厭氧消化的生化階段

　　第Ⅰ階段–水解產(chǎn)酸階段
　　污水中不溶性大分子有機物，如多糖、淀粉、纖維素、烴類（烷、烯、炔等）水解，主要產(chǎn)物為甲、乙、丙、丁酸、乳酸；緊接著氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的書又把水解產(chǎn)酸分為二個階段）。

　　第Ⅱ階段–厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣階段
　　第Ⅰ階段產(chǎn)物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和CO2+H2等小分子有機物在產(chǎn)甲烷菌的作用下，通過甲烷菌的發(fā)酵過程將這些小分子有機物轉(zhuǎn)化為甲烷。所以在水解酸化階段COD、BOD值變化不很大，僅在產(chǎn)氣階段由于構(gòu)成COD或BOD的有機物多以CO2和H2的形式逸出，才使廢水中COD、BOD明顯下降。
　　在酸化階段，發(fā)酵細菌將有機物水解轉(zhuǎn)化為能被甲烷菌直接利用的第1類小分子有機物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第2類為不能被甲烷菌直接利用的有機物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厭氧消化或發(fā)酵到此結(jié)束。如果繼續(xù)全厭氧過程，則產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌將第2類有機物進一步轉(zhuǎn)化為氫氣和乙酸。
　　第Ⅱ階段生化過程是產(chǎn)甲烷細菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基質(zhì)通過不同途徑轉(zhuǎn)化為甲烷，其中最主要的基質(zhì)為乙酸。

發(fā)酵條件控制

（1）營養(yǎng)與環(huán)境條件

　　厭氧要求有機物濃度較高，一般大于1000mg/L以上。所以厭氧適于處理高濃度有機廢水和污泥處理。和好氧生物處理一樣，厭氧處理也要求供給全面的營養(yǎng)，但好氧細菌增殖快，有機物有50～60%用于細菌增殖，故對N、P要求高；而厭氧增殖慢，BOD僅有5～10%用于合成菌體，對N、P要求低。
　　 COD∶N∶P＝200∶5∶1或C∶N＝12～16
　　（好氧COD∶N∶P＝100∶5∶1）

　　厭氧過程對環(huán)境條件要求比較嚴格：

　?、?、氧化還原電位（φE）與溫度
　　氧的溶入和氧化態(tài)、氧化劑的存在：Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+會使體系中電位升高，對厭氧消化不利。
　　高溫消化–500～600mv，50～55℃
　　中溫消化–300～380mv，30～38℃
　　產(chǎn)酸菌對氧還-還電位要求不甚嚴格＋100～－100mv
　　產(chǎn)甲烷菌對氧還-還電位要求嚴格＜－350mv

　?、?、pH及堿度
　　 pH主要取決于三個生化階段的平衡狀態(tài)，原液本身的pH和發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)生的CO2分壓（20.3～40.5kpa），正常發(fā)酵pH＝7.2～7.4，有機負荷太大，水解和酸化過程的生化速率大大超過產(chǎn)氣速率。將導致水解產(chǎn)物有機酸的積累使pH下降，抑制甲烷菌的生理機能，使氣化速率銳減，所以原液pH＝6～8，發(fā)酵過程有機酸濃度不超過3000mg/L為佳（以乙酸計）。
　　HCO3-及NH3是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要原因，高的堿度具有較強的緩沖能力，一般要求堿度2000mg/L以上，NH3濃度50～200mg/L為佳。

　　 Ⅲ、毒物–凡對厭氧處理過程起抑制和毒害作用的物質(zhì)都可稱為毒物，無機酸濃度不應使消化液pH＜6.8；氨氮濃度不宜高于1500mg/L，其它化學物質(zhì)的抑制濃度見下表。一般來說，多數(shù)毒物對甲烷細菌的毒性比對其它細菌的毒性要大。

（2）工藝操作條件

　?、?、生物量–大小以污泥濃度表示，一般介于10～30gvss/L之間，為防止反應器中污泥流失，可采用裝入填料介質(zhì)使細菌附著掛膜，調(diào)節(jié)水流速度或污泥回流量。

