厌氧生物处理

3、厌氧反应概述：
利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物分解为简单无机物，从而去除水中有机物污染的过程，称为废水的生物处理。

根据代谢过程对氧的需求，微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。

厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧的情况下，把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的生物气（即沼气）和水。

厌氧是一种低成本废水处理技术，把废水治理和能源相结合，特别适合发展中国家使用。

4、厌气处理技术的优势和不足：
优势：
4.1可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术，具有良好的社会、经济、环境效益。

4.2耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工艺1/3.
4.3回收能源,理论上讲1kgCOD可产生纯甲烷0.35m3,燃值(3.93×10-1J/m3)，高于天然气(3.93×10-1J/m3)。

以日排10t COD工厂为例,按COD去除80%,甲烷为理论值80%计算，日产沼气2240m3,相当于2500m3天然气或3.85t煤,可发电5400Kwh.
4.4设备负荷高、占地少。

4.5剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6～1/10.
4.6对N、P等营养物需求低，好氧工艺要求C：N=100:5:1,厌氧工艺为C:N=(350-500):5:1。

4.7可直接处理高浓有机废水,不需稀释。

4.8厌氧菌可在中止供水和营养条件下，保留生物活性和沉泥性一年,适合间断和季节性运行。

4.9系统灵活,设备简单,易于制作管理，规模可大可小。

厌氧不足:
1、出水污染浓度高于好氧，一般不能达标；
2、对有毒性物质敏感；
3、初次启动缓慢，最少需8-12周以上方能转入正常水平。

5、反应机理：
厌氧反应过程是对复杂物质（指高分子有机物以悬浮物和胶体形式存在于水中）生物降解的复杂的生态系统。

其反应过程可分为四个阶段：5.1水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。

例如：纤维素被纤维酶水解为纤维二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等，这些小分子的水解产物能被溶解于水，并透过细胞为细胞所利用。

5.2发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物，并分泌到细胞外。

这一阶段主要产物为挥发性脂肪酸（VFA）醇类、乳酸、CO2、氢、氨、硫化氢等。

5.3产酸阶段——上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸以及新的细胞物质。

5.4产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。

a、水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。

b、发酵酸化阶段——包括氨基酸和糖类的厌氧氧化，以及较高级脂肪酸与醇类的厌氧氧化。

c、产乙酸阶段——含有从中间产物中形成乙酸和氧气，以及氢气和二氧化碳形成乙酸。

d、产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷，以及从氧、二氧化碳形成甲烷。

废水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原过程，如
7、厌氧反应的工艺控制条件：
7.1温度：按三种不同嗜温厌氧菌（嗜温5-20℃嗜温20-42℃嗜温42-75℃）工程上分为低温厌氧(15-20℃)、中温厌氧（30-35℃）、高温厌氧（50-55℃）三种。

温度对厌氧反应尤为重要，当温度低于最优下限温度时，每下降1℃，效率下降11%。

在上述范围，温度在1-3℃的微小波动，对厌氧反应影响不明显，但温度变化过大（急速变化），则会使污泥活力下降，度产生酸积累等问题。

7.2 PH：厌氧水解酸化工艺，对PH要求范围较松，即产酸菌的PH应控制4-7℃范围内；完全厌氧反应则应严格控制PH，即产甲烷反应控制范围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷化速降低。

7.3氧化还原电位：水解阶段氧化还原电位为-100～+100mv，产甲烷阶
段的最优氧化还原电位为-150～-400mv。

因此,应控制进水带入的氧的含量，不能因以对厌氧反应器造成不利影响。

7.4营养物：厌氧反应池营养物比例为C:N=(350-500):5:1。

7.5有毒有害物：抑制和影响厌氧反应的有害物有三种：
7.5.1无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等，特别硫酸盐和硫化物抑制作用最为严重；
7.5.2有机化合物:非极性有机化合物，含挥发性脂肪酸(VFA)、非极性酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。

7.5.3生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。

7.6工艺技术参数：
7.6.1水力停留时间:HRT
7.6.2有机负荷
7.6.3污泥负荷
8、厌氧反应器启动:
8.1接种污泥:有颗粒污泥时,接种污泥数量大小10-15%.当没有现成的污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于颗粒污泥形成。

