厭氧處理中需要強調的幾個因素,你知道嗎?

原標題：厭氧處理中需要強調的幾個因素，你知道嗎？

水世界導語

厭氧生物處理是在無氧條件下，利用厭氧菌及兼性菌分解有機物的一種生物處理方法，其最早僅用於城市汙水廠汙泥的穩定處理，後被應用於中高濃度有機廢水處理中。在厭氧處理中，影響其處理的因素有溫度、pH、負荷、碳氮比、有毒有害物質等。下面就溫度、pH、抑制劑、汙泥培養做簡要分享，供參考交流。

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厭氧顆粒汙泥

厭氧顆粒汙泥分為澱粉、澱粉糖、檸檬酸、酒精、造紙等行業高濃度汙水處理系統中的高負荷厭氧反應器（EGSB、IC）生產出的新鮮顆粒汙泥。厭氧反應器的容積負荷、上升流速和去除率均分別高於20kgCOD/（m3·d），5m/h和90%。

厭氧顆粒汙泥體型規則呈球形，VSS/TSS≥0.7，沉降速度50-150m/h，粒徑0.5-2mm，顆粒度大於90%，最大比產甲烷速率≥400mlCH4/（gVSS·d）。作為接種汙泥可用於澱粉、澱粉糖、檸檬酸、酒精、啤酒、造紙、蛋白、食品、味精等行業的汙水處理系統中高負荷厭氧反應器（IC、EGSB、UASB等）的啟動運行。

（一）培養顆粒汙泥需考慮的因素

1、基質

培養顆粒汙泥首先對基質有一定的要求，一般的，在培養顆粒汙泥的基質中COD:N:P=110~200:5:1。而有機廢液的基質可分為偏碳水化合物類和偏蛋白質類。為了能順利培養出顆粒汙泥，對於偏碳水化合物類的汙水需要添加N和P。而對於偏蛋白質類的汙水需要添加碳源（如葡萄糖等）。

2、溫度

廢水中的厭氧處理主要依靠微生物的生命活動來達到處理的目的，不同微生物的生長需要不同的溫度範圍。溫度稍有差別，就可在兩類主要種群之間造成不平衡。因此，溫度對顆粒汙泥的培養很重要。顆粒汙泥在低溫（15~25℃）、中溫（30~40℃）和高溫（50~60℃）都有過成功的經驗。一般的，高溫較中溫的培養時間短，但由於高溫下NH3與某些化合物混合毒性會增加，因而導致其應用上受一定的限制；中溫一般控制在35℃左右，在其它條件適當的情況下，經1~3個月可成功的培養出顆粒汙泥；低溫下培養顆粒汙泥的研究較少，但有文獻報導在使用顆粒汙泥低溫馴化後處理底濃度製藥廢水的實驗中，COD的去處率達90%，取得了較好的效果。

3、pH值

反應器內pH值範圍應控制在產甲烷菌最適的範圍內（6.8-7.2）。由於不同性質的廢水有不同的pH值，為了保證反應器內pH值的穩定，防止酸積累而產生的對產甲烷菌的抑制，可採用向廢水中添加化學藥品如NaHCO3、Na2CO3、Ca(OH)2等物質。

（二）影響顆粒汙泥形成因素

1、鹼度

一般認為，進水水質中鹼度通常應在1000mg/L（以CaCO3計）左右，而對於以碳水化合物為主的廢水，進水鹼度：COD >1:3是必要的。有學者研究表明，在顆粒汙泥培養初期，控制出水鹼度在1000mg/L（以CaCO3計）以上能成功培養出顆粒汙泥。在顆粒汙泥成熟後，對進水的鹼度要求並不高。這對降低處理成本具有積極意義。

2、微量元素及惰性顆粒

微量元素對微生物良好的生長也有重要作用。其中Fe，Co，Ni，Zn等對提高汙泥活性，促進顆粒汙泥形成是有益的。

此外，惰性顆粒作為菌體附著的核，對顆粒化起著積極的作用。另外，有研究表明，投加活性炭可大大縮短汙泥顆粒化的時間；在投加活性炭後顆粒汙泥的粒徑大，並使反應器運行更加穩定。