　?、?、負荷率–表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)，負荷率有三種表示方法：
　　 ①容積負荷率–反應器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機物量kg/m3·d。
　　 ②污泥負荷率–反應器內(nèi)單位重的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機物量kg/kg·d。
　?、弁杜渎?#8211;每天向單位有效容積投加的材料的體積m3/m3·d。
　　投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d（天），投配率池可用百分率表示。
　　負荷率的影響：
　?、佼斢袡C物負荷率很高時，營養(yǎng)充分，代謝產(chǎn)物有機酸產(chǎn)量很大，超過甲烷菌的吸收利用能力，有機酸積累pH下降，是低效不穩(wěn)定狀態(tài)。
　?、谪摵陕蔬m中，產(chǎn)酸細菌代謝產(chǎn)物中的有機物（有機酸）基本上能被甲烷菌及時利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，殘存有機酸量僅為幾百毫克/升。pH＝7～7.5，呈弱堿性，是高效穩(wěn)定發(fā)酵狀態(tài)。
　?、郛斢袡C負荷率小，供給養(yǎng)料不足，產(chǎn)酸量偏少，pH＞7.5是堿性發(fā)酵狀態(tài)，是低效發(fā)酵狀態(tài)。

　?、蟆囟瓤刂?#8211;發(fā)酵要求較高的溫度，每去除8000mg/L的COD所產(chǎn)沼氣，能使水溫升高10℃，一般工藝設(shè)計中溫消化30～35℃。

　　Ⅳ、pH的控制–當液料pH＜6.5或高于8.0，則要調(diào)整液料pH。
　　　　pH＜6.8～7，應減少有機負荷率，
　　　　pH＜6.5，應停止加料，必要時加入石灰中和

　　水解（酸化）-好氧處理系統(tǒng)中的水解（酸化）段的目的，對于城市污水是將原水中的非溶解態(tài)有機物截留并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機物；對于工業(yè)廢水處理，主要是將其中難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到馕镔|(zhì)，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧生物處理。水解工藝的開發(fā)過程是從低濃度城市污水開始的，與高濃度廢水的厭氧消化中的水解、酸化過程是不同的。在連續(xù)厭氧過程中水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段（產(chǎn)酸相）是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開，以便形成各自的最佳環(huán)境。因此，盡管水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段、兩相法厭氧發(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸相和混合厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸過程均產(chǎn)生有機酸，但是由于三者的處理目的的不同，各自的運行環(huán)境和條件有著明顯的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）氧化還原電位（Eh）不同
　　在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一個反應器中，整個反應器的氧化還原電位（Eh）的控制必須首先滿足對Eh要求嚴格的甲烷菌，一般為300mV以下，因此，系統(tǒng)中的水解（酸化）微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在-300–100mV之間。水解（酸化）-好氧處理工藝中的水解（酸化）段為一典型的兼性過程，只要Eh控制在0mV左右，該過程即可孫里進行。

（2）pH值不同
　　在厭氧消化系統(tǒng)中，消化液的pH值控制在甲烷菌生長的最佳pH值范圍，一般為6.8-7.2。在兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之間，在酸化反應器pH值降低時，丙酸的相對含量增大，而丙酸對后續(xù)的甲烷相中的產(chǎn)甲烷菌將產(chǎn)生強烈的抑制作用。對于水解（酸化）-好氧處理系統(tǒng)來說，由于濃度低不存在酸的抑制問題，因此，可以不控制pH值的范圍，一般pH在6.5-7.5之間。

（3）溫度不同
　　三種工藝對溫度的控制也不同，通常厭氧消化系統(tǒng)以及兩相厭氧消化系統(tǒng)的溫度均嚴格控制，要么中溫消化（30-35℃），要么高溫消化（50-55℃）。而水解處理工藝對溫度無特殊要求，通常在常溫下運行，也可獲得較為滿意的水解（酸化效果）。
　　由于反應條件不同，三種工藝系統(tǒng)種優(yōu)勢菌群也不相同。在厭氧消化系統(tǒng)種，由于嚴格地控制在厭氧條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群為專性厭氧菌，因此完成水解（酸化）的微生物主要為厭氧微生物。水解（酸化）工藝控制在兼性條件下，系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群也是厭氧微生物，但以兼性微生物為主，完成水解（酸化）過程的微生物相應也主要為厭氧（兼性）菌。對于兩相厭氧消化系統(tǒng)中的產(chǎn)酸相，微生物的優(yōu)勢菌群隨控制的氧化還原電位不同而變化。當控制的電位較低時，完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為厭氧菌；當控制的電位較高時，則完成水解、產(chǎn)酸的微生物主要為兼性菌。

