《厭氧生物處理、調試、運行指導手冊》

1、目的：本手冊用于厭氧生物降解工藝單元的運行管理。

2、內容及對象：手冊包括有以下7個(gè)內容：

即：厭氧生物反應概述；厭氧技術(shù)優(yōu)勢和不足；反應機理；厭氧反應器類(lèi)型；厭氧反應器工藝控制條件；啟動(dòng)方式；運行管理；問(wèn)題及解決措施；手冊適用于厭氧反應器操作人員、污水站技工、化驗人員和管理人員，亦可供相關(guān)人員參考。

3、厭氧反應概述：

利用微生物生命過(guò)程中的代謝活動(dòng)，將有機物分解為簡(jiǎn)單無(wú)機物，從而去除水中有機物污染的過(guò)程，稱(chēng)為廢水的生物處理。根據代謝過(guò)程對氧的需求，微生物又分為好氧、厭氧和介于兩者間的兼性微生物。厭氧生物處理就是利用厭氧微生物的代謝過(guò)程，在無(wú)需提供氧的情況下，把有機物轉化為無(wú)機物和少量的細胞物質(zhì)，這些無(wú)機物包括大量的生物氣（即沼氣）和水。

厭氧是一種低成本廢水處理技術(shù)，把廢水治理和能源相結合，特別適合發(fā)展中國家使用。

4、厭氣處理技術(shù)的優(yōu)勢和不足：優(yōu)勢：

4.1可作為環(huán)境保護、能源回收和生態(tài)良性循環(huán)結合系統的技術(shù)，具有良好的社會(huì )、經(jīng)濟、環(huán)境效益。

4.2耗能少,運行費低,對中等以上(1500mg/L)濃度廢水費用僅為好氧工藝1/3.

4.3回收能源,理論上講1kgCOD可產(chǎn)生純甲烷0.35m3,燃值(3.93×10-1J/m3)，高于天然氣(3.93×10-1J/m3)。以日排10t COD工廠(chǎng)為例,按COD去除80%,甲烷為理論值80%計算，日產(chǎn)沼氣2240m3,相當于2500m3天然氣或3.85t煤,可發(fā)電5400Kwh.

4.4設備負荷高、占地少。

4.5剩余污泥少,僅相當于好氧工藝1/6～1/10.

4.6對N、P等營(yíng)養物需求低，好氧工藝要求C：N:P=100:5:1,厭氧工藝為C:N:P=(350-500):5:1。

4.7可直接處理高濃有機廢水,不需稀釋。

4.8厭氧菌可在中止供水和營(yíng)養條件下，保留生物活性和沉泥性一年,適合間斷和季節性運行。

4.9系統靈活,設備簡(jiǎn)單,易于制作管理，規?？纱罂尚?。

厭氧不足:

1、 出水污染濃度高于好氧，一般不能達標；

2、 對有毒性物質(zhì)敏感；

3、 初次啟動(dòng)緩慢，最少需8-12周以上方能轉入正常水平。

5、反應機理：

厭氧反應過(guò)程是對復雜物質(zhì)（指高分子有機物以懸浮物和膠體形式存在于水中）生物降解的復雜的生態(tài)系統。其反應過(guò)程可分為四個(gè)階段：

5.1水解階段——被細菌胞外酶分解成小分子。例如：纖維素被纖維酶水解為纖維二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥牙糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被蛋白酶水解為短肽和氨基酸等，這些小分子的水解產(chǎn)物能被溶解于水，并透過(guò)細胞為細胞所利用。

5.2發(fā)酵階段——小分子的化合物在發(fā)酵菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡(jiǎn)單的化合物，并分泌到細胞外。這一階段主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）醇類(lèi)、乳酸、CO2、氫、氨、硫化氫等。

5.3產(chǎn)酸階段——上一階段產(chǎn)物被進(jìn)一步轉化為乙酸、氫、碳酸以及新的細胞物質(zhì)。

5.4產(chǎn)甲烷階段——在這一階段乙酸、氫、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新細胞物質(zhì)。原理如下圖：

