廢水厭氧生物處理是環(huán)境工程與能源工程中的一項重要技術(shù)，是有機廢水強有力的處理方法之一，過去，它多用于城市污水廠的污泥、有機廢料及其部分高濃度有機廢水的處理，在建筑物形式上主要采用普通消化池，由于存在水力停留時間長、有機負(fù)荷低等缺點，較長時間限制了它在廢水處理中的應(yīng)用，20世紀(jì)70年代以來，世界能源短缺日益突出，能生產(chǎn)能源的廢水厭氧技術(shù)受到重視，研究與實踐不斷深入，開發(fā)了各種新型工藝與設(shè)備，大幅度地提高了厭氧反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的持有量，使處理時間大大縮短，效率提高。
厭氧生化法的基本介紹
廢水厭氧生物處理是環(huán)境工程與能源工程中的一項重要技術(shù)，是有機廢水強有力的處理方法之一。厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優(yōu)缺點：
七個方面的優(yōu)點：
● 應(yīng)用范圍廣
● 能耗低
● 負(fù)荷高
● 剩余污泥量少
● 氮、磷營養(yǎng)需要量較少
● 厭氧處理過程有一定殺菌作用，可以殺死廢水與污水中的寄生蟲、病毒等
● 厭氧活性污泥可以長期儲存，厭氧反應(yīng)器可以季節(jié)性或間歇性運轉(zhuǎn)。
三個方面的缺點：
● 厭氧微生物增殖緩慢，因而厭氧設(shè)備啟動和處理時間比好氧設(shè)備大
● 出水往往需要進一步處理，故一般在厭氧處理后串聯(lián)好氧處理
● 厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復(fù)雜
厭氧生化法的應(yīng)用范圍
●有機污泥處理
●高濃度有機廢水
●中、低濃度有機廢水
●城市廢水處理
厭氧生化法的基本原理
基本定義：廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧生物（包括兼氧生物）的作用，將廢水中的各種復(fù)雜有機物分子轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳等物質(zhì)的過程，稱為厭氧消化。
污水厭氧生物處理是在無氧的條件下利用厭氧微生物的降解作用使污水中有機物質(zhì)達到凈化的處理方法。在無氧的條件下，污水中的厭氧細(xì)菌把碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪等有機物分解生成有機酸，然后在甲烷菌的作用下，進一步發(fā)酵形成甲烷、二氧化碳和氫等，從而使污水得到凈化。是生活污水污泥、高濃度有機物工業(yè)廢水和糞便等良好的處理方法之一。
厭氧消化處理分為三個階段：
階段：水解酸化階段
第二階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段
第三階段：產(chǎn)甲烷階段
厭氧塔工作原理
概述
厭氧塔（升流式厭氧復(fù)合床反應(yīng)器UBF）
厭氧復(fù)合床反應(yīng)器實際是將厭氧生物濾池AF與升流式厭氧污泥反應(yīng)器UASB組合在一起，因此又稱為UBF反應(yīng)器。厭氧復(fù)合床反應(yīng)器下部為污泥懸浮層，而上部則裝有填料?？梢钥醋鍪菍⑸魇絽捬跎餅V池的填料層厚度適當(dāng)減小，在池底布水系統(tǒng)與填料層之間留出一定的空間，以便懸浮狀態(tài)的顆粒污泥能在其中生長積累，因此又構(gòu)成一個UASB處理工藝。當(dāng)污水依此通過懸浮污泥層及填料層，有機物將與污泥層顆粒污泥及填料生物膜上的微生物接觸并被分解掉。
工作原理
