UASB厌氧反应器

UASB厌氧反应器

-般的工业废水温度难以达到35℃，需要加热（尤其在冬季）。因此，为节约加温所需能量，一方面要注意保温（包括采取加大回流量等措施），尽可能防止反应器热量散失，另一方而要充分发挥反应器内污泥浓度较大的特点，尽可能提高反应器内污泥浓度，减弱温度对厌氧反应的影响。

沼气要及时效地排出。厌氧消化过程必定伴随着沼气的产生，沼气对污泥可以起到搅拌和，促进污水与污泥的混合接触，这是其利的一面。同时，沼气的存在也会起到类似浮渣的，沼气向上溢出时将部分污泥带到液面．导致浮渣的产生和出水中悬浮物含量增加及水质变差。因此，要设置气体挡板和集气罩，将沼气从厌氧消化装置内引出，在出水堰附近留足够的沉淀区，以出水水质。

污泥负荷要适当。为保持厌氧消化过程三个阶段的平衡，使挥发性脂肪酸等中间产物的生成与消耗平衡，防止酸积累导致pH值下降，进水机负荷不宜过高，一般不0.5kgCODcr/(kgMLSS•d)。可以通过提高反应器内污泥浓度，在保持相对较低的污泥负荷条件下，获得较高的容积负荷。一般来说，厌氧消化装置的容积负荷都在5kg CODcr/(m3•d)以上，甚高达50kg CODcr/( m3•d)。

厌氧生物反应器的

(1)氧化还原电位：利用测定氧化还原电位的方法判定厌氧反应器内的多个氧化还原组分系统是否平衡状态，虽然这种方法可靠性较差，但由于氧化还原电位测定简单，和其他监测指结合起来，一定的指导意义。

(2)丙酸盐和乙酸盐浓度比：如果厌氧反应器机负荷过正常范围，在其他运行参数发生变化之前，丙酸盐和乙酸盐浓度之比会立即升高。因此可以将丙酸盐和乙酸盐浓度之比作为厌氧反应器负荷引起运行异常的灵敏而可靠的警示指。

(3)挥发性酸VFA:挥发性酸的异常升高是厌氧反应器中产甲烷菌代谢受到抑制的较效指。

(5)甲硫醇：甲硫醇气味，即使含很低，人们也能凭嗅觉感觉出来。甲硫醇含量突然增加（气味突然出现或加大）往往表明进水中氯代烃类毒物质含量突然增加。

(6)一氧化碳CO: CO的产生与甲烷的产生密切相关，CO难溶于水，可以实现在线监测。气相中CO的含量和液相中乙酸盐的浓度良好的相关性，CO的含量变化与重金属和由机毒性所引起的抑制也关系。

4．厌氧生物反应器维持率的基本条件

(1)适宜的pH值：为使厌氧顺利进行，反应器中的pH值必须在6.5～8.2之间。

(2)充足的常规营养：反应器内氮的浓度必须在40～70mg/L范围内才能满足需要，而磷和硫化物维持较低的浓度即可满足需要。甲烷菌对硫化物和磷专性需要，必须在反应器内其含量，时需要向进水中投加磷肥和硫酸盐。

厌氧消化的发酵条件控制

营养与环境条件

厌氧要求机物浓度较高，一般大于1000mg/L以上。所以厌氧适于处理高浓度机废水和污泥处理。和好氧生物处理一样，厌氧处理也要求供给面的营养，但好氧细菌增殖快，机物50~60%用于细菌增殖，故对N、P要求高;而厌氧增殖慢，BOD5~10%用于合成菌体，对N、P要求低。

COD∶N∶P=200∶5∶1或C∶N=12~16

(好氧COD∶N∶P=100∶5∶1)

厌氧过程对环境条件要求比较严格:

Ⅰ、氧化还原电位(φE)与温度

氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在:Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+会使体系中电位升高，对厌氧消化不利。

