UASB厭氧反應(yīng)器
來源：云南普優(yōu)特環(huán)?？萍?/span> 作者：普優(yōu)特 日期：2022-10-25
（1）溫度。厭氧廢水處理分為低溫、中溫和高溫三類。迄今大多數(shù)厭氧廢水處理系統(tǒng)在中溫范圍運行，在此范圍溫度每升高10℃，厭氧反應(yīng)速度約增加一倍。中溫工藝以30-40℃最為常見，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(nèi)，溫度的微小波動（如1-3℃）對厭氧工藝不會有明顯影響，但如果溫度下降幅度過大（超過5℃），則由于污泥活力的降低，反應(yīng)器的負荷也應(yīng)當(dāng)降低以防止由于過負荷引起反應(yīng)器酸積累等問題，即我們常說的“酸化”，否則沼氣產(chǎn)量會明顯下降，甚至停止產(chǎn)生，與此同時揮發(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(yīng)器內(nèi)溫度
（2）pH。厭氧處理的這一pH范圍是指反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)區(qū)的pH，而不是進液的pH，因為廢水進入反應(yīng)器內(nèi)，生物化學(xué)過程和稀釋作用可以迅速改變進液的pH值。反應(yīng)器出液的pH一般等于或接近于反應(yīng)器內(nèi)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）等廢水進入反應(yīng)器后pH將迅速降低，而己酸化的廢水進入反應(yīng)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會略上升。反應(yīng)器出液的pH一般會等于或接近于反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)性，大多數(shù)這類細菌可以在pH為5.0-8.5范圍生長良好，一些產(chǎn)酸菌在pH小于5.0時仍可生長。但通常對pH敏感的甲烷菌適宜的生長pH為6.5-7.8，這也是通常情況下厭氧處理所應(yīng)控制的pH范圍。我公司要求厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH控制在6.8-7.2之間。
進水pH條件失常首先表現(xiàn)在使產(chǎn)甲烷作用受到抑制（表現(xiàn)為沼氣產(chǎn)生量降低，出水COD值升高），即使在產(chǎn)酸過程中形成的有機酸不能被正常代謝降解，從而使整個消化過程各個階段的協(xié)調(diào)平衡喪失。如果pH持續(xù)下降到5以下不僅對產(chǎn)甲烷菌形成毒害，對產(chǎn)酸菌的活動也產(chǎn)生抑制，進而可以使整個厭氧消化過程停滯，而對此過程的恢復(fù)將需要大量的時間和人力物力。pH值在短時間內(nèi)升高過8，一般只要恢復(fù)中性，產(chǎn)甲烷菌就能很快恢復(fù)活性，整個厭氧處理系統(tǒng)也能恢復(fù)正常。
（3）有機負荷和水力停留時間。有機負荷的變化可體現(xiàn)為進水流量的變化和進水COD值的變化。厭氧處理系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)取決于產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷速率的相對平衡，有機負荷過高，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)甲烷階段的正常進行，嚴(yán)重時可導(dǎo)致“酸化”。而且如果有機負荷的提高是由進水量增加而產(chǎn)生的，過高的水力負荷還有可能使厭氧處理系統(tǒng)的污泥流失率大于其增長率，進而影響整個系統(tǒng)的處理效率。水力停留時間對于厭氧工藝的影響主要是通過上升流速來表現(xiàn)出來的。一方面，較高的水流速度可以提高污水系統(tǒng)內(nèi)進水區(qū)的擾動性，從而增加生物污泥與進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(tǒng)中能擁有足夠多的污泥，上升流速又不能超過一定限值，通常采用UASB法處理廢水時，為形成顆粒污泥，厭氧反應(yīng)器內(nèi)的上升流速一般不低于0.5m/h。
（4）懸浮物。懸浮物在反應(yīng)器污泥中的積累對于UASB系統(tǒng)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(yīng)器中內(nèi)能保持一定量的污泥，懸浮物的積累最終使反應(yīng)器產(chǎn)甲烷能力和負荷下降。（引：針對于調(diào)節(jié)池內(nèi)的浮渣及進入污水處理廠的污水中的懸浮物質(zhì)我們在日常工作當(dāng)中需采取必要的措施和手段將其除去）
UASB厭氧反應(yīng)器啟動分為初次啟動和二次啟動。初次啟動指用顆粒污泥以外的其它污泥作為種泥啟動的一個UASB厭氧反應(yīng)器的啟動過程。二次啟動是指使用顆粒污泥作為種泥對UASB厭氧反應(yīng)器的啟動過程。我們公司現(xiàn)階段反應(yīng)的啟動方法均為二次啟動法。需注意問題如下：