3、SO42-

關於SO42-對顆粒汙泥的形成目前尚在討論中。據Sam-Soon的胞外多聚物假說，局部氫的高分壓是誘導微生物產生胞外多聚物從而與細菌表面之間的相互作用，通過帶電基團的靜電吸引及物理接觸等架橋作用，構成一種包含多種組分的生物絮體，從而形成顆粒汙泥的必要條件，而有硫酸鹽存在時，由於硫酸鹽還原菌對氫的快速利用，使反應器無法建立高的氫分壓，從而不利於形成顆粒汙泥。但有些國內外外學者發現處理含高硫酸鹽廢水時，會有非常薄的絲狀體產生，它可作為產甲烷絲菌附著的原始核，從此開始顆粒的形成；硫酸鹽還原產生的硫化物與一些金屬離子結合形成不溶性顆粒，可能成為顆粒汙泥生長的二次核。

4、接種汙泥及接種量

一般來說，對接種汙泥無特殊要求，但接種汙泥的不同對形成顆粒汙泥的快慢有直接影響。因此，保證汙泥的沉降性能好、厭氧微生物種類豐富、活性高，對加快顆粒汙泥的形成是十分有利的。

對接種汙泥的量，有學者研究認為，厭氧汙泥接種量為11.5kgVSS/m3（按反應區容積計算）左右時，對於迅速培養出厭氧顆粒汙泥是合適的。

5、啟動方式

採用低濃度進水，結合逐步提高水力負荷的啟動方式有利於汙泥顆粒化。這是因為低濃度進水可以有效避免抑制性生化物質的過度積累，同時較高的水力負荷可加強水力篩分作用。

6、水力負荷

這是最重要的一條，需要循序漸進。水力負荷太低，會導致大量分散汙泥過度生長，從而影響汙泥的沉降性能，甚至會導致汙泥膨脹。但水力負荷過大，會對顆粒汙泥造成剪切並會剝落未聚集細胞體的胞外多糖粘滯層而阻礙粘附聚集。因此，在啟動初期，應採用較小的水力負荷（0.05-0.1m3/m2 •h）使絮體汙泥能夠相互粘結，向集團化生長，有利於形成顆粒汙泥的初生體。當出現一定量的汙泥後，提高水力負荷至0.25 m3/m2•h以上，可以衝走部分絮體汙泥，使密度較大的顆粒汙泥沉降到反應器底部，形成顆粒汙泥層。為了儘快實現汙泥顆粒化，把水力負荷提高到0.6m3/m2•h時，可以衝走大部分的絮體汙泥。但是，提高水力負荷不能過快，否則大量絮體汙泥的過早淘汰會導致汙泥負荷過高，影響反應器的穩定運行。

電鏡下的顆粒汙泥和產甲烷絲菌

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中溫厭氧的溫度

1、40℃以下，溫度越高，活性越強（中溫厭氧）；

2、一般超過40℃，產甲烷菌嗝屁，整個系統會酸化失去處理效果（中溫厭氧）；

3、40-41℃，如果溫度較為穩定，還能勉強運行，切忌不要發生溫度波動，當然這樣做很危險；

4、30-40℃之間，理論上溫度越高越好，但是實際觀察差別不算巨大，運行時差不多就行，加溫花錢不少；

5、30℃以下，甚至不足20℃，常常是UASB運行調試失敗的重要原因；

6、溫度不足時常採用蒸汽加熱，蒸汽加到進水管或配水池內，不能直接加入厭氧反應器中。

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中溫厭氧的pH

目前最常見說法是pH控制在6.8-7.2，所以大量的厭氧調試人員拼命追求加鹼調pH的精度，其實，這與DO的內容類似，pH這也有必要搞清楚是誰的pH？

pH值6.8-7.2是綜合了中溫厭氧反應器中以產甲烷菌為主，輔以大量其他厭氧菌後，綜合得出的經驗值。這個值，是針對厭氧系統中的微生物而言，而不是針對進水出水；因為廢水經過生化反應後，pH或升或降，有些變化在所難免，這一點較好理解，那麼pH變化都有哪些情況呢，總結如下：

