1、目的：本手册用于厌氧生物降解工艺单元的运行管理。
厌氧生物反应概述；厌氧技术优势和不足；反应机理；厌氧反应器类型；厌氧反应器工艺控制条件；启动方式；运行管理；问题及解决措施；
手册适用于厌氧反应器操作人员、污水站技工、化验人员和管理人员，亦可供相关人员参考。
利用微生物生命过程中的代谢活动，将有机物分解为简单无机物，从而去除水中有机物污染的过程，称为废水的生物处理。根据代谢过程对氧的需求，微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提供氧的情况下，把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物包括大量的生物气（即沼气）和水。
厌氧是一种低成本废水处理技术，把废水治理和能源相结合，特别适合发展中国家使用。
4.1可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术，具有良好的社会、经济、环境效益。
4.2耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工艺1/3.
4.3回收能源,理论上讲1kgCOD可产生纯甲烷0.35m3,燃值(3.93×10-1J/m3)，高于天然气(3.93×10-1J/m3)。以日排10t COD工厂为例,按COD去除80%,甲烷为理论值80%计算，日产沼气2240m3,相当于2500m3天然气或3.85t煤,可发电5400Kwh.
4.5剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6～1/10.
4.6对N、P等营养物需求低，好氧工艺要求C：N:P=100:5:1,厌氧工艺为C:N:P=(350-500):5:1。
4.8厌氧菌可在中止供水和营养条件下，保留生物活性和沉泥性一年,适合间断和季节性运行。
4.9系统灵活,设备简单,易于制作管理，规模可大可小。
3、 初次启动缓慢，最少需8-12周以上方能转入正常水平。
厌氧反应过程是对复杂物质（指高分子有机物以悬浮物和胶体形式存在于水中）生物降解的复杂的生态系统。其反应过程可分为四个阶段：
5.1水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。例如：纤维素被纤维酶水解为纤维二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等，这些小分子的水解产物能被溶解于水，并透过细胞为细胞所利用。
5.2发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物，并分泌到细胞外。这一阶段主要产物为挥发性脂肪酸（VFA）醇类、乳酸、CO2、氢、氨、硫化氢等。
5.3产酸阶段——上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸以及新的细胞物质。
5.4产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。
a、水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。
b、发酵酸化阶段——包括氨基酸和糖类的厌氧氧化，以及较高级脂肪酸与醇类的厌氧氧化。
c、 产乙酸阶段——含有从中间产物中形成乙酸和氧气，以及氢气和二氧化碳形成乙酸。
d、产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷，以及从氧、二氧化碳形成甲烷。废水中有硫酸盐时，还会有硫酸盐还原过程，如虚线所示。
7.1温度：按三种不同嗜温厌氧菌（嗜温5-20℃
嗜温20-42℃
嗜温42-75℃）工程上分为低温厌氧(15-20℃)、中温厌氧（30-35℃）、高温厌氧（50-55℃）三种。温度对厌氧反应尤为重要，当温度低于最优下限温度时，每下降1℃，效率下降11%。在上述范围，温度在1-3℃的微小波动，对厌氧反应影响不明显，但温度变化过大（急速变化），则会使污泥活力下降，度产生酸积累等问题。
7.2 PH：厌氧水解酸化工艺，对PH要求范围较松，即产酸菌的PH应控制4-7℃范围内；完全厌氧反应则应严格控制PH，即产甲烷反应控制范围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷化速降低。