經(jīng)過調(diào)節(jié)pH和溫度的廢水首入反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與來自外循環(huán)回流的泥水混合液充分混合后進入顆粒污泥膨脹床區(qū)進行COD生化降解，此處的COD容積負(fù)荷很高，大部分進水COD在此處被降解，產(chǎn)生大量沼氣。由于沼氣氣泡形成過程中對液體做的膨脹功產(chǎn)生了氣提的作用，使得沼氣、污泥和水的混合物上升，經(jīng)過填料區(qū)的降解后，混合液至反應(yīng)器頂部的三相分離器，沼氣在該處與泥水分離后并被導(dǎo)出處理系統(tǒng)。泥水混合物則沿?fù)跄喟逑陆抵练磻?yīng)器底部的混合區(qū)，并于進水充分混合后再次進入污泥膨脹床區(qū)，形成所謂內(nèi)循環(huán)。根據(jù)不同的進水COD負(fù)荷和反應(yīng)器的不同構(gòu)造，外循環(huán)回流量可達進水流量的0.5-10倍。經(jīng)膨脹床處理后的廢水除一部分參與循環(huán)外，其余污水繼續(xù)上升，污水進入填料區(qū)進行剩余COD降解與產(chǎn)沼氣過程，提高和保證了出水水質(zhì)。由于大部分COD已經(jīng)被降解，所以填料區(qū)的COD負(fù)荷較低，產(chǎn)氣量也較小。該處產(chǎn)生的沼氣也是由三相分離器收集，通過集氣管導(dǎo)出處理系統(tǒng)。經(jīng)過填料區(qū)處理后的廢水經(jīng)三相分離器作用后，上清液經(jīng)出水區(qū)排走，顆粒污泥則返回污泥床。
厭氧塔部件組成及特點
UBF的組成：厭氧塔塔塔體為玻璃鋼整體纏繞的圓筒型塔體，無分段連接法蘭。具體結(jié)構(gòu)由塔體、布水系統(tǒng)、污泥床、生物載體區(qū)、三相分離器、浮渣速排裝置和回流系統(tǒng)等組成。
UBF反應(yīng)器特點可歸納為：
(1) UBF反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊， 集厭氧生物濾池（AF）與升流式厭氧污泥反應(yīng)器（UASB），和沉淀于一體。
(2) UBF反應(yīng)器的特點是能在反應(yīng)器內(nèi)形成顆粒污泥，使反應(yīng)器內(nèi)平均污泥濃度達到30～40g/L,底部污泥濃度可高達60～80g/L。
(3) UBF反應(yīng)器具有很高的容積負(fù)荷，一般為10～20kgCODCr/(m3·d)，可達30kgCODcr/(m3·d)。而且水力停留時間短，通常采用中溫厭氧消化，有時可以在常溫下運行。
(4)反應(yīng)器內(nèi)設(shè)三相分離器，在沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應(yīng)區(qū)，而切還增加了回流裝置。并利用自身產(chǎn)生的沼氣和進水水流來實現(xiàn)攪拌混合，也不需要混合攪拌設(shè)備。因此，簡化了工藝環(huán)節(jié)和減少了系統(tǒng)工藝設(shè)備，維護運行較簡單。
(5) UBF反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有生物載體區(qū)，是一種懸浮生長型和附著生長的厭氧消化方法，厭氧復(fù)合床反應(yīng)器（UBF）與厭氧生物濾池相比，減少了填料層的高度，也就減少了濾池被堵塞的可能性；與UASB法相比，填料層既是厭氧微生物的載體，又可截留水流中的懸浮厭氧活性污泥碎片，從而能使厭氧反應(yīng)器保持較高的微生物量，并使出水水質(zhì)得到保證。
厭氧復(fù)合床反應(yīng)器綜合了厭氧生物濾池與升流式厭氧污泥反應(yīng)器的優(yōu)點，克服了它們的缺點，不但增加了生物量，而且提高了反應(yīng)區(qū)的容積利用率，反應(yīng)器的總高度可大于10m，從而減少了占地面積，處理能力也有較大提高。
