng)、負荷的突然加大等都會(huì )由出水VFA的升高反應出來(lái)。進(jìn)水狀態(tài)穩定時(shí)，出水pH的下降也能反能反映出VFA的升高，但是pH的變化要比VFA的變化遲緩，有時(shí)VFA可升高數倍而pH尚沒(méi)有明顯改變。因此從監測出水VFA濃度可快速反映出反應器運行的狀況，并因此有利于操作過(guò)程及時(shí)調節。過(guò)負荷是出水VFA升高的原因。因此當出水VFA升高而環(huán)境因素（溫度、進(jìn)水pH、出水水質(zhì)等）沒(méi)有明顯變化時(shí)，出水VFA的升高可由降低反應器負荷來(lái)調節，過(guò)負荷由進(jìn)水COD濃度或進(jìn)水流量的升高引起，也會(huì )由反應器內污泥過(guò)多流失引起。
3）VFA與反應器內pH值的關(guān)系
在UASB反應器運行過(guò)程中，反應器內的pH值應保持在6.5-7.8范圍內，并應盡量減少波動(dòng)。pH值在6.5以下，甲烷菌即已受到抑制，pH值低于6.0時(shí)，甲烷菌已嚴重抑制，反應器內產(chǎn)酸菌呈現優(yōu)勢生長(cháng)。此時(shí)反應器已嚴重酸化，恢復十分困難。
VFA濃度增高是pH下降的主要原因，雖然pH的檢測非常方便，但它的變化比VFA濃度的變化要滯后許多。當甲烷菌活性降低，或因過(guò)負荷導致VFA開(kāi)始積累時(shí)，由于廢水的緩沖能力，pH值尚沒(méi)有明顯變化，從pH值的監測上尚反映不出潛在的問(wèn)題。當VFA積累至一定程度時(shí)，pH才會(huì )有明確變化。因此測定VFA是控制反應器pH降低的有效措施。
當pH值降低較多，一般低于6.5時(shí)就應采取應急措施，減少或停止進(jìn)液，同時(shí)繼續觀(guān)察出水pH和VFA。待pH和VFA恢復正常以后，反應器在較低的負荷下運行。進(jìn)水pH的降低可能是反應器內pH下降的原因，這就要看反應器內堿度的多少，因此如果反應器內pH降低，及時(shí)檢查進(jìn)液pH有無(wú)改變并監測反應器內堿度也是很必要的。
4）厭氧反應器啟動(dòng)、運行過(guò)程中需注意與VFA相關(guān)的問(wèn)題
厭氧反應器運轉正常的情況下，VFA的濃度小于3mmol/l，但在啟動(dòng)和運行過(guò)程中VFA出現一定的波動(dòng)是正常的，不必太過(guò)驚慌。①厭氧反應器啟動(dòng)階段，當環(huán)境因素如出水pH、罐溫正常時(shí)，出水VFA過(guò)高則表時(shí)反應器負荷相對于當時(shí)的顆粒污泥活力偏高。出水VFA若高于8mmol/l，則應當停止進(jìn)液，直到反應器內VFA低于3 mmol/l后，再繼續以原濃度、負荷進(jìn)液運行。②厭氧反應器運行階段，運行負荷的增加可能會(huì )導致出水VFA濃度的升高，當出水VFA高于8mmol/l時(shí)，不要停止進(jìn)液但要仔細觀(guān)察反應器內pH值、COD值的變化防止“酸化”的發(fā)生。增大負荷后短時(shí)間內，產(chǎn)氣量可能會(huì )降低，幾天后產(chǎn)氣量會(huì )重新上升，出水VFA濃度也會(huì )下降。但如果出水VFA增大到15mmol/l則必須把降至原來(lái)水平，并保證反應器內pH不低于6.5，一旦降至6.5以下，則有必要加堿調節pH。
2、堿度
1）堿度簡(jiǎn)介
堿度不是堿，廣義的堿度指的是水中強堿弱酸鹽的濃度，它在不同的pH值下的存在形式不同（弱酸跟上的H數目不同），能根據環(huán)境釋放或吸收H離子，從而起到緩沖溶液中pH變化的作用，使系統內pH波動(dòng)減小。堿度是不直接參加反應的。堿度是衡量厭氧系統緩沖能力的重要指標，是系統耐pH沖擊能力的衡量標準。因此UASB在運行過(guò)程中一般都要監測堿度的。操作合理的厭氧反應器堿度一般在2000-4000mg/l，正常范圍在1000-5000mg/l。（以上堿度均以CaCO3計）
2）堿度對UASB顆粒污泥的影響
堿度對UASB顆粒污泥的影響表現在兩個(gè)方面：一是對顆粒化進(jìn)程的影響；二是對顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性(SMA)的影響。堿度對顆粒污泥活性的影響主要表現在通過(guò)調節pH值(即通過(guò)堿度的緩沖作用使pH值變化較小)使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長(cháng)活性。在一定的堿度范圍內，進(jìn)水堿度高的反應器污泥顆粒化速度快，但顆粒污泥的SMA低；進(jìn)水堿度低的反應器其污泥顆粒化速度慢，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆粒化過(guò)程中進(jìn)水堿度可以適當偏高(但不能使反應器的pH＞8.2，這主要是因為此時(shí)產(chǎn)甲烷菌會(huì )受到嚴重抑制)以加速污泥的顆粒化，使反應器快速啟動(dòng)；而在顆粒化過(guò)程基本結束時(shí)，進(jìn)水堿度應適當偏低以提高顆粒污泥的SMA。
