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個內容：即:

厭氧生物反應概述；厭氧技術優勢和不足；反應機理；厭氧反應器類型；厭氧反應器工藝控制條件；啟動方式；運行管理；問題及解決措施； 

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，亦可供相關人員參考。 

 3、厭氧反應概述：
   利用微生物生命過程中的代謝活動，將有機物分解為簡單無機物，從而去除水中有機物污染的過程，稱為廢水的生物處理。根據代謝過程對氧的需求，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程，在無需提供氧的情況下，把有機物轉化為無機物和少量的細胞物質，這些無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，把廢水治理和能源相結合，特別適合發展中國家使用。  

4、厭氣處理技術的優勢和不足：
   優勢：
   4.1可作為環境保護、能源回收和生態良性循環結合系統的技術，具有良好的社會、經濟、環境效益。
   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工廠為例,按COD去除80%,甲烷為理論值80%計算，日產沼氣2240m3,相當于2500m3天然氣或3.85t煤,可發電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、 對有毒性物質敏感；
   3、 初次啟動緩慢，少需8-12周以上方能轉入正常水平。

 5、反應機理：
   厭氧反應過程是對復雜物質（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系統。其反應過程可分為四個階段：

 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*分解為麥牙糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白酶水解為短肽和氨基酸等，這些小分子的水解產物能被溶解于水，并透過細胞為細胞所利用。

 5.2發酵階段——小分子的化合物在發酵菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡單的化合物，并分泌到細胞外。這一階段主要產物為揮發性脂肪酸（VFA）醇類、乳酸、CO2、氫、氨、硫化氫等。
   5.3產酸階段——上一階段產物被進一步轉化為乙酸、氫、碳酸以及新的細胞物質。
   5.4產甲烷階段——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。原理圖如下：
   復雜有機物
   水解、發酵
   脂肪酸（﹥C2） 硫酸鹽還原
   產乙酸
   H2+CO2 乙酸 
   產甲烷 產甲烷 
   CH4+CO2
   硫酸鹽還原 硫酸鹽還原
   H2S+CO2 
   a、 水解階段——含有蛋白質水解、碳水化合物水解和脂類水解。
   b、 發酵酸化階段——包括氨基酸和糖類的厭氧氧化，以及較脂肪酸與醇類的厭氧氧化。
   c、 產乙酸階段——含有從中間產物中形成乙酸和氧氣，以及氫氣和二氧化碳形成乙酸。
   d、 產甲烷階段——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，還會有硫酸鹽還原過程，如虛線所示。
   6、厭氧反應器類型：
   6.1普通厭氧反應池
   6.2厭氧接觸工藝
   6.3升流厭氧污泥庫(UASB)反應器
   6.4厭氧顆粒污泥膨脹庫(EGSR)
   6.5厭氧濾料(AF)
   6.6厭氧流化庫反應器
   6.7厭氧折流反應器(ABR)
   6.8厭氧生物轉盤
   6.9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，當溫度低于下限溫度時，每下降1℃，效率下降11%。在上述范圍，溫度在1-3℃的微小波動，對厭氧反應影響不明顯，但溫度變化過大（急速變化），則會使污泥活力下降，度產生酸積累等問題。
   7.2 PH：厭氧水解酸化工藝，對PH要求范圍較松，即產酸菌的PH應控制4-7℃范圍內；*厭氧反應則應嚴格控制PH，即產甲烷反應控制范圍6.5-8.0,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，產甲烷階段的氧化還原電位為-150～-400mv。因此,應控制進水帶入的氧的含量，不能因以對厭氧反應器造成不利影響。
   7.4營養物：厭氧反應池營養物比例為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：
   7.5.1無機物:有氨、無機硫化物、鹽類、重金屬等，特別硫酸鹽和硫化物抑制作用為嚴重；
   7.5.2有機化合物:非極性有機化合物，含揮發性脂肪酸(VFA)、非極性酚化合物、單寧類化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五類。
   7.5.3生物異型化合物,含氯化烴、甲醛、洗滌劑、抗菌素等。
   7.6工藝技術參數：
   7.6.1水力停留時間:HRT
   7.6.2有機負荷
   7.6.3污泥負荷