反應(yīng)器采用玻璃鋼材質(zhì)，一次整體纏繞工藝成型，制作方便、強度高、占地面積小、處理效率高、效果好、耐腐蝕、抗老化、使用壽命長。
反應(yīng)器可配備在線分析儀、PH控制計、差壓變送器、壓力傳感器、流量傳感器、電導(dǎo)率儀、液位控制計、電磁閥、變頻器及控制柜等組成的控制系統(tǒng)，以上控制情況均以數(shù)字形式顯示在顯示器界面上，使管理人員一目了然，并有故障報警，便于管理與維護。
厭氧塔的運行管理
1．厭氧生物處理設(shè)施運行管理應(yīng)該注意的問題
(1) 當(dāng)被處理污水濃度較高（CODCr值大于5000mg/L）時，必須采取回流的運行方式，回流比根據(jù)具體情況確定，有效的回流，不僅可以降低進水濃度，還可以增大進水量，保證處理設(shè)施內(nèi)的水流分布均勻，避免出現(xiàn)短流現(xiàn)象。回流還可以防止進水濃度和厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH值的劇烈波動，使厭氧反應(yīng)平穩(wěn)進行，也就是說可以減少厭氧反應(yīng)對堿度的需求量，降低運行費用。厭氧反應(yīng)是產(chǎn)能過程，出水溫度高于進水．因此冬季氣溫低時，反應(yīng)器內(nèi)的溫度恒定，盡可能使厭氧微生在其宜溫度下活動。
(2)一般的工業(yè)廢水溫度難以達到35℃，需要加熱（尤其在冬季）。因此，為節(jié)約加溫所需能量，一方面要注意保溫（包括采取加大回流量等措施），盡可能防止反應(yīng)器熱量散失，另一方而要充分發(fā)揮反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度較大的特點，盡可能提高反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，減弱溫度對厭氧反應(yīng)的影響。
(3)沼氣要及時有效地排出。厭氧消化過程必定伴隨著沼氣的產(chǎn)生，沼氣對污泥可以起到攪拌和作用，促進污水與污泥的混合接觸，這是其有利的一面。同時，沼氣的存在也會起到類似浮渣的作用，沼氣向上溢出時將部分污泥帶到液面，導(dǎo)致浮渣的產(chǎn)生和出水中懸浮物含量增加及水質(zhì)變差。因此，要設(shè)置氣體擋板和集氣罩，將沼氣從厭氧消化裝置內(nèi)引出，在出水堰附近留有足夠的沉淀區(qū)，以保證出水水質(zhì)。
(4)污泥負(fù)荷要適當(dāng)。為保持厭氧消化過程三個階段的平衡，使揮發(fā)性脂肪酸等中間產(chǎn)物的生成與消耗平衡，防止酸積累導(dǎo)致pH值下降，進水有機負(fù)荷不宜過高，一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS·d)?？梢酝ㄟ^提高反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度，在保持相對較低的污泥負(fù)荷條件下，獲得較高的容積負(fù)荷。一般來說，厭氧消化裝置的容積負(fù)荷都在5kg CODcr/(m3·d)以上，甚至高達50kg CODcr/( m3·d)。
(5)當(dāng)被處理污水懸浮物濃度較大（一般指1000mg/L以上）時，就應(yīng)當(dāng)對污水進行沉淀、過濾、或浮選等適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以降低進水的懸浮物含量，防止填料層堵塞。一般AF的進水懸浮物不超過200mg/L，但如果懸浮物可以生物降解而且均勻分散在污水中，則懸浮物對AF幾乎不產(chǎn)生不利影響。