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幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題
1、 厭氧反應器是否極易酸化
厭氧反應器是否極易酸化？回答是否定的。UASB厭氧反應器作為一種高效的水處理設施，其系統自身有著(zhù)良好的調節系統，在這個(gè)調節系統中，起著(zhù)關(guān)鍵作用的是碳酸氫根離子，即我們通常說(shuō)的堿度，它的主要作用是調節系統的pH，防止因pH值的變化對產(chǎn)甲烷菌造成影響。因此只要我們科學(xué)、合理操作，就可以確保厭氧反應器正常、高效運行。
2、 罐溫變化
對一個(gè)厭氧反應器來(lái)說(shuō)，其操作溫度以穩定為宜，波動(dòng)范圍24h內不得超過(guò)2℃。水溫對微生物的影響很大，對微生物和群體的組成、微生物細胞的增殖，內源代謝過(guò)程，對污泥的沉降性能等都有影響。對中溫厭氧反應器，應該避免溫度超過(guò)42℃，因為在這種溫度下微生物的衰退速度過(guò)大，從而大大降低污泥的活性。此外，在反應器溫度偏低時(shí)，應根據運行情況及時(shí)調整負荷與停留時(shí)間，反應器運行仍可穩定，但此時(shí)不能充分發(fā)揮反應器的處理能力，否則將導致反應器不能正常運行。
罐溫的突然變化，易造成沼氣中甲烷氣體所占比例減少，CO2增多，而且我們可以在厭氧反應器液面看到一些半固半液狀且不易破的氣泡。
3、 進(jìn)水pH值
在厭氧反應器正常運行時(shí)，進(jìn)水pH值一般在6.0以上。在處理因含有有機酸而使偏低的廢水時(shí)，正常運行時(shí)，進(jìn)水pH值可偏低，如4~5左右；若處理因含無(wú)機酸而使pH值低的廢水，應將進(jìn)水pH值調到6以上。當然具體的控制還要根據反應器的緩沖能力而定，也決定于厭氧反應的馴化程度。
4、 厭氧反應器內污泥流失的原因及控制措施
UASB反應器設置了三相分離器，但在污泥結團之前仍帶有一定污泥，在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸將輕質(zhì)污泥洗出是必要的。污泥顆粒化是一個(gè)連續漸進(jìn)過(guò)程，即每次增加負荷都增大其流體流速和沼氣產(chǎn)量，從而加強了攪拌篩選作用，小的、輕的顆粒被沖擊出反應器，這個(gè)過(guò)程并不要使大量污泥沖出，要防止污泥過(guò)量流失。一般來(lái)說(shuō)，反應器發(fā)生污泥流失可分為三種情況：1）污泥懸浮層頂部保持在反應器出水堰口以下，污泥的流失量將低于其增殖量。2）在穩定負荷條件下，污泥懸浮層可能上升到出水堰口處，這時(shí)應及時(shí)排放剩余污泥。3）由于沖擊負荷及水質(zhì)條件突然惡化（如負荷突然增大等）要導致污泥床的過(guò)度膨脹。在這種情況下污泥可能出現暫時(shí)性大量流失。
控制反應器的有機負荷是控制污泥過(guò)量流失的主要辦法。提高污泥的沉降性能是防止污泥流失的根本途徑，但需要一個(gè)過(guò)程。為了減少出水帶走的厭氧污泥，因此公司UASB厭氧反應器后設置了初沉池。設置初沉池的好處在于：①可以加速反應器內污泥積累，縮短啟動(dòng)時(shí)間；②去除出水懸浮物，提高出水水質(zhì)；③在反應器發(fā)生沖擊而使污泥大量上浮時(shí)，可回收流失污泥，保持工藝的穩定性；④減少污泥排放量。
5、 顆粒污泥的攪拌
UASB厭氧反應器內顆粒污泥與污水中有機物質(zhì)的充分接觸使其具有了很高的水處理效率。“充分接觸”的前提需要很好的攪拌作用。UASB厭氧反應器在運行過(guò)程中這種攪拌作用主要來(lái)自?xún)蓚�(gè)方面，一是污水在厭氧反應器內向上流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的攪動(dòng)作用，二是顆粒污泥中產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)出氣體過(guò)程中產(chǎn)生的攪動(dòng)作用。可以理解的是由污水流動(dòng)產(chǎn)生的攪動(dòng)作用方向是單一的，只是向上的，而由沼氣產(chǎn)生的攪動(dòng)作用方向則是多樣的，更利于顆粒污泥與污水中有機物質(zhì)的接觸。因此我們在運行過(guò)程中應注意保證厭氧反應器正常運行，否則光靠大流量的沖擊來(lái)達到攪拌的作用往往事與愿違，而且造成厭氧反應器負荷的波動(dòng)。