   8、厭氧反應器啟動:
   8.1接種污泥:有顆粒污泥時,接種污泥數量大小10-15%.當沒有現成的污泥時,應用多的是污水處理廠污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于顆粒污泥形成。沒有消化污泥和顆粒污泥時，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，也可用污泥和魚塘底泥作接種污泥，但啟動周期較長。
   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機污泥、砂以及不可消化的其它物進入厭氧反應器內。
   8.2接種污泥啟動：啟動分以下三個階段進行：
   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開始。進入厭氧池消化降解廢水的混合液濃度不大于COD5000mg/L，并按要求控制進水，低的COD負荷為1000mg/L。進液濃度不符合應進行稀釋。
   進液時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。進液采用間斷沖擊形式，即每3～4小時一次，每次5-10min，之后逐步減斷間隔時間至1小時，每次進液時間逐步增長20～30min。起始階段，進水間隔時間過長時，則應每隔1小時開動泵對污泥攪拌一次，每次3～5min。
   2、啟動第二階段——當反應器容積負荷上升到2-5kgCOD/m3d時，這一階段洗出污泥量增大，顆粒污泥開始產生。一般講，從段到第二段要40d時間，此時容積負荷大約為設計負荷的50%。
   3、啟動的第三階段——從容積負荷50%上升到100%，采用逐步增加進料數量和縮短進料間斷時間來實現。衡量能否獲進料量和縮短進料時間的化驗指標定控制發揮性脂肪酸VFA不大于500mg/L，當VFA超過500-1000mg/L，厭氧反應器呈現酸化狀態，超過1000mg/L則表明已經酸化，需立即采取措施停止進料，進行菌種馴化。一般來講第二段到第三段也需30-40d時間。
   8.3啟動的要點
   1、啟動一定要逐步進行，留有充裕的時間，并不能期望很短時間進入加料運行達到厭氧降解的目標。因為啟動實際上是使細菌從休眠狀態恢復，即活化的過程。啟動中細菌選擇、馴化、增殖過程都在進行，原厭氧污泥中濃度較低的甲烷菌的增長速度相對于產酸菌要慢的多。因此，這時負荷一般不能高，時間不能短，每次進料要少，間隔時間要長。
   2、混合進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5000mg/L，應進行出水循環和加水稀釋至要求。
   3、若混合液中亞硫酸鹽濃度大于200mg/L時，則亦應稀釋至100mg/L以下才能進液。
   4、負荷增加操作方式：啟動初期容積負荷可從0.2-0.5kgCOD/m3•d開始，當生物降解能力達到80%以上時，再逐步加大。若低負荷進料，厭氧過程仍不正常COD不能消化，則進料間斷時間應延長24h或2-3d，檢查消化降解的主要指標測量VFA濃度，啟動階段VFA應保持在3mmoL/L以下。
   5、當容積負荷走到2.0kgCOD/m3d后，每次進料負荷可增大，但大不超過20%，只有當進料增大，而VFA濃度且維持不變，或仍維持在﹤3mmoL/L水平時，進料量才能不斷增大進液間隔才能不斷減少   

 9、 厭氧生物處理中存在的問題及解決方法
1、污泥生長過慢

1營養物不足，微量元素不足：（增加營養物和微量元素）
   2進液酸化度過高：（減少酸化度）
   3種泥不足：（增加種泥）
   2、反應器過負荷

1反應器污泥量不夠：（增加種污或提高污泥產量）
   2污泥產甲烷活性不足：（減少污泥負荷）
   3每次進泥量過大間斷時間短：（減少每次進泥量加大進泥間隔）
  3、污泥活性不夠

1溫度不夠：（提高溫度）
   2產酸菌生長過快：（控制產酸菌生長條件）
   3營養或微量元素不足：（增加營養物和微量元素）
   4無機物Ca2+引起沉淀：（減少進泥中Ca2+含量）
  4、污泥流失

1氣體集于污泥中，污泥上?。海ㄔ黾游勰嘭摵?，增加內部水循環）
   2產酸菌使污泥分層：（穩定工藝條件增加廢水酸化程度）
   3污泥脂肪和蛋白過大：（采取預處理去除脂肪蛋白）
    5、污泥擴散顆粒污泥破裂

1負荷過大：（穩定負荷）
   2過度機械攪拌：（改水力攪拌）
   3有毒物質存在：（廢水清除毒素）。
   4預酸化突然增加：（應用更穩定酸化條件）