7.3氧化还原电位：水解阶段氧化还原电位为-100～+100mv，产甲烷阶段的最优氧化还原电位为-150～-400mv。因此,应控制进水带入的氧的含量，不能因以对厌氧反应器造成不利影响。
7.4营养物：厌氧反应池营养物比例为C:N:P=(350-500):5:1。
7.5有毒有害物：抑制和影响厌氧反应的有害物有三种：
7.5.1无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等，特别硫酸盐和硫化物抑制作用最为严重；
7.5.2有机化合物:非极性有机化合物，含挥发性脂肪酸(VFA)、非极性酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。
7.5.3生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。
8.1接种污泥:有颗粒污泥时,接种污泥数量大小10-15%.当没有现成的污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于颗粒污泥形成。没有消化污泥和颗粒污泥时，化粪池污泥、新鲜牛粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种，，也可用腐败污泥和鱼塘底泥作接种污泥，但启动周期较长。
污泥接种浓度至少不低10Kg·VSS/m3反应器容积，但接种污泥填充量不大于反应器容积60%。污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的其它物进入厌氧反应器内。
1、起始阶段——反应池负荷从0.5-1.0kgCOD/m3d或污泥负荷0.05-0.1kgCOD/kgVSS·d开始。进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度不大于COD5000mg/L，并按要求控制进水，最低的COD负荷为1000mg/L。进液浓度不符合应进行稀释。
进液时不要刻意严格控制所有工艺参数，但应特别注意乙酸浓度，应保持在1000mg/L以下。进液采用间断冲击形式，即每3～4小时一次，每次5-10min，之后逐步减断间隔时间至1小时，每次进液时间逐步增长20～30min。起始阶段，进水间隔时间过长时，则应每隔1小时开动泵对污泥搅拌一次，每次3～5min。
2、启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到2-5kgCOD/m3d时，这一阶段洗出污泥量增大，颗粒污泥开始产生。一般讲，从第一段到第二段要40d时间，此时容积负荷大约为设计负荷的50%。
3、启动的第三阶段——从容积负荷50%上升到100%，采用逐步增加进料数量和缩短进料间断时间来实现。衡量能否获进料量和缩短进料时间的化验指标定控制发挥性脂肪酸VFA不大于500mg/L，当VFA超过500-1000mg/L，厌氧反应器呈现酸化状态，超过1000mg/L则表明已经酸化，需立即采取措施停止进料，进行菌种驯化。一般来讲第二段到第三段也需30-40d时间。
1、启动一定要逐步进行，留有充裕的时间，并不能期望很短时间进入加料运行达到厌氧降解的目标。因为启动实际上是使细菌从休眠状态恢复，即活化的过程。启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在进行，原厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢的多。因此，这时负荷一般不能高，时间不能短，每次进料要少，间隔时间要长。
2、混合进液浓度一定要控制在较低水平，一般COD浓度为1000-5000mg/L，当超过5000mg/L，应进行出水循环和加水稀释至要求。
3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于200mg/L时，则亦应稀释至100mg/L以下才能进液。
4、负荷增加操作方式：启动初期容积负荷可从0.2-0.5kgCOD/m3·d开始，当生物降解能力达到80%以上时，再逐步加大。若最低负荷进料，厌氧过程仍不正常COD不能消化，则进料间断时间应延长24h或2-3d，检查消化降解的主要指标测量VFA浓度，启动阶段VFA应保持在3mmoL/L以下。
5、当容积负荷走到2.0kgCOD/m3d后，每次进料负荷可增大，但最大不超过20%，只有当进料增大，而VFA浓度且维持不变，或仍维持在﹤3mmoL/L水平时，进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少。
