第十五章厭氧生化法第一節(jié)厭氧法的基本原理第二節(jié)厭氧法的影響因素第三節(jié)厭氧法的工藝和設備第四節(jié)厭氧產(chǎn)氣量的計算與反應器設計第五節(jié)厭氧設備的運行管理厭氧生化法與好氧生化法相比具有下列優(yōu)點：（1）既適用于高濃度廢水，又適用于中低濃度廢水。（2）能耗低：厭氧法產(chǎn)生的沼氣可作為能源。（3）負荷高：厭氧法為2～10kgCOD/m3·d。（4）剩余污泥量少，且其濃縮性、脫水性良好。（5）氮、磷營養(yǎng)需要量少：厭氧法的C:N:P為100:2.1:0.5（6）厭氧處理過程有一定的殺菌作用。（7）厭氧活性污泥可以長期貯存。厭氧生物處理法也存在下列缺點：（1）厭氧微生物增殖緩慢，設備啟動時間長。（2）出水往往達不到排放標準，需要進一步處理。（3）厭氧處理系統(tǒng)操作控制因素較為復雜。第一節(jié)厭氧法的基本原理

廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將廢水中的各種復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等物質的過程，也稱為厭氧消化。與好氧過程的根本區(qū)別在于不以分子態(tài)氧作為受氫體，而以化合態(tài)氧、碳、硫、氫等為受氫體。

厭氧生物處理是一個依靠三大主要類群的細菌完成的復雜的微生物學過程。將厭氧消化過程劃分為三個連續(xù)的階段：

第一階段為水解酸化階段

第二階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段

第三階段為產(chǎn)甲烷階段第一階段水解酸化階段復雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，分解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產(chǎn)生較高級脂肪酸。

碳水化合物、脂肪和蛋白質的水解酸化過程

第二階段產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細菌的作用下，第一階段產(chǎn)生的各種有機酸被分解轉化成乙酸和H2，在降解奇數(shù)碳素有機酸時還形成CO2。第三階段產(chǎn)甲烷階段產(chǎn)甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉化為甲烷。此過程由兩組生理上不同的產(chǎn)甲烷菌完成，一組把氫和二氧化碳轉化成甲烷，另一組從乙酸或乙酸鹽脫控產(chǎn)生甲烷，前者約占總量的1/3，后者約占2/3。

第二節(jié)厭氧法的影響因素

甲烷發(fā)酵階段是厭氧消化反應的控制階段，因此厭氧反應的各項影響因素也以對甲烷菌的影響因素為準。一、溫度條件溫度是影響微生物生存及生物化學反應最重要的因素之一。各類微生物適宜的溫度范圍是不同的，一般認為，產(chǎn)甲烷菌的溫度范圍為5～60℃，在35℃和53℃上下可以分別獲得較高的消化效率，溫度為40～45℃時，氧消化效率較低。溫度的急劇變化和上下波動不利于厭氧消化作用。短時間內(nèi)溫度升降5℃，沼氣產(chǎn)量明顯下降，波動的幅度過大時，甚至停止產(chǎn)氣。溫度的波動，不僅影響沼氣產(chǎn)量，還影響沼氣中的甲烷含量，此其高溫消化對溫度變化更為敏感。二、pH值

pH值條件失常首先使產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用和產(chǎn)甲烷作用受抑制，使產(chǎn)酸過程所形成的有機酸不能被正常地代謝降解，從而使整個消化過程的各階段間的協(xié)調(diào)平衡喪失。若pH值降到5以下，對產(chǎn)甲烷菌毒性較大，同時產(chǎn)酸作用本身也受抑制，整個厭氧消化過程即停滯。即使pH值恢復到7.0左右，厭氧裝置的處理能力仍不易恢復；而在稍高pH值時，只要恢復中性，產(chǎn)甲烷菌能較快地恢復活性。所以厭氧裝置適宜在中性或稍偏堿性的狀態(tài)下運行。最適pH值為7.0～7.2，pH6.6～7.4較為適宜。

三、氧化還原電位

無氧環(huán)境是嚴格厭氧的產(chǎn)甲烷菌繁殖的最基本條件之一，產(chǎn)甲烷菌對氧和氧化劑非常敏感。產(chǎn)甲烷菌初始繁殖的環(huán)境條件是氧化還原電位不能高于-330mV,相當于2.36×1056L水中有1mol氧。在厭氧消化全過程中，不產(chǎn)甲烷階段可在兼氧條件下完成，氧化還原電位為+0.1～-0.1V，而在產(chǎn)甲烷階段，氧化還原電位須控制為-0.3～-0.35V（中溫消化）與-0.56～0.6V（高溫消化），常溫消化與中溫相近。產(chǎn)甲烷階段氧化還原電位的臨界值為-0.2V。四、有機負荷在一定范圍內(nèi)，隨著有機負荷的提高，產(chǎn)氣率趨向下降，而消化器的容積產(chǎn)氣量則增多，反之亦然。若有機負荷過高，則產(chǎn)酸率將大于用酸（產(chǎn)甲烷）率，揮發(fā)酸將累積而使pH值下降、破壞產(chǎn)甲烷階段的正常進行，嚴重時產(chǎn)甲烷作用停頓，系統(tǒng)失敗，并難以調(diào)整復蘇。此外，有機負荷過高，則過高的水力負荷還會使消化系統(tǒng)中污泥的流失速率大于增長速率而降低消化效率。若有機負荷過低，物料產(chǎn)氣率或有機物去除率雖可提高，但容積產(chǎn)氣率降低，反應器容積將增大，使消化設備利用效率降低，投資和運行費用提高。五、厭氧活性污泥