• a、 水解階段——含有蛋白質(zhì)水解、碳水化合物水解和脂類(lèi)水解。

• b、 發(fā)酵酸化階段——包括氨基酸和糖類(lèi)的厭氧氧化，以及較高級脂肪酸與醇類(lèi)的厭氧氧化。

• c、 產(chǎn)乙酸階段——含有從中間產(chǎn)物中形成乙酸和氧氣，以及氫氣和二氧化碳形成乙酸。

• d、 產(chǎn)甲烷階段——包括從乙酸形成甲烷，以及從氧、二氧化碳形成甲烷。廢水中有硫酸鹽時(shí)，還會(huì )有硫酸鹽還原過(guò)程，如虛線(xiàn)所示。

6、厭氧反應器類(lèi)型：

• 普通厭氧反應池

• 厭氧接觸工藝

• 升流厭氧污泥庫(UASB)反應器

• 內循環(huán)厭氧反應器（IC）

• 厭氧顆粒污泥膨脹庫(EGSR)

• 厭氧濾料(AF)

• 厭氧流化庫反應器

• 厭氧折流反應器(ABR)

• 厭氧生物轉盤(pán)

• 厭氧混臺反應器等.

7、厭氧反應的工藝控制條件：

7.1溫度：按三種不同嗜溫厭氧菌（嗜溫5-20℃嗜溫20-42℃嗜溫42-75℃）工程上分為低溫厭氧(15-20℃)、中溫厭氧（30-35℃）、高溫厭氧（50-55℃）三種。溫度對厭氧反應尤為重要，當溫度低于最優(yōu)下限溫度時(shí)，每下降1℃，效率下降11%。在上述范圍，溫度在1-3℃的微小波動(dòng)，對厭氧反應影響不明顯，但溫度變化過(guò)大（急速變化），則會(huì )使污泥活力下降，度產(chǎn)生酸積累等問(wèn)題。

7.2 PH：厭氧水解酸化工藝，對PH要求范圍較松，即產(chǎn)酸菌的PH應控制4-7℃范圍內；完全厭氧反應則應嚴格控制PH，即產(chǎn)甲烷反應控制范圍6.5-8.0,最佳范圍為6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷化速降低。

7.3氧化還原電位：水解階段氧化還原電位為-100～+100mv，產(chǎn)甲烷階段的最優(yōu)氧化還原電位為-150～-400mv。因此,應控制進(jìn)水帶入的氧的含量，不能因以對厭氧反應器造成不利影響。

7.4營(yíng)養物：厭氧反應池營(yíng)養物比例為C:N:P=(350-500):5:1。

7.5有毒有害物：

抑制和影響厭氧反應的有害物有三種：

• 無(wú)機物：有氨、無(wú)機硫化物、鹽類(lèi)、重金屬等，特別硫酸鹽和硫化物抑制作用最為嚴重；

• 有機化合物：非極性有機化合物，含揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、非極性酚化合物、單寧類(lèi)化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五類(lèi)。

• 生物異型化合物,含氯化烴、甲醛、氰化物、洗滌劑、抗菌素等。

7.6工藝技術(shù)參數：

• 水力停留時(shí)間:HRT

• 有機負荷

• 污泥負荷

8、厭氧反應器啟動(dòng)：

8.1接種污泥：

有顆粒污泥時(shí),接種污泥數量大小10-15%.當沒(méi)有現成的污泥時(shí),應用最多的是污水處理廠(chǎng)污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于顆粒污泥形成。沒(méi)有消化污泥和顆粒污泥時(shí)，化糞池污泥、新鮮牛糞、豬糞及其它家畜糞便都可利用作菌種，也可用腐敗污泥和魚(yú)塘底泥作接種污泥，但啟動(dòng)周期較長(cháng)。

沒(méi)有顆粒污泥時(shí)，污泥接種濃度至少不低10Kg·VSS/m3反應器容積，但接種污泥填充量不大于反應器容積60%。污泥接種中應防止無(wú)機污泥、砂以及不可消化的其它物進(jìn)入厭氧反應器內。

當一個(gè)厭氧反應器需要進(jìn)行生物啟動(dòng)時(shí)，如果需要處理的有機負荷小于該反應器最大的處理負荷時(shí)，可以按照需處理的有機物總量核算出相應的厭氧污泥接種量，而沒(méi)有必要滿(mǎn)量接種，從而降低厭氧污泥的采購成本。

那么到底該接種多少厭氧污泥呢？這需要了解污泥負荷這個(gè)基本概念：污泥負荷是指每天施加給單位質(zhì)量有效厭氧污泥的有機物的量，以SCOD的公斤數衡量，計算公式為：