没有消化污泥和颗粒污泥时，化粪池污泥、新鲜牛粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种，，也可用腐败污泥和鱼塘底泥作接种污泥，但启动周期较长。

污泥接种浓度至少不低10Kg•VSS/m3反应器容积，但接种污泥填充量不大于反应器容积60%。

污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的其它物进入厌氧反应器内。

8.2接种污泥启动：启动分以下三个阶段进行：
1、起始阶段——反应池负荷从0.5-1.0kgCOD/m3d或污泥负荷0.05-0.1kgCOD/kgVSS•d开始。

进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度不大于COD5000mg/L，并按要求控制进水，最低的COD负荷为1000mg/L。

进液浓度不符合应进行稀释。

进液时不要刻意严格控制所有工艺参数，但应特别注意乙酸浓度，应保持在1000mg/L以下。

进液采用间断冲击形式，即每3～4小时一次，每次5-10min，之后逐步减断间隔时间至1小时，每次进液时间逐步增长20～30min。

起始阶段，进水间隔时间过长时，则应每隔1小时开动泵对污泥搅拌一次，每次3～5min。

2、启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到2-5kgCOD/m3d时，这一阶段洗出污泥量增大，颗粒污泥开始产生。

一般讲，从第一段到第二段
要40d时间，此时容积负荷大约为设计负荷的50%。

3、启动的第三阶段——从容积负荷50%上升到100%，采用逐步增加进料数量和缩短进料间断时间来实现。

衡量能否获进料量和缩短进料时间的化验指标定控制发挥性脂肪酸VFA不大于500mg/L，当VFA超过500-1000mg/L，厌氧反应器呈现酸化状态，超过1000mg/L则表明已经酸化，需立即采取措施停止进料，进行菌种驯化。

一般来讲第二段到第三段也需30-40d时间。

8.3启动的要点
1、启动一定要逐步进行，留有充裕的时间，并不能期望很短时间进入加料运行达到厌氧降解的目标。

因为启动实际上是使细菌从休眠状态恢复，即活化的过程。

启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在进行，原厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢的多。

因此，这时负荷一般不能高，时间不能短，每次进料要少，间隔时间要长。

2、混合进液浓度一定要控制在较低水平，一般COD浓度为1000-5000mg/L，当超过5000mg/L，应进行出水循环和加水稀释至要求。

3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于200mg/L时，则亦应稀释至100mg/L 以下才能进液。

4、负荷增加操作方式：启动初期容积负荷可从0.2-0.5kgCOD/m3•d开始，当生物降解能力达到80%以上时，再逐步加大。

若最低负荷进料，厌氧过程仍不正常COD不能消化，则进料间断时间应延长24h或2-3d，检查消化降解的主要指标测量VFA浓度，启动阶段VFA应保持在3mmoL/L 以下。

5、当容积负荷走到2.0kgCOD/m3d后，每次进料负荷可增大，但最大不超过20%，只有当进料增大，而VFA浓度且维持不变，或仍维持在﹤3mmoL/L水平时，进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少。

9、厌氧生物处理中存在的问题及解决方法
存在问题原因解决方法
1、污泥生长过慢 1营养物不足，微量元素不足；
2进液酸化度过高；
3种泥不足。

1增加营养物和微量元素；
2减少酸化度；
3增加种泥。

2、反应器过负荷 1反应器污泥量不够；
2污泥产甲烷活性不足；
3每次进泥量过大间断时间短。

1增加种污或提高污泥产量；
2减少污泥负荷；
3减少每次进泥量加大进泥间隔。

3、污泥活性不够 1温度不够；
2产酸菌生长过快；
3营养或微量元素不足；
4无机物Ca2+引起沉淀。

1提高温度；
2控制产酸菌生长条件；
3增加营养物和微量元素；
4减少进泥中Ca2+含量。

4、污泥流失 1气体集于污泥中，污泥上浮；
2产酸菌使污泥分层；
3污泥脂肪和蛋白过大。

1增加污泥负荷，增加内部水循环；
2稳定工艺条件增加废水酸化程度；
3采取预处理去除脂肪蛋白。

5、污泥扩散颗粒污泥破裂 1负荷过大；
2过度机械搅拌；
3有毒物质存在。

4预酸化突然增加 1稳定负荷；
2改水力搅拌；
3废水清除毒素。

4应用更稳定酸化条件。