厭氧活性污泥主要由厭氧微生物及其代謝的和吸附的有機物、無機物組成。厭氧活性污泥的濃度和性狀與消化的效能有密切的關系。性狀良好的污泥是厭氧消化效率的基礎保證。厭氧活性污泥的性質主要表現(xiàn)為它的作用效能與沉淀性能，前者主要取決于活微生物的比例及其對廢物的適應性和活微生物中生長速率低的產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量是否達到與不產(chǎn)甲烷菌數(shù)量相適應的水平?；钚晕勰嗟某恋硇阅芘c污泥的凝聚性有關、與好氧處理一樣，厭氧活性污泥的沉淀性能也以SVI衡量。六、攪拌和混合混合攪拌是提高消化效率的工藝條件之一。沒有攪拌的厭氧消化池，池內(nèi)料液常有分層現(xiàn)象。通過攪拌可消除池內(nèi)梯度，增加食料與微生物之間的接觸，避免產(chǎn)生分層，促進沼氣分離。在連續(xù)投料的消化池中，還使進料迅速與池中原有料液相混勻。攪拌的方法有:（1）機械攪拌器攪拌法；（2）消化液循環(huán)攪拌法；（3）沼氣循環(huán)攪拌法等。其中沼氣循環(huán)攪拌，還有利于使沼氣中的CO2作為產(chǎn)甲烷的底物被細菌利用，提高甲烷的產(chǎn)量。七、廢水的營養(yǎng)比

一般認為，厭氧法中碳:氮:磷控制為20O～300:5:1為宜。此比值大于好氧法中100:5:1，這與厭氧微生物對碳素養(yǎng)分的利用率較好氧微生物低有關。在碳、氮、磷比例中，碳氮比例對厭氧消化的影響更為重要。在厭氧處理時提供氮源，除滿足合成菌體所需之外，還有利于提高反應器的緩沖能力。若氮源不足，不僅厭氧菌增殖緩慢，而且消化液緩沖能力降低。相反，若氮源過剩，氮不能被充分利用，將導致系統(tǒng)中氨的過分積累，抑制產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖，使消化效率降低。

八、有毒物質抑制物質濃度/(mg/L)抑制物質濃度/(mg/L)揮發(fā)性脂肪酸>2000Na3500～5500氨氮1500～3000Fe1710溶解性硫化物>200Cr6+3Ca2500～4500Cr3+500Mg1000～1500Cd150K2500～4500第三節(jié)厭氧法的工藝和設備普通厭氧消化池：結構、攪拌方式、加熱方式、負荷、特點厭氧接觸法：改進之處、固液分離困難原因、脫氣方式、特點UASB工藝：構造、工藝過程、三相分離器、進水系統(tǒng)、特點厭氧濾池：結構與工藝過程、填料、堵塞的解決辦法、特點厭氧流化床：工藝流程、首要條件、特點、防止床層堵塞措施其他：厭氧與好氧生物轉盤不同之處及特點、擋板反應器、兩步厭氧法及特點、復合厭氧法一、普通厭氧消化池廢水定期或連續(xù)進入池中，經(jīng)消化的污泥和廢水分別由消化池底和上部排出，所產(chǎn)沼氣從頂部排出。為了使進料和厭氧污泥充分接觸、使所產(chǎn)的沼氣氣泡及時逸出而設有攪拌裝置，常用攪拌方式有三種：（1）池內(nèi)機械攪拌；（2）沼氣攪拌；（3）循環(huán)消化液攪拌。