1、進水負荷 二次啟動的負荷可以較高，一般情況下最初進液濃度可以達到3000mg/l到5000mg/l，進水一段時間后，待COD去除率達80%以上時，適當(dāng)提高進水濃度。相應(yīng)流量不宜過高。我們在厭氧反應(yīng)器初次啟動時提倡低流量、低負荷啟動，現(xiàn)在公司二套厭氧反應(yīng)器采用此種啟動方式已經(jīng)成功。
2、進水懸浮物 進水懸浮物含量不能太高，否則將嚴(yán)重影響厭氧顆粒污泥的形成，其積累量大于微生物的增長量，最終導(dǎo)致厭氧污泥的活性大大下降，因為整個厭氧反應(yīng)系統(tǒng)的容量是有限的。
3、進水種類的控制 厭氧反應(yīng)器的進水需嚴(yán)格控制，通過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，但在整個厭氧反應(yīng)系統(tǒng)的啟動期間，此類水不能進入，否則將大大延長啟動時間。在啟動過程中我們也應(yīng)及時了解生產(chǎn)情況，對啟動期間的厭氧反應(yīng)器進水作出相應(yīng)的選擇。
4、顆粒污泥的觀察 啟動期間需定期從顆粒污泥取樣口提取污泥樣品，觀察顆粒污泥的生長情況，結(jié)合進出水COD值對厭氧反應(yīng)器的啟動情況做出判斷。
5、出水pH值 對出水pH值做出相應(yīng)記錄，pH值低于6.8時需及時采取相應(yīng)補救措施（調(diào)整進水負荷、必要時投加純堿），為啟動成功提供保障。
6、產(chǎn)氣、污泥洗出情況 及時與熱風(fēng)爐了解沼氣的產(chǎn)出情況，產(chǎn)氣量小時從進水負荷、溫度、顆粒污泥形成三方面進行分析，尋求解決問題的辦法。
7、進水溫度 控制厭氧反應(yīng)器內(nèi)溫度在34-38℃之間，通過調(diào)節(jié)進水溫度使24h內(nèi)溫差變化不得超過2℃。
一、 污泥顆?；囊饬x
顆粒污泥即我們常說的厭氧污泥，它的形成實際上是微生物固定化的一種形式，其外觀為具有相對規(guī)則的球形或橢圓形黑色顆粒。光學(xué)顯微鏡下觀察，顆粒污泥呈多孔結(jié)構(gòu)，表面有一層透明膠狀物，其上附著甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細胞密度最大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，粒徑大的顆粒污泥內(nèi)部往往有一個空腔。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(nèi)核，一些大的顆粒污泥還會因內(nèi)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(xiàn)象。
厭氧反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥形成的過程稱之為顆粒污泥化，顆粒污泥化是大多數(shù)UASB反應(yīng)器啟動的目標(biāo)和成功的標(biāo)志。污泥的顆?；梢允筓ASB反應(yīng)器允許有更高的有機物容積負荷和水力負荷。
厭氧反應(yīng)器內(nèi)的顆粒污泥其實是一個完美的微生物水處理系統(tǒng)。這些微生物在厭氧環(huán)境中將難降解的有機物轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等氣體與水系統(tǒng)分離并實現(xiàn)菌體增殖，通過這種方式污水得到凈化。這里面涉及到兩類關(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(xùn)過程中提到，產(chǎn)酸菌將有機物轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等氣體，這時污水得到凈化。在這個過程中，對于凈化污水來說，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(dāng)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(dǎo)致?lián)]發(fā)酸積累，揮發(fā)酸積累的直接后果是系統(tǒng)pH下降，如此循環(huán)，厭氧反應(yīng)器開始“酸化”。
二、 什么是“酸化”
UASB反應(yīng)器在運行過程中由于進水負荷、水溫、有毒物質(zhì)進入等原因變化而導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸在厭氧反應(yīng)器內(nèi)積累，從而出現(xiàn)產(chǎn)氣量減小、出水COD值增加、出水pH值降低的現(xiàn)象，稱之為“酸化”。發(fā)生“酸化”的反應(yīng)器其顆粒污泥中的產(chǎn)甲烷菌受到嚴(yán)重抑制，不能將乙酸轉(zhuǎn)化為甲烷，此時系統(tǒng)出水COD值甚至高于進水COD值，厭氧反應(yīng)器處于癱瘓狀態(tài)。
三、 揮發(fā)酸、堿度對厭氧反應(yīng)器的運行的影響
UASB厭氧反應(yīng)器啟動分為初次啟動和二次啟動。初次啟動指用顆粒污泥以外的其它污泥作為種泥啟動的一個UASB厭氧反應(yīng)器的啟動過程。二次啟動是指使用顆粒污泥作為種泥對UASB厭氧反應(yīng)器的啟動過程。我們公司現(xiàn)階段反應(yīng)的啟動方法均為二次啟動法。在以往的培訓(xùn)過程中我們著重介紹了進水負荷、反應(yīng)器內(nèi)溫度、pH值、懸浮物質(zhì)對厭氧反應(yīng)器的影響，現(xiàn)將揮發(fā)酸（VFA）、堿度在厭氧反應(yīng)器的運行過程中的作用及對pH值、產(chǎn)氣量的影響等問題介紹如下：
