在废水的厌氧生物处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨。在此过程中，不同的微生物的代谢过程相互影响、制约，形成复杂的生态系统，此生态系统在UASB反应系统中直观表现为颗粒污泥。有机物在废水中以悬浮物或胶体的形式存在，它们的厌氧降解过程可分为四个阶段。（1）水解阶段，微生物利用酶将大分子切割成小分子；（2）发酵（或酸化）阶段，小分子有机物被发酵菌利用，在细胞内转化为简单的化合物，这一阶段的主要产物有挥发酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨和硫化氢等；（3）产乙酸阶段，此阶段中上一阶段的产物被进一步转化为乙酸等物质；（4）产甲烷阶段，在此阶段乙酸、氢气、碳酸等被转化为甲烷、二氧化碳。上述四个阶段的进行，大分子有机物被转化为无机物，水质变好，同时微生物得到了生长。
UASB升流式厌氧污泥床反应器
升流式厌氧污泥床反应器即UASB其基本特征是在反应器的上部设置气、固、液三相分离器，下部为污泥悬浮层区和污泥床区。污水从底部流入，向上升流至顶部流出，混合液在沉淀区进行固液分离，污泥可自行回流到污泥床区，使污泥床区保持很高的污泥浓度。从构造和功能上划分，UASB反应器主要由进水配水系统、反应区（污泥床区和污泥悬浮层区）、沉淀区、三相分离器、集气排气系统、排泥系统及出水系统和浮渣清除系统组成。其工作的基本原理为：在厌氧状态下，微生物分解有机物产生的沼气在上升过程中产生强烈的搅动，有利于颗粒污泥的形成和维持。废水均匀地进入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床，在与污泥颗粒的接触过程中发生厌氧反应，经过反应的混合液上升流动进入三相分离器。沼气泡和附着沼气泡的污泥颗粒向反应器顶部上升，上升到气体反射板的底面，沼气泡与污泥絮体脱离。沼气泡则被收集到反应器顶部的集气室，脱气后的污泥颗粒沉降到污泥床，继续参与进水有机物的分解反应。在一定的水力负荷下，绝大部分污泥颗粒能保留在反应区内，使反应区具有足够的污泥量。
2．厌氧生物处理的影响因素
（1）温度。厌氧废水处理分为低温、中温和高温三类。迄今大多数厌氧废水处理系统在中温范围运行，在此范围温度每升高10℃，厌氧反应速度约增加一倍。中温工艺以30-40℃最为常见，其最佳处理温度在35-40℃间。高温工艺多在50-60℃间运行。在上述范围内，温度的微小波动（如1-3℃）对厌氧工艺不会有明显影响，但如果温度下降幅度过大（超过5℃），则由于污泥活力的降低，反应器的负荷也应当降低以防止由于过负荷引起反应器酸积累等问题，即我们常说的“酸化”，否则沼气产量会明显下降，甚至停止产生，与此同时挥发酸积累，出水pH下降，COD值升高。
注：以上所谓温度指厌氧反应器内温度
（2）pH。厌氧处理的这一pH范围是指反应器内反应区的pH，而不是进液的pH，因为废水进入反应器内，生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进液的pH值。反应器出液的pH一般等于或接近于反应器内的pH。对pH值改变最大的影响因素是酸的形成，特别是乙酸的形成。因此含有大量溶解性碳水化合物（例如糖、淀粉）等废水进入反应器后pH将迅速降低，而己酸化的废水进入反应器后pH将上升。对于含大量蛋白质或氨基酸的废水，由于氨的形成，pH会略上升。反应器出液的pH一般会等于或接近于反应器内的pH。pH值是废水厌氧处理最重要的影响因素之一，厌氧处理中，水解菌与产酸菌对pH有较大范围的适应性，大多数这类细菌可以在pH为5.0-8.5范围生长良好，一些产酸菌在pH小于5.0时仍可生长。但通常对pH敏感的甲烷菌适宜的生长pH为6.5-7.8，这也是通常情况下厌氧处理所应控制的pH范围。我公司要求厌氧反应器内pH控制在6.8-7.2之间。