常用加熱方式有三種：（1）廢水在消化池外先經(jīng)熱交換器預熱到定溫再進入消化池；（2）熱蒸汽直接在消化器內(nèi)加熱；（3）在消化池內(nèi)部安裝熱交換管。普通消化池一般的負荷，中溫為2～3kgCOD/m3·d,高溫為5～6kgCOD/m3·d。普通消化池的特點是可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液。厭氧消化反應與固液分離在同一個池內(nèi)實現(xiàn)，結構較簡單。但缺乏持留或補充厭氧活性污泥的特殊裝置，消化器中難以保持大量的微生物細胞；對無攪拌的消化器，還存在料液的分層現(xiàn)象嚴重，微生物不能與料液均勻接觸，溫度也不均勻，消化效率低等缺點。二、厭氧接觸法為克服普通消化池不能持留或補充厭氧活性污泥的缺點，在消化池后設沉淀池，將沉淀污泥回流至消化池，形成了厭氧接觸法，其工藝流程如右圖所示。該系統(tǒng)既使污泥不流失、出水水質穩(wěn)定，又可提高消化池內(nèi)污泥濃度，從而提高設備的有機負荷和處理效率。為了提高沉淀池中混合液的固液分離效果，目前采用以下幾種方法脫氣：（1）真空脫氣，由消化池排出的混合液經(jīng)真空脫氣器，將污泥絮體上的氣泡除去，改善污泥的沉淀性能；（2）熱交換器急冷法，將從消化池排出的混合液進行急速冷卻，如中溫消化液35℃冷到15～25℃，可以控制污泥繼續(xù)產(chǎn)氣，使厭氧污泥有效地沉淀；上頁圖是設真空脫氣器和熱交換器的厭氧接觸法工藝流程；（3）絮凝沉淀，向混合液中投加絮凝劑，使厭氧污泥易凝聚成大顆粒，加速沉降；（4）用超濾器代替沉淀他，以改善固液分高效果。

厭氧接觸法的特點：（1）通過污泥回流，保持消化池內(nèi)污泥濃度較高，一般為10～15g/L,耐沖擊能力強；（2）消化池的容積負荷較普通消化池高，中溫消化時，一般為2～10kgCOD/m3·d，水力停留時間比普通消化池大大縮短，如常溫下，普通消化池為15～30天，而接觸法小于10天；（3）可以直接處理懸浮固體含量較高或顆粒較大的料液，不存在堵塞問題；（4）混合液經(jīng)沉淀后，出水水質好，但需增加沉淀池、污泥回流和脫氣等設備。厭氧接觸法還存在混合液難于在沉淀池中進行固液分離的缺點。三、上流式厭氧污泥床應應器

廢水從污泥床底部進入，與污泥床中的污泥進行混合接觸，微生物分解廢水中的有機物產(chǎn)生沼氣，微小沼氣泡在上升過程中，不斷合并逐漸形成較大的氣泡。由于氣泡上升產(chǎn)生較強烈的攪動，在污泥床上部形成懸浮污泥層。氣、水、泥的混合液上升至三相分離器內(nèi)，沼氣氣泡碰到分離器下部的反射板時，折向氣室而被有效地分離排出；污泥和水則經(jīng)孔道進入三相分離器的沉淀區(qū)，在重力作用下，水和泥分離，上清液從沉淀區(qū)上部排出，沉淀區(qū)下部的污泥沿著斜壁返回到反應區(qū)內(nèi)。上流式厭氧污泥床反應器的特點是：（1）反應器內(nèi)污泥濃度高，一般平均污泥濃度為30～40g/L；（2）有機負荷高，水力停留時間短，中溫消化，COD容積負荷一般為10～20kgCOD/m2·d；（3）反應器內(nèi)設三相分離器，被沉淀區(qū)分離的污泥能自動回流到反應區(qū)，一般無污泥回流設備；（4）無混合攪拌設備。投產(chǎn)運行正常后，利用本身產(chǎn)生的沼氣和進水來攪動；（5）污泥床內(nèi)不填載體，節(jié)省造價及避免堵塞問題。但反應器內(nèi)有短流現(xiàn)象，影響處理能力；進水中的懸浮物應比普通消化池低得多，特別是難消化的有機物固體不宜太高；運行啟動時間長，對水質和負荷變化比較敏感。

四、厭氧生物濾池厭氧微生物附著于填料的表面生長，當廢水通過填料層時，在填料表面的厭氧生物膜作用下，廢水中的有機物被降解并產(chǎn)生沼氣，沼氣從池頂部排出。濾池中的生物膜不斷地進行新陳代謝，脫落的生物膜隨出水流出池外。廢水從池底進入，從池上部排出，稱升流式厭氧濾池；廢水從池上部進入，從池底部排出，稱降流式厭氧濾池。

厭氧生物濾池的特點是：（1）由于填料為微生物附著生長提供廣較大的表面積，濾池中的微生物量較高，又生物膜停留時間長，平均停留時間長達100天左右，因而可承受的有機容積負荷高，COD容積負荷為2～16kgCOD/m3·d，且耐沖擊負荷能力強；（2）廢水與生物膜兩相接觸面大，強化了傳質過程，因而有機物去除速度快；（3）微生物固著生長為主，不易流失，因此不需污泥回流和攪拌設備；（4）啟動或停止運行后再啟動比前述厭氧工藝法時間短。但該工藝也存在一些問題：處理含懸浮物濃度高的有機廢水，易發(fā)生堵塞，尤以進水部位更嚴重。濾池的清洗也還沒有簡單有效的方法。五、厭氧流化床