1、有機酸的轉化：

有機物水解成有機酸，中性變酸性，自然酸增加，pH下降；（較）長鏈脂肪酸分解為短鏈的，酸增多，pH下降，可以理解為酸化過程表現，前兩種在產甲烷受抑制時會體現較為明顯；VFA降解，有機酸變為無機的CO2，且還可以脫離水相，總之就是酸減少，pH上升，可以理解為產甲烷過程的表現，厭氧出水經過暴露跌水，會有明顯表現。

2、硫酸鹽還原：

硫酸鹽在SRB（硫酸鹽還原菌）作用下還原為H2S，增加鹼度，表現為pH的上升，但也就在6變7這個樣子。

3、有機氮釋放氨：

蛋白、胺基酸等分解，導致氨氮增加，鹼度隨之增加，pH上升，實際中蛋白水、澱粉水極常見，經常發生厭氧進水pH=4，出水pH=7。

4、甲醇產甲烷：

這個比較特別，由於產甲烷過程中生成一定的弱酸性物質CO2，所以這個產甲烷反應導致向酸性變化，但是只有在甲醇含量較高時才可能出現。

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厭氧的常見抑制

在厭氧消化階段，許多化學物質能夠影響消化過程微生物的生理活動，稱之為抑制劑，包括有揮發性脂肪酸，硫化物或硫酸鹽，氨氮，重金屬，氰化物，酸類、苯等某些有機物質，下面簡單介紹有代表性的三種。

1、VFA。

高濃度下，低pH下，有直接抑制。當然，VFA積累，本身也會促使pH下降，這就容易產生一個惡性循環，所以厭氧系統檢測出水VFA是很有必要的，一旦VFA出現不正常，而又沒採取有效的措施去控制，很可能一酸到底。不過，過分的強調VFA的抑制性就偏激了，VFA中的乙酸，可是直接產甲烷的底物。

2、氨氮。

高濃度下，高pH下，有直接抑制。一般來說，500ppm以下絕對沒問題，500-1000ppm，顆粒汙泥，運行上幾個月看起來問題也不大，但是不保證長久下來不需要更換汙泥，1000ppm以上，考慮放棄。氨氮有個附加問題，就是同時存在P和Mg時，容易發生鳥糞石結垢，這時IC比UASB有優勢，基本上只會在出水管緩慢結垢，而不是整個反應器內。

3、硫酸鹽。

可以講硫酸鹽本身沒什麼，除非上萬的濃度影響了滲透壓。但是SRB（硫酸鹽還原菌）這種細菌搞破壞，它把硫酸根轉化為H2S，還消耗產甲烷菌的碳源底物。一般來說，COD在5000mg/L，硫酸鹽在1500mg/L，顆粒汙泥運行沒問題。再高不好講了。很多水友說碳硫比在某個數值合適，這是只知其一，不知其二的說法，這種思想下做出來的厭氧實際會出麻煩。因為碳硫比合適只是保證了產甲烷可以正常進行，不至於被選擇性抑制。但是高的硫酸鹽含量下，還原形成的H2S濃度也會更高，當然，H2S在低pH下毒性更強大。

附：下表為對厭氧消化有抑制作用的物質及濃度（僅供參考）

抑制物質	濃度（mg/L）	抑制物質	濃度（mg/L）
揮發性脂肪酸	>2000	Na	3500-5000
氨氮	>1000	Cr6+	3
溶解性硫化物	>200	Cr3+	500
Ca	2500-4500	Cd	150
Mg	1000-1500	K	2500-4500

書籍推薦

最後推薦幾本關於厭氧的書籍給大家，也歡迎從事這方面的水汙師們可以推薦和分享~~

NO.1《城鎮汙水廠汙泥厭氧消化工程設計與建設》（張辰主編）

NO.2《汙水厭氧生物處理》（張元景）

NO.3《通往可持續的環境保護之路-UASB之父Gatze Lettinga的厭氧故事》

NO.4《工業廢水的厭氧生物技術》（R.E.斯皮思）

NO.5《廢水的厭氧生物處理》（賀延齡）

NO.6《厭氧處理中硫酸鹽還原菌生理生態學》（任南琪）

（整合自水世界社區yoruba版主早期答疑分享、寂寞版主所分享內容及其他內容）

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