进水pH条件失常首先表现在使产甲烷作用受到抑制（表现为沼气产生量降低，出水COD值升高），即使在产酸过程中形成的有机酸不能被正常代谢降解，从而使整个消化过程各个阶段的协调平衡丧失。如果pH持续下降到5以下不仅对产甲烷菌形成毒害，对产酸菌的活动也产生抑制，进而可以使整个厌氧消化过程停滞，而对此过程的恢复将需要大量的时间和人力物力。pH值在短时间内升高过8，一般只要恢复中性，产甲烷菌就能很快恢复活性，整个厌氧处理系统也能恢复正常。同时可以查看中国污水处理工程网更多技术文档。
（3）有机负荷和水力停留时间。有机负荷的变化可体现为进水流量的变化和进水COD值的变化。厌氧处理系统的正常运转取决于产酸和产甲烷速率的相对平衡，有机负荷过高，则产酸率有可能大于产甲烷的用酸率，从而造成挥发酸的积累使pH迅速下降，阻碍产甲烷阶段的正常进行，严重时可导致“酸化”。而且如果有机负荷的提高是由进水量增加而产生的，过高的水力负荷还有可能使厌氧处理系统的污泥流失率大于其增长率，进而影响整个系统的处理效率。水力停留时间对于厌氧工艺的影响主要是通过上升流速来表现出来的。一方面，较高的水流速度可以提高污水系统内进水区的扰动性，从而增加生物污泥与进水有机物之间的接触，提高有机物的去除率。另一方面，为了维持系统中能拥有足够多的污泥，上升流速又不能超过一定限值，通常采用UASB法处理废水时，为形成颗粒污泥，厌氧反应器内的上升流速一般不低于0.5m/h。
（4）悬浮物。悬浮物在反应器污泥中的积累对于UASB系统是不利的。悬浮物使污泥中细菌比例相对减少，因此污泥的活性降低。由于在一定的反应器中内能保持一定量的污泥，悬浮物的积累最终使反应器产甲烷能力和负荷下降。（引：针对于调节池内的浮渣及进入污水处理厂的污水中的悬浮物质我们在日常工作当中需采取必要的措施和手段将其除去）
UASB厌氧反应器启动分为初次启动和二次启动。初次启动指用颗粒污泥以外的其它污泥作为种泥启动的一个UASB厌氧反应器的启动过程。二次启动是指使用颗粒污泥作为种泥对UASB厌氧反应器的启动过程。我们公司现阶段反应的启动方法均为二次启动法。需注意问题如下：
1、进水负荷 二次启动的负荷可以较高，一般情况下最初进液浓度可以达到3000mg/l到5000mg/l，进水一段时间后，待COD去除率达80%以上时，适当提高进水浓度。相应流量不宜过高。我们在厌氧反应器初次启动时提倡低流量、低负荷启动，现二公司二套厌氧反应器采用此种启动方式已经成功。
2、进水悬浮物 进水悬浮物含量不能太高，否则将严重影响厌氧颗粒污泥的形成，其积累量大于微生物的增长量，最终导致厌氧污泥的活性大大下降，因为整个厌氧反应系统的容量是有限的。
3、进水种类的控制 厌氧反应器的进水需严格控制，通过驯化我们可以处理一些难处理的污污水，例如提取的洗柱水，但在整个厌氧反应系统的启动期间，此类水不能进入，否则将大大延长启动时间。在启动过程中我们也应及时了解生产情况，对启动期间的厌氧反应器进水作出相应的选择。有废水需要处理的单位，也可以到污水宝项目服务平台咨询具备类似污水处理经验的企业。
4、颗粒污泥的观察 启动期间需定期从颗粒污泥取样口提取污泥样品，观察颗粒污泥的生长情况，结合进出水COD值对厌氧反应器的启动情况做出判断。
5、出水pH值 对出水pH值做出相应记录，pH值低于6.8时需及时采取相应补救措施（调整进水负荷、必要时投加纯碱），为启动成功提供保障。
6、产气、污泥洗出情况 及时与热风炉了解沼气的产出情况，产气量小时从进水负荷、温度、颗粒污泥形成三方面进行分析，寻求解决问题的办法。
7、进水温度 控制厌氧反应器内温度在34-38℃之间，通过调节进水温度使24h内温差变化不得超过2℃。