厭氧流化床工藝是借鑒流態(tài)化技術的一種生物反應裝置，它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質，當廢水以升流式通過床體時，與床中附著于載體上的厭氧微生物膜不斷接觸反應，達到厭氧生物降解目的，產(chǎn)生沼氣，于床頂部排出。

流化床操作的首要滿足條件是：上升流速即操作速度必須大于臨界流態(tài)化速度，而小于最大流態(tài)化速度。上升流速應控制在1.2～1.5倍臨界流化速度。

厭氧流化床特點：（1）載體顆粒細，比表面積大，可高達2000～3000m2/m3左右，使床內(nèi)具有很高的微生物濃度，因此有機物容積負荷大，一般為10～40kgCOD/m3·d，水力停留時間短，具有較強的耐沖擊負荷能力，運行穩(wěn)定；（2）載體處于流化狀態(tài)，無床層堵塞現(xiàn)象，對高、中、低濃度廢水均表現(xiàn)出較好的效能；（3）載體流化時，廢水與微生物之間接觸面大，同時兩者相對運動速度快，強化了傳質過程，從而具有較高的有機物凈化速度；（4）床內(nèi)生物膜停留時間較長，剩余污泥量少；（5）結構緊湊、占地少以及基建投資省等。但載體流化耗能較大，且對系統(tǒng)的管理技術要求較高。

六、厭氧轉盤和擋板反應器

厭氧生物轉盤的構造與好氧生物轉盤相似。不同之處在于盤片大部分(70％以上)或全部浸沒在廢水中，為保證厭氧條件和收集沼氣，整個生物轉盤設在一個密閉的容器內(nèi)。厭氧生物轉盤由盤片，密封的反應槽、轉軸瓦驅動裝置等組成，其構造如圖所示。對廢水的凈化靠盤片表面的生物膜和懸浮在反應槽中的厭氧菌完成，產(chǎn)生的沼氣從反應櫓頂排出。由于盤片的轉動，作用在生物膜上的剪力可將老化的生物膜剝落，在水中呈懸浮狀態(tài)，隨水流出槽外。厭氧擋板反應器是從研究厭氧生物轉盤發(fā)展而來的，生物轉盤不轉動即變成厭氧擋板反應器。擋板反應器與生物轉盤相比，可減少盤的片數(shù)和省去轉動裝置。其工藝流程如圖15-24所示。在反應器內(nèi)垂直于水流方向設多塊擋板來維持較高的污泥濃度。擋板把反應器分為若干上向流和下向流室，上向流室比下向流室寬，便于污泥的聚集。通往上向流的擋板下部邊緣處加50的導流板，便于將水送至上向流室的中心，使泥水充分混合。因而無需混合攪拌裝置，避免了厭氧濾池和厭氧流化床的堵塞問題和能耗較大的缺點，啟動期比上流式厭氧污泥床短。

七、兩步厭氧法和復合厭氧發(fā)七、兩步厭氧法和復合厭氧法兩步厭氧消化法是厭氧消化反應分別在兩個獨立的反應器中進行，每一反應器完成一個階段的反應；復合厭氧法是在一個反應器內(nèi)由兩種厭氧法組合而成。如上流式厭氧污泥床與厭氧濾池組成的復合厭氧法。

第四節(jié)厭氧消化過程動力學

一、穩(wěn)態(tài)的完全混合反應器穩(wěn)態(tài)的完全混合反應器的工作條件如圖15-27所示，傳統(tǒng)的厭氧消化系統(tǒng)的運行方式與此相似。同中Q為廢水流量，V為反應器容積，S0、S和Se分別為進水中、反應器內(nèi)和出水中的廢物濃度，x0、x和xe分別為進水中、反應器內(nèi)和出水中的微生物（污泥）濃度。對穩(wěn)態(tài)的完全混合反應器，xe=x，Se=S。如果假設進水中不含活性微生物，即x0＝0。

反應器的水力停留時間θ為：微生物固體的停留時間θc泥齡）為：即泥齡與水力停留時間相等。由系統(tǒng)污泥的物料平衡，可導出污泥濃度的計算式：為了在反應器中保持高的微生物濃度，應使θc盡量大。由于反應器的容積有機負荷，則，故在一定的容積有機負荷下，為了增大，就必須提高進水中的有機物濃度。

為了提高污泥濃度,在普通消化池的實際運行中,一般采用間歇操作，當從反應器中排出消化液之前，停止攪拌，使污泥沉淀；或在消化池上部加設分離器，即使連續(xù)進出水，也可以達到分離生物污泥的目的，此時出水中xe＜＜x。全混合反應器的底物去除速率R為：由此可見，若θc減小，則R增大，但如果θc接近最小值θcmin，則系統(tǒng)失去降解有機物的能力，,

在θc＞θcmin后，R迅速上升至最大值Rmax，繼后則隨θc增大而緩慢下降。為了取得一定的處理效率，θc必須大于與比生長率u0對應的θcmin值，即

對x＞xe的系統(tǒng)，有機負荷LV可從下式求得：當S0一定時，LV除了與動力學參數(shù)umax、Ks有關之外，還直接與r有關.隨著r值增大，所允許的LV增大。