1、揮發(fā)性脂肪酸
1）VFA簡介
揮發(fā)性脂肪酸簡稱揮發(fā)酸，英文縮寫為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(tǒng)pH值的影響，如果厭氧反應(yīng)器中的pH值較低，則甲烷菌將不能生長，系統(tǒng)內(nèi)VFA不能轉(zhuǎn)化為沼氣而是繼續(xù)積累。相反在pH值為7或略高于7時，VFA是相對無毒的。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，甲烷菌在含VFA的廢水中停留長達兩月仍可存活，但一般講，其活性需要在系統(tǒng)pH值恢復(fù)正常后幾天到幾個星期才能夠恢復(fù)。如果低pH值條件僅維持12h以下，產(chǎn)甲烷活性可在pH值調(diào)節(jié)之后立即恢復(fù)。
2）VFA積累產(chǎn)生的原因
厭氧反應(yīng)器出水VFA是厭氧反應(yīng)器運行過程中非常重要的參數(shù)，出水VFA濃度過高，意味著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(dǎo)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、負荷的突然加大等都會由出水VFA的升高反應(yīng)出來。進水狀態(tài)穩(wěn)定時，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VFA可升高數(shù)倍而pH尚沒有明顯改變。因此從監(jiān)測出水VFA濃度可快速反映出反應(yīng)器運行的狀況，并因此有利于操作過程及時調(diào)節(jié)。過負荷是出水VFA升高的原因。因此當(dāng)出水VFA升高而環(huán)境因素（溫度、進水pH、出水水質(zhì)等）沒有明顯變化時，出水VFA的升高可由降低反應(yīng)器負荷來調(diào)節(jié)，過負荷由進水COD濃度或進水流量的升高引起，也會由反應(yīng)器內(nèi)污泥過多流失引起。
3）VFA與反應(yīng)器內(nèi)pH值的關(guān)系
在UASB反應(yīng)器運行過程中，反應(yīng)器內(nèi)的pH值應(yīng)保持在6.5-7.8范圍內(nèi)，并應(yīng)盡量減少波動。pH值在6.5以下，甲烷菌即已受到抑制，pH值低于6.0時，甲烷菌已嚴(yán)重抑制，反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)酸菌呈現(xiàn)優(yōu)勢生長。此時反應(yīng)器已嚴(yán)重酸化，恢復(fù)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(dāng)甲烷菌活性降低，或因過負荷導(dǎo)致VFA開始積累時，由于廢水的緩沖能力，pH值尚沒有明顯變化，從pH值的監(jiān)測上尚反映不出潛在的問題。當(dāng)VFA積累至一定程度時，pH才會有明確變化。因此測定VFA是控制反應(yīng)器pH降低的有效措施。
當(dāng)pH值降低較多，一般低于6.5時就應(yīng)采取應(yīng)急措施，減少或停止進液，同時繼續(xù)觀察出水pH和VFA。待pH和VFA恢復(fù)正常以后，反應(yīng)器在較低的負荷下運行。進水pH的降低可能是反應(yīng)器內(nèi)pH下降的原因，這就要看反應(yīng)器內(nèi)堿度的多少，因此如果反應(yīng)器內(nèi)pH降低，及時檢查進液pH有無改變并監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)堿度也是很必要的。
4）厭氧反應(yīng)器啟動、運行過程中需注意與VFA相關(guān)的問題
厭氧反應(yīng)器運轉(zhuǎn)正常的情況下，VFA的濃度小于3mmol/l，但在啟動和運行過程中VFA出現(xiàn)一定的波動是正常的，不必太過驚慌。①厭氧反應(yīng)器啟動階段，當(dāng)環(huán)境因素如出水pH、罐溫正常時，出水VFA過高則表時反應(yīng)器負荷相對于當(dāng)時的顆粒污泥活力偏高。出水VFA若高于8mmol/l，則應(yīng)當(dāng)停止進液，直到反應(yīng)器內(nèi)VFA低于3 mmol/l后，再繼續(xù)以原濃度、負荷進液運行。②厭氧反應(yīng)器運行階段，運行負荷的增加可能會導(dǎo)致出水VFA濃度的升高，當(dāng)出水VFA高于8mmol/l時，不要停止進液但要仔細觀察反應(yīng)器內(nèi)pH值、COD值的變化防止“酸化”的發(fā)生。增大負荷后短時間內(nèi)，產(chǎn)氣量可能會降低，幾天后產(chǎn)氣量會重新上升，出水VFA濃度也會下降。但如果出水VFA增大到15mmol/l則必須把降至原來水平，并保證反應(yīng)器內(nèi)pH不低于6.5，一旦降至6.5以下，則有必要加堿調(diào)節(jié)pH。
2、堿度
1）堿度簡介