一、 污泥颗粒化的意义
颗粒污泥即我们常说的厌氧污泥，它的形成实际上是微生物固定化的一种形式，其外观为具有相对规则的球形或椭圆形黑色颗粒。光学显微镜下观察，颗粒污泥呈多孔结构，表面有一层透明胶状物，其上附着甲烷菌。颗粒污泥靠近外表面部分的细胞密度最大，内部结构松散，粒径大的颗粒污泥内部往往有一个空腔。大而空的颗粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成为新生颗粒污泥的内核，一些大的颗粒污泥还会因内部产生的气体不易释放出去而容易上浮，以至被水流带走，只要量不大，这也为一种正常现象。
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。
厌氧反应器内的颗粒污泥其实是一个完美的微生物水处理系统。这些微生物在厌氧环境中将难降解的有机物转化为甲烷、二氧化碳等气体与水系统分离并实现菌体增殖，通过这种方式污水得到净化。这里面涉及到两类关系极为密切的厌氧菌：产酸菌和产甲烷菌。我们在3月份的培训过程中提到，产酸菌将有机物转化为挥发性有机酸，而产甲烷菌利用这些有机酸把他们转化为甲烷、二氧化碳等气体，这时污水得到净化。在这个过程中，对于净化污水来说，起关键作用的是甲烷菌，而甲烷菌对于环境的变化是相当敏感的，一旦温度、pH、有毒物质侵入、负荷等因素变化，均易引发其活力的下降，导致挥发酸积累，挥发酸积累的直接后果是系统pH下降，如此循环，厌氧反应器开始“酸化”。
二、 什么是“酸化”
UASB反应器在运行过程中由于进水负荷、水温、有毒物质进入等原因变化而导致挥发性脂肪酸在厌氧反应器内积累，从而出现产气量减小、出水COD值增加、出水pH值降低的现象，称之为“酸化”。发生“酸化”的反应器其颗粒污泥中的产甲烷菌受到严重抑制，不能将乙酸转化为甲烷，此时系统出水COD值甚至高于进水COD值，厌氧反应器处于瘫痪状态。
三、 挥发酸、碱度对厌氧反应器的运行的影响
UASB厌氧反应器启动分为初次启动和二次启动。初次启动指用颗粒污泥以外的其它污泥作为种泥启动的一个UASB厌氧反应器的启动过程。二次启动是指使用颗粒污泥作为种泥对UASB厌氧反应器的启动过程。我们公司现阶段反应的启动方法均为二次启动法。在以往的培训过程中我们着重介绍了进水负荷、反应器内温度、pH值、悬浮物质对厌氧反应器的影响，现将挥发酸（VFA）、碱度在厌氧反应器的运行过程中的作用及对pH值、产气量的影响等问题介绍如下：
1、挥发性脂肪酸
1）VFA简介
挥发性脂肪酸简称挥发酸，英文缩写为VFA，它是有机物质在厌氧产酸菌的作用下经水解、发酵发酸而形成的简单的具有挥发性的脂肪酸，如乙酸、丙酸等。挥发酸对甲烷菌的毒性受系统pH值的影响，如果厌氧反应器中的pH值较低，则甲烷菌将不能生长，系统内VFA不能转化为沼气而是继续积累。相反在pH值为7或略高于7时，VFA是相对无毒的。挥发酸在较低pH值下对甲烷菌的毒性是可逆的。在pH值约等于5时，甲烷菌在含VFA的废水中停留长达两月仍可存活，但一般讲，其活性需要在系统pH值恢复正常后几天到几个星期才能够恢复。如果低pH值条件仅维持12h以下，产甲烷活性可在pH值调节之后立即恢复。
2）VFA积累产生的原因
厌氧反应器出水VFA是厌氧反应器运行过程中非常重要的参数，出水VFA浓度过高，意味着甲烷菌活力还不够高或环境因素使甲烷菌活力下降而导致VFA利用不充分，积累所致。温度的突然降低或升高、毒性物质浓度的增加、pH的波动、负荷的突然加大等都会由出水VFA的升高反应出来。进水状态稳定时，出水pH的下降也能反能反映出VFA的升高，但是pH的变化要比VFA的变化迟缓，有时VFA可升高数倍而pH尚没有明显改变。因此从监测出水VFA浓度可快速反映出反应器运行的状况，并因此有利于操作过程及时调节。过负荷是出水VFA升高的原因。因此当出水VFA升高而环境因素（温度、进水pH、出水水质等）没有明显变化时，出水VFA的升高可由降低反应器负荷来调节，过负荷由进水COD浓度或进水流量的升高引起，也会由反应器内污泥过多流失引起。