二、有回流的完全混合反應器

如果該系統(tǒng)只從沉淀池上清液中帶走污泥，即xW=QW=SW=0,則可將消化池與沉淀池視為整體（如圖中虛框所示），上述無回流條件下推導的動力學方程均可適用。如用式(15--10)分析厭氧接觸系統(tǒng)，由于加設沉淀池后，xe減小，x增大，則r也增大，放在相同的S0和θ條件下，能使系統(tǒng)承擔的有機負荷提高，工作穩(wěn)定性增大。如果定期從沉淀池底排出部分剩余污泥．則仿照式（13-22）和（13-25）作厭氧系統(tǒng)的物料衡算，可推出：

三、厭氧生物膜反應器

現(xiàn)假設厭氧生物膜反應器是一個全混均質系統(tǒng)，如圖15-31所示。對系統(tǒng)內(nèi)的廢物作物料衡算，有變化率=進入-出流-降解速率懸浮的生物降解的底物量與生物膜去除的底物量相比，可以忽略，則式（15-16）簡化為如果忽略內(nèi)源代謝的污泥量，則生物膜增長與底物利用的關系為：對生物膜的Monod方程可寫為：由上述兩式可得：

將式（15-20）代入式（15-17），已在穩(wěn)態(tài)條件下，即dS/dt=0，得到：如果用δ代表生物膜平均活性深度，即生物膜厚度；Am代表填料比表面積，即單位體積填料表面積；Vm代表填料體積，則上式左端表示填料生物膜單位表面積的底物降解速率，以代表；右端的表示填料生物膜單位表面積的最大底物降解速率，以代表。四、厭氧消化動力學常數(shù)的測定為了應用動力學方程于工程設計，必須確定方程中的有關常數(shù)。這些常數(shù)值可以在實驗室測定，也可以通過整理廢水處理廠實際運行數(shù)據(jù)得到。表15-2給出了幾種廢物厭氧消化的動力學常數(shù)，可供設計時參考。

第五節(jié)厭氧產(chǎn)氣量計算一、理論產(chǎn)氣量的計算1.根據(jù)廢水有機物化學組成計算產(chǎn)氣量當廢水中有機組分一定時，可以利用第一節(jié)中所介紹的化學經(jīng)驗方程式（15-1）計算產(chǎn)氣量，對不含氮的有機物也可用以下巴斯維爾（Buswell和Mueller）通式計算:2．根據(jù)COD與產(chǎn)氣量關系計算在標準狀態(tài)下，1mol甲烷，相當于2mol（或64g）COD，則還原1gCOD相當于生成22.4/64=0.35L甲烷。二、實際產(chǎn)氣率分析

在厭氧消化工藝中，實際產(chǎn)氣率受物料的性質、工藝條件以及管理技術水平等多種因素的影響，在不同的場合，實際產(chǎn)氣率與理論值會有不同程度的差異。1.物料的性質就厭氧分解等當量COD的不同有機物而言，脂類（類脂物）的產(chǎn)氣量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白質所產(chǎn)生的沼氣數(shù)量雖少，但甲烷含量高；碳水化合物所產(chǎn)生的沼氣量少，且甲烷含量也較低；從脂肪酸厭氧消化產(chǎn)氣情況表明，隨著碳鍵的增加，去除單位重量有機物的產(chǎn)氣量增加，而去除單位重量COD的產(chǎn)氣量則下降。

2．廢水COD濃度廢水的COD濃度越低，單位有機物的甲烷產(chǎn)率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在實際工程中，高濃度有機廢水的產(chǎn)氣率接近理論值，而低濃度有機廢水的產(chǎn)氣率則低于理論值。3．沼氣中的甲烷含量沼氣中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲烷的實際產(chǎn)氣率越低。4．生物相的影響產(chǎn)氣率還與系統(tǒng)中硫酸鹽還原菌及反硝化細菌等的活動有關。若系統(tǒng)中上述菌較多，則由于這些菌會與產(chǎn)甲烷菌爭奪碳源，從而使產(chǎn)氣率下降。5．工藝條件影響對同種廢水，在不同的工藝條件下，其去除單位重量COD的產(chǎn)氣量不同。詳細討論參閱本章第二節(jié)。6．去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例對于等當量COD的不同有機物，厭氧消化時用于細菌細胞合成的系數(shù)有一定的差異，故產(chǎn)氣率不是常量。去除的COD中用于合成細菌細胞所占的比例越大，則分解用以產(chǎn)生甲烷的比例將越小，從而去除1kgCOD的甲烷產(chǎn)量越低。一般情況下，變幅小于10％。第六節(jié)厭氧反應器的設計厭氧反應器的設計包括工藝設備的選型、反應器容積的計算和設備構造的確定等。本節(jié)主要介紹容積的計算，關于設備的構造參見本章第三節(jié)。厭氧處理裝置的選擇，在很大程度上取決于廢水中的懸浮物含量、粒度和厭氧可降解性。如上流式厭氧污泥床反應器和厭氧生物濾池等新型厭氧反應器雖消化效能高，但在處理含懸浮固體物較多的污水財，卻不宜采用。隨著污水中懸浮物的增加，厭氧濾池的處理能力下降，逐漸接近其他工藝的處理能力，不僅如此，它還易于引起填料的堵塞；