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(shù)目不同），能根據(jù)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(tǒng)內(nèi)pH波動減小。堿度是不直接參加反應(yīng)的。堿度是衡量厭氧系統(tǒng)緩沖能力的重要指標(biāo)，是系統(tǒng)耐pH沖擊能力的衡量標(biāo)準(zhǔn)。因此UASB在運行過程中一般都要監(jiān)測堿度的。操作合理的厭氧反應(yīng)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(xiàn)在兩個方面：一是對顆?；M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(xiàn)在通過調(diào)節(jié)pH值(即通過堿度的緩沖作用使pH值變化較小)使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長活性。在一定的堿度范圍內(nèi)，進水堿度高的反應(yīng)器污泥顆?；俣瓤欤w粒污泥的SMA低；進水堿度低的反應(yīng)器其污泥顆?；俣嚷w粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆粒化過程中進水堿度可以適當(dāng)偏高(但不能使反應(yīng)器的pH＞8.2，這主要是因為此時產(chǎn)甲烷菌會受到嚴(yán)重抑制)以加速污泥的顆?；狗磻?yīng)器快速啟動；而在顆?；^程基本結(jié)束時，進水堿度應(yīng)適當(dāng)偏低以提高顆粒污泥的SMA。
幾個常見問題
1、 厭氧反應(yīng)器是否極易酸化
厭氧反應(yīng)器是否極易酸化？回答是否定的。UASB厭氧反應(yīng)器作為一種高效的水處理設(shè)施，其系統(tǒng)自身有著良好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在這個調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，起著關(guān)鍵作用的是碳酸氫根離子，即我們通常說的堿度，它的主要作用是調(diào)節(jié)系統(tǒng)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(yīng)器正常、高效運行。
2、 罐溫變化
對一個厭氧反應(yīng)器來說，其操作溫度以穩(wěn)定為宜，波動范圍24h內(nèi)不得超過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(nèi)源代謝過程，對污泥的沉降性能等都有影響。對中溫厭氧反應(yīng)器，應(yīng)該避免溫度超過42℃，因為在這種溫度下微生物的衰退速度過大，從而大大降低污泥的活性。此外，在反應(yīng)器溫度偏低時，應(yīng)根據(jù)運行情況及時調(diào)整負荷與停留時間，反應(yīng)器運行仍可穩(wěn)定，但此時不能充分發(fā)揮反應(yīng)器的處理能力，否則將導(dǎo)致反應(yīng)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(yīng)器液面看到一些半固半液狀且不易破的氣泡。
3、 進水pH值
在厭氧反應(yīng)器正常運行時，進水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，正常運行時，進水pH值可偏低，如4~5左右；若處理因含無機酸而使pH值低的廢水，應(yīng)將進水pH值調(diào)到6以上。當(dāng)然具體的控制還要根據(jù)反應(yīng)器的緩沖能力而定，也決定于厭氧反應(yīng)的馴化程度。
4、 厭氧反應(yīng)器內(nèi)污泥流失的原因及控制措施
UASB反應(yīng)器設(shè)置了三相分離器，但在污泥結(jié)團之前仍帶有一定污泥，在啟動過程中逐漸將輕質(zhì)污泥洗出是必要的。污泥顆?；且粋€連續(xù)漸進過程，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(yīng)器，這個過程并不要使大量污泥沖出，要防止污泥過量流失。一般來說，反應(yīng)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(yīng)器出水堰口以下，污泥的流失量將低于其增殖量。2）在穩(wěn)定負荷條件下，污泥懸浮層可能上升到出水堰口處，這時應(yīng)及時排放剩余污泥。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(dǎo)致污泥床的過度膨脹。在這種情況下污泥可能出現(xiàn)暫時性大量流失。
控制反應(yīng)器的有機負荷是控制污泥過量流失的主要辦法。提高污泥的沉降性能是防止污泥流失的根本途徑，但需要一個過程。為了減少出水帶走的厭氧污泥，因此公司UASB厭氧反應(yīng)器后設(shè)置了初沉池。設(shè)置初沉池的好處在于：①可以加速反應(yīng)器內(nèi)污泥積累，縮短啟動時間；②去除出水懸浮物，提高出水水質(zhì)；③在反應(yīng)器發(fā)生沖擊而使污泥大量上浮時，可回收流失污泥，保持工藝的穩(wěn)定性；④減少污泥排放量。
5、 顆粒污泥的攪拌