厌氧反应器内颗粒污泥形成的过程称之为颗粒污泥化，颗粒污泥化是大多数UASB反应器启动的目标和启动成功的标志。污泥的颗粒化可以使UASB反应器允许有更高的有机物容积负荷和水力负荷。一般絮状污泥的UASB负荷在10kgCOD/(m3 d)以下，而颗粒污泥UASB反应器负荷甚至可高达30～50kgCOD/(m3 d)。
据Hulshoff Pol，颗粒污泥化还具有如下优点。
1) 细菌形成颗粒状的聚集体是一个微生态系统，其中不同类型的种群组成了共生或互生体系，有利于形成细菌生长的生理生化条件并有利于有机物的降解。
3) 颗粒使发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短，对复杂有机物的降解是很重要的。
4) 在废水突然变化时（例如pH值、毒性物的浓度等），颗粒污泥能维持一个相对稳定的微环境，使代谢过程继续进行。
初次启动是对一个新建的UASB系统以未驯化的非颗粒污泥接种，使反应器达到设计负荷和有机物去除效率的过程，通过这一过程伴随着颗粒化的完成。厌氧微生物，特别是甲烷菌增值很慢，厌氧反应器的启动需要较长的时间，这被认为是高速厌氧反应器的一个不足之处。但一旦启动完成，在停止运行后的再次启动可以迅速完成。关于厌氧污泥的颗粒化和UASB的初次启动有很多深入的研究，表1是Hulshoff
Pol和Lettinga对第一次启动的若干要点总结。
| 1. 可供细菌附着的载体物质微粒对刺激和发动细胞的聚集是有益的
2. 种泥的产甲烷活性对启动的影响不大，尽管质量浓度大于60gTss/L的稠消化污泥的产甲烷活性小于较稀的消化污泥，前者却有利于UASB的初次启动
3. 添加部分颗粒污泥或破碎的颗粒污泥，也可提高颗粒化过程 |
| 在启动中必须相当充分地洗出接种污泥中较轻的污泥，保存较重的污泥，以推动颗粒污泥在其中的形成，要点如下
2. 当进液COD质量浓度大于5000mg/L时采用出水循环或稀释进液
3. 逐步增加有机负荷，有机负荷的增加应当在降解COD能被去除80％后再进行
5. 启动时稠型污泥的接种量为大约10～15kgVSS/m3；质量浓度小于40 kgVSS/m3的稀消化污泥接种量可以小一些 |
| 1. 废水浓度
低浓度有利于颗粒化的快速形成，但浓度也应当足够维持良好的细菌生长条件，最小的COD质量浓度应为1000 mg/L
3. 废水成分
溶解性碳水化合物为主要底物的废水比VFA为主的废水颗粒化过程快，当废水含有蛋白质时，应使蛋白质尽可能降解
4. 高的离子浓度（例如Ca2+、Mg2+）能引起化学沉淀（CaCO3、MgNH4PO4），由此导致形成灰分含量高的颗粒污泥 |
| 1. 在中温范围，最佳温度为38～40℃；高温范围为50～60℃
3. N、P、S等营养物质和微量元素（例如Fe、Ni、Co）应当满足微生物的需要
4. 毒性化合物应当低于抑制浓度或应给予污泥足够的驯化时间 |
接种的过程是相当简单的，由于水中的溶解氧会很快被种泥中的兼性厌氧菌消耗并形成严格的厌氧条件，所以启动时不需要严格的厌氧条件。
当没有现成的颗粒污泥时，应用最多的种泥是污水处理厂消化池的消化污泥。稠的消化污泥对于颗粒化的形成有利，从而可加快初次启动的速度。除了消化污泥之外，可用作接种的物料很多，例如牛粪和各类粪肥，下水道污泥等。一些污水沟沉淀物和富微生物的河泥也可以被用于接种，但不应当有太多砂子。污泥的接种质量浓度至少不低于10kgVSS/m3反应器容积。接种污泥的填充量应不超过反应器容积的60％。
“载体物质”对启动初期细胞聚集体系形成是有益的，但加入任何形式的填料是不需要的。这里的“载体物质”仅指细胞本身的菌胶团物质，因此这种载体物质会自然存在于各种种泥中。Hulshoff Pol在其博士论文中讨论了少量Ca2+对初次启动的作用，认为它对颗粒化的发展是有促进作用的，原因是Ca2+的沉淀会形成这种载体内核。但Ca2+的添加也不是必须的。一旦颗粒污泥形成，部分破裂的颗粒污泥碎片会成为新生的颗粒污泥的载体。
当用非颗粒污泥接种时，则应当注意反应器的操作。如前所述，为避免絮状污泥在反应器里大量生长从而妨碍颗粒污泥的形成，必须将絮状污泥和分散的细小污泥由反应器“洗出”，这是反应器完成颗粒化的先决条件。但是洗出应当是缓慢的逐步进行的过程，过度的洗出会使反应器内污泥量减少太多而导致启动失败。表2为不同温度下操作6m高的生产性UASB反应器所得到的污泥停留时间范围。 | 
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