　　需要說明的是，水解-好氧工藝中的水解（酸化）過程與好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝A段中發(fā)生的水解過程也是有較大區(qū)別的。這表現(xiàn)在以下兩個方面：

　　首先是菌種不同，如上所述在水解工藝中的優(yōu)勢菌群是厭氧微生物，以兼性微生物為主，而在好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝A段中的優(yōu)勢菌是以好氧菌為主，僅僅部分兼性菌參加反應；

　　其次，在反應器內(nèi)的污泥濃度不同，水解工藝采用的是升流式反應器，其中污泥濃度可以達到15-25g/L，而好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝中從二沉池回流的污泥濃度一般最高為5g/L，并且以好氧菌為主。以上的差別造成了水解工藝是完全水解，而好氧AO（HO）、A2O和AB等工藝中A段僅僅發(fā)生部分水解。

　　H：濾池的濾料厚度，即濾池的有效深度，對于生活污水可取2m。
　　S₀：濾池進水的有機物濃度，mg/L
　　Q：流入濾池的污水設(shè)計流量，m³/d，一般采用平均流量，若流量小或變化大時，采用最高流量。水力負荷一般在1-3m³/m²·d。

（二）高負荷生物濾池設(shè)計負荷：
　　處理城市污水時，在正常氣溫下，表面水力負荷以濾池面積計，宜為10~30m³/m²·d；五日生化需氧量容積負荷以填料體積計，不宜大于1.2kg/m³·d。濾層高度2m。進水的BOD5應小于200mg/L，否則需要采用回流處理水的措施。

（三）塔式生物濾池設(shè)計負荷：
　　濾層總厚度一般宜為8-12m；每層高度不宜超過2.5m；水力負荷80-200m³/m²·d，BOD容積負荷1.0-2.0kg/m³·d。 進水的BOD5宜控制在500mg/L以下，否則應采用處理水回流措施。當進水BOD5在250mg/L時，填料總高度為8m，進水BOD5每增加50mg/L直至500mg/L時，填料高度增加2m。

（四）接觸氧化工藝
　　池體總高度一般為4.5-5.0m，其中填料高度為2.0-3.5m，底部布氣層高度為0.6-0.7m，頂部穩(wěn)定水層為0.5-0.6m。

　　BOD5容積負荷：
　　　　國內(nèi)：當處理生活污水（或以生活污水為主的城市污水）或處理印染廢水時，Nw=3.0-4.0kg/m³·d和1.0-2.0kg/m³·d； 城市污水處理排放標準要求BOD5分別為30mg/L和10mg/L時，的取值分別為5.0 kg/m3·d和2.0kg/m³·d；
　　　　國外：當城市污水二級處理時，Nw=1.2-2.0kg/m³·d，當處理水BOD5要求達到30mg/L以下時,=0.8kg/m³·d；當進行三級處理時，=0.12-0.18kg/m³·d；當要求處理水BOD5要求達到10mg/L以下時，=0.2kg/m ³·d。接觸氧化池內(nèi)溶解氧量一般維持在2.5-3.5mg/L，氣水比為15:1-20:1。采用穿孔管曝氣時，曝氣風管干管風速10-15m/s，支管4-5m/s。在使用生物填料時，填料的充填率根據(jù)接觸氧化工藝的不同，充填率一般為30~60%。

1. 剛開始培養(yǎng)活性污泥時；

2. 水中有大量難降解的合成洗滌劑時；

3. 泥齡過長或過短時；

4. 陰天氣壓較低時；

5. 冬季氣溫與水溫溫差較大以及水中油脂量較大時。

解決方法：

1、噴水法

2、投加機油方法

3、加大污泥回流量

4、加大污泥外排量

5、減少曝氣量

6、加消泡劑

7、降低進水負荷

根據(jù)具體情況選擇一種或幾種方法。

不過，需要特別注意的是：

對生化處理，消泡劑要慎用，注意用量，以免影響生化池的微生物。

1、吸附脫色
吸附脫色技術(shù)是依靠吸附劑的吸附作用來脫除色度。通常采用的吸附劑包括可再生吸附劑如活性炭、離子交換纖維等和不可再生吸附劑如各種天然礦物 ( 膨潤土、硅藻土 ) 、工業(yè)廢料 ( 煤渣、粉煤灰 ) 及天然廢料 ( 木炭、鋸屑 ) 等。目前用于吸附脫色的吸附劑主要靠物理吸附，但離子交換纖維、改性膨潤土等也有化學吸附作用。