(6)要充分創(chuàng)造厭氧環(huán)境。無氧是厭氧微生物正?；顒拥那疤?，甲烷菌則必須在的厭氧環(huán)境下才能高效率發(fā)揮作用。在污水提升進入?yún)捬跸b置、出水回流等環(huán)節(jié)都要盡可能避免與空氣的接觸，盡可能減少與空氣接觸的機會。如水流過程中盡量不要出現(xiàn)跌水、攪動等現(xiàn)象，調(diào)節(jié)池、回流池等要加蓋封閉，污水提升不要使用氣提泵。厭氧反應(yīng)構(gòu)筑物經(jīng)過氣密試驗，確保嚴(yán)密無滲漏。
2．厭氧生物反應(yīng)器的控制指標(biāo)
(1)氧化還原電位：利用測定氧化還原電位的方法判定厭氧反應(yīng)器內(nèi)的多個氧化還原組分系統(tǒng)是否平衡狀態(tài)，雖然這種方法可靠性較差，但由于氧化還原電位測定簡單，和其他監(jiān)測指標(biāo)結(jié)合起來應(yīng)用，有一定的指導(dǎo)意義。
(2)丙酸鹽和乙酸鹽濃度比：如果厭氧反應(yīng)器有機負(fù)荷超過正常范圍，在其他運行參數(shù)發(fā)生變化之前，丙酸鹽和乙酸鹽濃度之比會立即升高。因此可以將丙酸鹽和乙酸鹽濃度之比作為厭氧反應(yīng)器超負(fù)荷引起運行異常的靈敏而可靠的警示指標(biāo)。
(3)揮發(fā)性酸VFA：揮發(fā)性酸的異常升高是厭氧反應(yīng)器中產(chǎn)甲烷菌代謝受到抑制的指標(biāo)。
(4)：是降解芳香組氨基酸和木質(zhì)素等大分子有機物產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，當(dāng)處理含有這類污染物的污水時，厭氧處理出水中含量是比揮發(fā)性酸更為敏感的反映厭氧反應(yīng)器運行狀態(tài)的指標(biāo)。
(5)甲硫醇：甲硫醇?xì)馕?，即使含最很低，人們也能憑嗅覺感覺出來。甲硫醇含量突然增加（氣味突然出現(xiàn)或加大）往往表明進水中氯代烴類有毒物質(zhì)含量突然增加。
(6)一氧化碳CO:：CO的產(chǎn)生與甲烷的產(chǎn)生密切相關(guān)，CO難溶于水，可以實現(xiàn)在線監(jiān)測。氣相中CO的含量和液相中乙酸鹽的濃度有良好的相關(guān)性，CO的含量變化與重金屬和由有機毒性所引起的抑制作用也有關(guān)系。
3．厭氧生物反應(yīng)器維持高效率的基本條件
(1)適宜的pH值：為使厭氧順利進行，反應(yīng)器中的pH值必須在6.5～8.2之間。
(2)充足的常規(guī)營養(yǎng)：反應(yīng)器內(nèi)氮的濃度必須在40～70mg/L范圍內(nèi)才能滿足需要，而磷和硫化物維持較低的濃度即可滿足需要。甲烷菌對硫化物和磷有專性需要，必須在反應(yīng)器內(nèi)保證其含量，有時需要向進水中投加磷肥和硫酸鹽。
(3)必要的微量專性營養(yǎng)元素：對甲烷菌有激活作用的專性營養(yǎng)元素有鐵、鈷、鎳、鋅、錳、鉬、銅甚至硒、硼等很多種，缺少其中一種就可能嚴(yán)重影響整個生物處理過程。
(4)合適的溫度：厭氧反應(yīng)一般在30～37℃的中溫條件下運行。
(5)對毒性適應(yīng)能力：必須完成厭氧微生物對有毒物質(zhì)適應(yīng)性的馴化。
(6)充足的代謝時間：要同時保證厭氧生物處理的水力停留時間HRT和固體停留時間SRT。
(7)適量的碳源：來自進水中的有機物要滿足異養(yǎng)型甲烷菌用于生物合成所需要的碳源，同時反應(yīng)器內(nèi)的溶解性C02要滿足自養(yǎng)型甲烷菌所需要的碳源。
(8)污染物向微生物的傳質(zhì)良好：厭氧生物反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥在流化狀態(tài)下傳質(zhì)能力較好，但生物量過多積累或使用厭氧生物膜法時生物膜過厚都可能產(chǎn)生傳質(zhì)問題，要定期排出剩余生物污泥或提高回流比減少部分傳質(zhì)阻力。
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