高温消化--500~600mv，50~55℃

中温消化--300~380mv，30~38℃

产酸菌对氧还-还电位要求不甚严格+100~-100mv

产甲烷菌对氧还-还电位要求严格<-350mv

Ⅱ、pH及碱度

pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态，原液本身的pH和发酵系统中产生的CO2分压(20.3~40.5kpa)，正常发酵pH=7.2~7.4，机负荷太大，水解和酸化过程的生化速率大大过产气速率。将导致水解产物机酸的积累使pH下降，抑制甲烷菌的机能，使气化速率锐减，所以原液pH=6~8，发酵过程机酸浓度不过3000mg/L为佳(以乙酸计)。

HCO3-及NH3是形成厌氧处理系统碱度的主要原因，高的碱度具较强的缓冲能力，一般要求碱度2000mg/L以上，NH3浓度50~200mg/L为佳。

Ⅲ、毒物--凡对厌氧处理过程起抑制和毒害的物质都可称为毒物，机酸浓度不应使消化液pH<6.8;不应高于1500mg/L，其它阴离子浓度参见 P148表9-2。

折叠工艺操作条件

Ⅰ、生物量--大小以污泥浓度表示，一般介于10~30gvss/L之间，为防止反应器中污泥流失，可采用装入填料介质使细菌附着挂膜，调节水流速度或污泥回流量。

Ⅱ、负荷率--表示消化装置处理能力的一个参数，负荷率三种表示方法:

①容积负荷率--反应器单位效容积在单位时间内接纳的机物量kg/m3•d。

②污泥负荷率--反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的机物量kg/kg•d。

③投配率--每天向单位效容积投加的材料的体积m3/m3•d。

投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为d(天)，投配率池可用百分率表示。

负荷率的影响:

①当机物负荷率很高时，营养充分，代谢产物机酸产量很大，过甲烷菌的吸收利用能力，机酸积累pH下降，是低效不稳定状态。

②负荷率适中，产酸细菌代谢产物中的机物(机酸)基本上能被甲烷菌及时利用，并转化为沼气，残存机酸量为几百毫克/升。pH=7~7.5，呈弱碱性，是稳定发酵状态。

③当机负荷率小，供给养料不足，产酸量偏少，pH>7.5是碱性发酵状态，是低效发酵状态。

发酵或酸化阶段

发酵可定义为机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程中溶解性机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。

在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌（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。发酵细菌大多数是严格厌氧菌，但通常约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。

在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时能可以进行。但是产甲烷过程pH值的范围在6.5～7.5之间，因此pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。

这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。

甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷的过程两种不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。

主要的产甲烷过程反应：

CH3COO-+H2O－>CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL

HCO3-+H++4H2－>CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL

4CH3OH－>3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL

4HCOO-+2H+－>CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

在甲烷的形成过程中，主要的中间产物是甲基辅酶M（CH3-S-CH2-SO3-）。

需要指出的是：一些书把厌氧消化过程分为三个阶段，把*、二阶段合成为一个阶段，称为水解酸化阶段。在这里我们则认为分为四个阶段能更清楚反应厌氧消化过程。

厌氧污水处理工艺的基建投资一般情况下比氧化沟和 SBR 工艺高，但随着规模的增大，氧化沟和 SBR 的基建费也成倍增加，而常规活性污泥法的投资则以较小的比例增加，两者的差距越来越小。当污水达到一定规模后，常规活性污泥法的投资比氧化沟与 SBR 还省，所以，污水规模越大，常规活性污泥法的就越大。常规活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺特点是处理单元多，操作管理复杂，别是污泥厌氧消化要求高水平的管理，消化过程产生的沼气是可燃易爆气体，更要求安操作，这些都增加了管理的难度。但由于大型污水背靠大城市，技术力量强，管理水平较高，能满足这种要求，因而常规活性污泥法的缺特点不会成为限制使用的因素。

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