2、絮凝脫色
混凝脫色是利用絮凝劑絮凝廢水中的成色物質(zhì)沉淀而進行脫色。
絮凝脫色技術(shù)，投資費用低，設(shè)備占地少，處理量大，是一種被普遍采用的脫色技術(shù)。
2.1 無機混凝劑包括金屬鹽類和無機高分子絮凝劑。廣泛使用的金屬鹽類有鋁鹽和鐵鹽；無機高分子絮凝劑是在傳統(tǒng)的金屬鹽絮凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類新型水處理藥劑，具有適應性強、無毒，并可成倍提高效能而相對價廉等優(yōu)勢，受到了迅速發(fā)展和廣泛應用。
2.2 有機高分子絮凝劑 , 聚丙烯酰胺（ PAM ）的應用最多，它有非離子型、陽離子型和陰離子型三種。

3 、 氧化法脫色
化學氧化法脫色是指用氯、 ClO2 、 O3 、 H2O2 、 HClO4 及次氯酸鹽等的氧化性，在一定條件下使廢水中的發(fā)色基團發(fā)生斷裂或改變其化學結(jié)構(gòu)，從而達到廢水脫色的目的。 氧化法包括化學氧化、光催化氧化和超聲波氧化。雖然具體工藝不同，但脫色機制卻是相同的?；瘜W氧化是目前研究較為成熟的方法。氧化劑一般采用 Fenton 試劑 (Fe2+-H2O2) 、臭氧、氯氣、次氯酸鈉等。

4 、生物法脫色
生物法脫色是利用微生物酶來氧化或還原有色分子，破壞其不飽和鍵及發(fā)色基團來達到 脫色目的。

5 、電化學法脫色
電化學法是通過電極反應使廢水得到凈化。根據(jù)電極反應方式劃分，電化學方法可細分為內(nèi)電解法、電絮凝和電氣浮法、電氧化法。最著名的內(nèi)電解法是鐵屑法。

6 、膜分離法脫色
在廢水處理領(lǐng)域中，膜分離法是用人工合成或天然的高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對水中污染物進行選擇性分離，從而使廢水得到凈化的技術(shù)。

工藝選擇

經(jīng)過多年的實踐，對于各個企業(yè) 污水處理站的實地考察和工藝改造，基本上確定了一套高效率、低成本的基本運行模式（在這個基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)實際情況可以增減），使得出水能夠確保達標排放。

廢水一般采用：” 物化沉淀（或氣?。珔捬酰ɑ蚣嫜酰醚酰锘恋?#8221; 的組合工藝。

在上面的工藝中，第一步的物化沉淀采用的是一種絮凝脫色劑配合以 PAM 助凝，不僅通過絮凝有效去除 40% 以上的 COD 和其它如懸浮物、氨氮等，同時，其特有的脫色作用，第一步即可使廢水達到無色或淺色！成本僅僅零點幾元，為低成本運行奠定基礎(chǔ)。

在生化出水后，很多企業(yè)，其它各項指標均能達標，唯獨色度存在，一般為淺黃色或棕色。比如：焦化廢水、印染廢水。造紙廢水等。有實力的單位可以采用活性炭過濾吸附或 ClO2 、 O3 氧化脫色甚至膜分離脫色。但是，大家都很清楚，這些都是投資大運行成本比較高的！我們通過對比實踐，從眾多的藥劑中優(yōu)選出一種專用生化出水脫色劑。根據(jù)不同出水的色度，添加量成本控制在最低的情況下，使出水色度完全達標。

綜上所述，在眾多企業(yè)苦于色度的困擾時，不妨在脫色藥劑上多多實驗，在低成本運營的前提下解決色度問題，避免高投資！

　　二級處理，主要去除污水中呈膠體和溶解狀態(tài)的有機污染物質(zhì)（ BOD 、 COD ），去除率可達 90% 以上，使有機污染物達到排放標準；

　　三級處理，是在一級、二級處理后，進一步處理難降解的有機物、磷和氮等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機物等。主要方法有生物脫氮除磷法，混凝沉淀法，砂濾法，活性炭吸附法，離子交換法和電滲析法等。