污泥負荷（kgSCOD/kgVS.d）=Q（m3/d）*SCOD(mg/L)/VS(kg)

其中：

• Q為厭氧反應器每日的處理量

• SCOD為廢水的溶解性cod濃度

• VS為厭氧反應器中厭氧污泥的揮發(fā)性固體總量

8.2接種污泥啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)分以下三個(gè)階段進(jìn)行：

1、起始階段——反應池負荷從0.5-1.0kgCOD/m3d或污泥負荷0.05-0.1kgCOD/kgVSS·d開(kāi)始。進(jìn)入厭氧池消化降解廢水的混合液濃度不大于COD5000mg/L，并按要求控制進(jìn)水，最低的COD負荷為1000mg/L。進(jìn)液濃度不符合應進(jìn)行稀釋。

進(jìn)液時(shí)不要刻意嚴格控制所有工藝參數，但應特別注意乙酸濃度，應保持在1000mg/L以下。進(jìn)液采用間斷沖擊形式，即每3～4小時(shí)一次，每次5-10min，之后逐步減斷間隔時(shí)間至1小時(shí)，每次進(jìn)液時(shí)間逐步增長(cháng)20～30min。起始階段，進(jìn)水間隔時(shí)間過(guò)長(cháng)時(shí)，則應每隔1小時(shí)開(kāi)動(dòng)泵對污泥攪拌一次，每次3～5min。

2、啟動(dòng)第二階段——當反應器容積負荷上升到2-5kgCOD/m3d時(shí)，這一階段洗出污泥量增大，顆粒污泥開(kāi)始產(chǎn)生。一般講，從第一段到第二段要40d時(shí)間，此時(shí)容積負荷大約為設計負荷的50%。

3、啟動(dòng)的第三階段——從容積負荷50%上升到100%，采用逐步增加進(jìn)料數量和縮短進(jìn)料間斷時(shí)間來(lái)實(shí)現。衡量能否獲進(jìn)料量和縮短進(jìn)料時(shí)間的化驗指標定控制發(fā)揮性脂肪酸VFA不大于500mg/L，當VFA超過(guò)500-1000mg/L，厭氧反應器呈現酸化狀態(tài)，超過(guò)1000mg/L則表明已經(jīng)酸化，需立即采取措施停止進(jìn)料，進(jìn)行菌種馴化。一般來(lái)講第二段到第三段也需30-40d時(shí)間。

8.3啟動(dòng)的要點(diǎn)

1、啟動(dòng)一定要逐步進(jìn)行，留有充裕的時(shí)間，并不能期望很短時(shí)間進(jìn)入加料運行達到厭氧降解的目標。因為啟動(dòng)實(shí)際上是使細菌從休眠狀態(tài)恢復，即活化的過(guò)程。啟動(dòng)中細菌選擇、馴化、增殖過(guò)程都在進(jìn)行，原厭氧污泥中濃度較低的甲烷菌的增長(cháng)速度相對于產(chǎn)酸菌要慢的多。因此，這時(shí)負荷一般不能高，時(shí)間不能短，每次進(jìn)料要少，間隔時(shí)間要長(cháng)。

2、混合進(jìn)液濃度一定要控制在較低水平，一般COD濃度為1000-5000mg/L，當超過(guò)5000mg/L，應進(jìn)行出水循環(huán)和加水稀釋至要求。

3、若混合液中亞硫酸鹽濃度大于200mg/L時(shí)，則亦應稀釋至100mg/L以下才能進(jìn)液。

4、負荷增加操作方式：?jiǎn)?dòng)初期容積負荷可從0.2-0.5kgCOD/m3·d開(kāi)始，當生物降解能力達到80%以上時(shí)，再逐步加大。若最低負荷進(jìn)料，厭氧過(guò)程仍不正常COD不能消化，則進(jìn)料間斷時(shí)間應延長(cháng)24h或2-3d，檢查消化降解的主要指標測量VFA濃度，啟動(dòng)階段VFA應保持在3mmoL/L以下。

5、當容積負荷走到2.0kgCOD/m3d后，每次進(jìn)料負荷可增大，但最大不超過(guò)20%，只有當進(jìn)料增大，而VFA濃度且維持不變，或仍維持在﹤3mmoL/L水平時(shí)，進(jìn)料量才能不斷增大進(jìn)液間隔才能不斷減少。

9、厭氧生物處理中存在的問(wèn)題及解決方法