厭氧反應器的容積是一個很重要的設計參數(shù)，計算厭氧反應器容積的方法很多，普遍采用的方法有有機物容積負荷法、水力停留時間法和動力學計算方法。

1．按有機物容積負荷和水力停留時間計算

2．根據(jù)動力學模式計算

第七節(jié)厭氧設備的運行管理一、厭氧設備的啟動厭氧設備在進入正常運行之前應進行污泥的培養(yǎng)和馴化。厭氧活性污泥可以取自正在工作的厭氧處理構筑物或江河湖泊沼澤底，下水道及污水集積腐臭處等厭氧生境中的污泥，最好選擇同類物料厭氧消化污泥。在啟動過程中，控制升溫速度為1℃/h，達到要求溫度即保持恒溫；注意保持pH值在6.8～7.8之間；此外，有機負荷常常成為影響啟動成功的關鍵性因素。啟動的初始有機負荷因工藝類型、廢水性質、溫度等的工藝條件以及接種污泥的性質而異。

二、厭氧反應器運行中的欠平衡現(xiàn)象及其原因

保持厭氧消化作用的平衡性是厭氧消化系統(tǒng)運行管理的關鍵。厭氧消化過程易于出現(xiàn)酸化，即產(chǎn)酸量與用酸量不協(xié)調(diào)，這種現(xiàn)象稱為欠平衡。厭氧消化作用欠平衡時可以顯示出如下的癥狀；（1）消化液揮發(fā)性有機酸濃度增高；（2）沼氣中甲烷含量降低；（3）消化液pH值下降；（4）沼氣產(chǎn)量下降；（5）有機物去除率下降。諸癥狀中最先顯示的是揮發(fā)性有機酸濃度的增高，故它是一項最有用的監(jiān)視參數(shù)，有助于盡早地察覺欠平衡狀態(tài)的出現(xiàn)。其他癥狀則因其顯示的滯緩性,或者因其并非專一的欠平衡癥狀，故不如前者那樣靈敏有用。厭氧消化作用欠平衡的原因是多方面的，如：有機負荷過高；進水pH值過低或過高；堿度過低．緩沖能力差；有毒物質抑制；反應溫應急劇波動；池內(nèi)有溶解氧及氧化劑存在等。一經(jīng)檢測到系統(tǒng)處于欠平衡狀態(tài)時，就必須立即控制并加以糾正，以避免欠平衡狀態(tài)進一步發(fā)展到消化作用停頓的程度。可暫時投加石灰乳以中和積累的酸，但過量石灰乳能起殺菌作用。解決欠平衡的根本辦法是查明失卻平衡的原因，有針對性地采取糾正措施。三、運行管理中的安全要求厭氧設備的運行管理很重要的問題是安全問題。沼氣中的甲烷比空氣輕、非常易燃，空氣中甲烷含量為5%～15％時，遇明火即發(fā)生爆炸。因此消化池、貯氣罐、沼氣管道及其附屬設備等沼氣系統(tǒng)，都應絕對密封，無沼氣漏出。并且不能使空氣有進入沼氣系統(tǒng)的可能，周圍嚴禁明火和電氣火花。所有電氣設備應滿足防爆要求。沼氣中含有微量有毒的硫化氫，但低濃度的硫化氫就能被人們所察覺。硫化氫比空氣重，必須預防它在低凹處積聚。沼氣中的二氧化碳也比空氣重，同樣應防止在低凹處積聚，因為它雖然無毒，卻能使人窒息。因此，凡需因出料或檢修進入消化池之前，務必以新鮮空氣徹底置換池內(nèi)的消化氣體，以策安全。應用實例厭氧－好氧生化法處理制藥廢水工程調(diào)試及管理

制藥廢水成分復雜、污染物濃度高、pH值經(jīng)常變化、帶有顏色和氣味、懸浮物含量高、含有難降解物質和有抑菌作用的抗生素，并且有毒性，屬難降解的有機廢水，是我國工業(yè)廢水治理的重點。許多制藥企業(yè)根據(jù)GMP改造要求，建成了較完善的廢水處理設施．但不熟悉制藥廢水調(diào)試和運行管理特點。廢水處理設施不能充分發(fā)揮其處理效果，例如．厭氧池和生物接觸氧化池不能正常生長代謝、掛膜效果不佳、廢水處理站建成后長期難以投入正常運行、廢水不能達標排放。下面對某制藥廠廢水處理系統(tǒng)的調(diào)試及日常管理心得進行小結。“GMP”是英文GoodManufacturingPractice的縮寫，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標準，是一種特別注重制造過程中產(chǎn)品質量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強制性標準，要求企業(yè)從原料、人員、設施設備、生產(chǎn)過程、包裝運輸、質量控制等方面按國家有關法規(guī)達到衛(wèi)生質量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，加以改善。

1、工程概況

制藥廠原有一套兩級生物接觸氧化處理系統(tǒng)，用來處理全廠廢水。近幾年生產(chǎn)不斷發(fā)展和產(chǎn)品結構變化，尤其是頭孢類產(chǎn)品的廢水中含有大量的抗生素物質，對廢水站的生化處理系統(tǒng)有較大抑制作用。使廢水不能達標排放。該廠在GMP改造時，新建一套厭

氧－好氧生化廢水處理系統(tǒng)。高濃

度生產(chǎn)廢水經(jīng)厭氧－好氧生化處理

后，和生活廢水混合進入原兩級生

物接觸氧化處理系統(tǒng)處理．確保全

廠廢水達標排放。1.1全廠廢水來源及水質

表1全廠廢水水質水量1.3廢水處理站設計工藝參數(shù)

設計水質處理參數(shù)見表2：

高濃度生產(chǎn)廢水設計處理水量20m3／d,時，混合后原兩級生物接觸氧化廢水處理系統(tǒng)處理水量45m3／h。2、調(diào)試

全廠廢水處理站的調(diào)試主要是生物處理池的生物菌培養(yǎng)和馴化，即厭氧池、生物鐵微電解和生物接觸氧化池的調(diào)試，在厭氧池、生物鐵微電解池和生物接觸氧化池分別實現(xiàn)生物菌正常的新陳代謝。

該制藥廠廢水處理站于2003年5月建成投入試運行，厭氧池以生物鐵和半軟性尼龍為填料．生物接觸氧化池和生物鐵微電解池懸掛彈性立體填料，沉淀池填料為聚丙烯斜管蜂窩填料．生物接觸氧化池采用微孔曝氣器進行曝氣，生物鐵微電解池采用曝氣軟管。制藥廢水具有毒性和抗生素類難生物降解物，為加快掛膜速度，縮短調(diào)試時間，采用接種培菌，使設施盡快投入運行。

2.1厭氧調(diào)試

2.1.1接種污泥的選擇與處理

可引進同類特征廢水的污泥接種，應盡量選用含甲烷菌多的污泥，如城市廢水處理廠厭氧消化污泥，經(jīng)脫水的厭氧、好氧污泥以及長期貯存、排放廢水的陰溝、水塘污泥等。對過稠的接種污泥，可用水稀釋、過濾、沉淀，去除污泥中夾帶的大顆粒固體和漂浮雜物。

2.1.2影響調(diào)試的因素

影響調(diào)試的因素除接種污泥外，還有廢水的水質特征、有機質負荷和有毒污染物負荷、環(huán)境條件、填料種類等。厭氧調(diào)試所需時間較長，一般16-24周不等。(1)pH值

pH值變化將直接影響產(chǎn)甲烷菌的生存與活動，厭氧池pH值應維持在6.5～7.8之間，最佳范圍在6.8～7.5。厭氧池具有一定緩沖能力，正常運行時，進水pH值可略低于上述值。(2)溫度采用中溫調(diào)試，大多數(shù)產(chǎn)甲烷菌的適宜溫度在中溫35～40℃之間，中溫條件下，產(chǎn)甲烷菌種類多，易培養(yǎng)馴化、活性高。應控制厭氧池溫度波動范圍一般不宜超過±2℃，避免溫度超過42℃。(3)堿度合理的厭氧池堿度范圍為2000～4000mg/L。(4)基質的碳、氮、磷比例及微量元素厭氧處理要維持正常運行，廢水中必須含有足夠的細菌用以合成自身細胞物質的化合物。甲烷菌的主要營養(yǎng)物質為氮、磷、鉀和硫及其它必需的微量元素。厭氧池中營養(yǎng)物質比例一般取BOD5：N：P=(200～300)：5：l，而生物接觸氧化池和生物鐵微電解池中主要營養(yǎng)物質的比例一般取BOD：N：P=l00：5：1。細菌所需要的微量元素非常少，但微量元素的缺乏能夠導致細菌活力下降，在調(diào)試階段應加適量的微量元素。2.1.3厭氧池調(diào)試操作

(1)將接種污泥投入?yún)捬醭兀孟♂尩膹U水浸泡2d，調(diào)節(jié)厭氧池內(nèi)pH值約在7.0～7.5之間。

(2)向厭氧池注入生產(chǎn)廢水約1/3池容，再補充生活廢水至設計容量，調(diào)試初始應采用較低負荷．一般約為正常運行負荷的1/6～1/4或取0.1～0.3kgCOD／(m3·d)。

(3)按約1/4設計處理量連續(xù)進水。廢水處理設計方案中厭氧池無回流泵，在調(diào)試階段，應安裝臨時回流泵，將厭氧池出水回流，以增加池內(nèi)生物菌數(shù)量，以免污泥大量流失，回流比約1：4。生物接觸氧化池同期進行調(diào)試，為防止調(diào)試階段厭氧池高濃度廢水對生物接觸氧化池的沖擊，應控制從厭氧池流入生物接觸氧化池的廢水量。

(4)應注意池內(nèi)的溫度變化，升溫不能過快。當厭氧池出水pH<6.5時應增加進水中的堿量，要及時對pH進行檢測。

(5)在上述情況下穩(wěn)定運行2～3周，可逐步提高厭氧池容積負荷。每次提高0.3kgCOD／(m3·d)左右。穩(wěn)定運行時間2周左右。在此期間，應注意觀察厭氧池出水情況，若pH值降低，應加大投堿量．若調(diào)整負荷后發(fā)生異常應采取降低負荷或暫時停止進水等措施。待穩(wěn)定后再提高負荷。

(6)若出水水質效果好且穩(wěn)定時，可逐步加大從厭氧池到生物鐵微電解池的水量．最終實現(xiàn)厭氧池出水全部流人生物接觸氧化池。

(7)當厭氧池進水濃度提高至原水濃度，直接進水，應經(jīng)10d穩(wěn)定觀察，正常運行，可逐步取消回流泵。

(8)正常的成熟污泥呈深灰到黑色，帶焦油氣，無硫化氫臭。pH值在7.0～7.5之間，污泥易脫水和干化。當進水量達到設計要求，并取得較高的處理效率，產(chǎn)氣量大．含甲烷成分高時，可認為厭氧調(diào)試基本結束。

2.2好氧生化處理調(diào)試好氧生化處理調(diào)試包括生物鐵微電解池和生物接觸氧化池調(diào)試。2.2.1主要控制條件(1)pH氧化池pH值應維持在6.0～8.5之間，若進水pH值急劇變化，在pH<5或pH值>10.5時．將引起生物膜脫落。這時應投加化學藥劑予以中和，使其保持在正常范圍。(2)溶解氧應確保生物接觸氧化池和生物鐵微電解池內(nèi)廢水中有足夠的溶解氧，一般以2～4mg/L為宜。2.2.2好氧生化處理調(diào)試探討

(1)將從外運來的活性污泥投入生物接觸氧化池，污泥量為池容的0.01-0.05。

(2)將預曝氣調(diào)節(jié)池廢水泵入生物接觸氧化池1/5～1/3池容，再加滿自來水，控制此時生化池水中的pH值為7或稍大于7，由于此時池內(nèi)污染物濃度較高，不必加入營養(yǎng)物和碳源。

(3)啟動羅茨鼓風機，悶曝(不進水連續(xù)曝氣)8h后，停止曝氣靜置沉淀0.5h，再繼續(xù)悶曝，以后曝氣每隔8h可停止曝氣靜置沉淀0.5h然后繼續(xù)曝氣。

(4)悶曝氣1d后，可從調(diào)節(jié)池少量補充廢水。

(5)在曝氣過程中要控制生化池中溶解氧含量在2～4mg/L之間，并需測試污泥沉降比，若該值逐漸減少，說明這些污泥已粘附在填料上。

(6)每天加入適量的微量元素，更換約l/3池容的廢水。經(jīng)過數(shù)日悶曝氣、靜置沉淀、補充廢水之后，可以按設計流量的1/3～1/2連續(xù)水。為防止進水量太小影響潛水廢水泵的壽命，在廢水泵安裝時，應在泵后安裝一帶閘閥的回流支管，使一部分通過支管回流至調(diào)節(jié)池。

(7)馴化與培菌同時進行，掛膜速度很快，一般一周后在填料表面上。就可以看到有很薄的一層膜。

(8)若微生物膜增殖正常，約7d后，生物接觸氧化池出水一部分可流入沉淀池，一部分仍然回流至調(diào)節(jié)池。即可連續(xù)進水、回流。

(9)大約20d后，填料上將掛上一層橙黑色生物膜，可按設計水量進水。在此情況下能穩(wěn)定運行1個月左右，這時掛膜基本完成，微生物開始大量繁殖。此時應密切注意監(jiān)測水質變化情況，避免負荷突變對生化池造成沖擊。若液面有大量泡沫產(chǎn)生且數(shù)量不斷增加，覆蓋生化池，說明曝氣量過大或有大量合成洗滌劑與其它物質進入，應減少曝氣量，投加除泡劑，也可以在生化池周邊安裝自來水蓬頭噴淋去除泡沫。隨著時間的延長，生物膜開始新陳代謝．老膜開始剝落，出水中出現(xiàn)懸浮物，標志著掛膜階段結束，可進入正