3）VFA与反应器内pH值的关系
在UASB反应器运行过程中，反应器内的pH值应保持在6.5-7.8范围内，并应尽量减少波动。pH值在6.5以下，甲烷菌即已受到抑制，pH值低于6.0时，甲烷菌已严重抑制，反应器内产酸菌呈现优势生长。此时反应器已严重酸化，恢复十分困难。
VFA浓度增高是pH下降的主要原因，虽然pH的检测非常方便，但它的变化比VFA浓度的变化要滞后许多。当甲烷菌活性降低，或因过负荷导致VFA开始积累时，由于废水的缓冲能力，pH值尚没有明显变化，从pH值的监测上尚反映不出潜在的问题。当VFA积累至一定程度时，pH才会有明确变化。因此测定VFA是控制反应器pH降低的有效措施。
当pH值降低较多，一般低于6.5时就应采取应急措施，减少或停止进液，同时继续观察出水pH和VFA。待pH和VFA恢复正常以后，反应器在较低的负荷下运行。进水pH的降低可能是反应器内pH下降的原因，这就要看反应器内碱度的多少，因此如果反应器内pH降低，及时检查进液pH有无改变并监测反应器内碱度也是很必要的。
4）厌氧反应器启动、运行过程中需注意与VFA相关的问题
厌氧反应器运转正常的情况下，VFA的浓度小于3mmol/l，但在启动和运行过程中VFA出现一定的波动是正常的，不必太过惊慌。①厌氧反应器启动阶段，当环境因素如出水pH、罐温正常时，出水VFA过高则表时反应器负荷相对于当时的颗粒污泥活力偏高。出水VFA若高于8mmol/l，则应当停止进液，直到反应器内VFA低于3 mmol/l后，再继续以原浓度、负荷进液运行。②厌氧反应器运行阶段，运行负荷的增加可能会导致出水VFA浓度的升高，当出水VFA高于8mmol/l时，不要停止进液但要仔细观察反应器内pH值、COD值的变化防止“酸化”的发生。增大负荷后短时间内，产气量可能会降低，几天后产气量会重新上升，出水VFA浓度也会下降。但如果出水VFA增大到15mmol/l则必须把降至原来水平，并保证反应器内pH不低于6.5，一旦降至6.5以下，则有必要加碱调节pH。
2、碱度
1）碱度简介
碱度不是碱，广义的碱度指的是水中强碱弱酸盐的浓度，它在不同的pH值下的存在形式不同（弱酸跟上的H数目不同），能根据环境释放或吸收H离子，从而起到缓冲溶液中pH变化的作用，使系统内pH波动减小。碱度是不直接参加反应的。碱度是衡量厌氧系统缓冲能力的重要指标，是系统耐pH冲击能力的衡量标准。因此UASB在运行过程中一般都要监测碱度的。操作合理的厌氧反应器碱度一般在2000-4000mg/l，正常范围在1000-5000mg/l。（以上碱度均以CaCO3计）
2）碱度对UASB颗粒污泥的影响
碱度对UASB颗粒污泥的影响表现在两个方面：一是对颗粒化进程的影响；二是对颗粒污泥产甲烷活性(SMA)的影响。碱度对颗粒污泥活性的影响主要表现在通过调节pH值(即通过碱度的缓冲作用使pH值变化较小)使得产甲烷菌呈不同的生长活性。在一定的碱度范围内，进水碱度高的反应器污泥颗粒化速度快，但颗粒污泥的SMA低；进水碱度低的反应器其污泥颗粒化速度慢，但颗粒污泥的SMA高。因此，在污泥颗粒化过程中进水碱度可以适当偏高(但不能使反应器的pH＞8.2，这主要是因为此时产甲烷菌会受到严重抑制)以加速污泥的颗粒化，使反应器快速启动；而在颗粒化过程基本结束时，进水碱度应适当偏低以提高颗粒污泥的SMA。
几个常见问题
1、 厌氧反应器是否极易酸化
厌氧反应器是否极易酸化？回答是否定的。UASB厌氧反应器作为一种高效的水处理设施，其系统自身有着良好的调节系统，在这个调节系统中，起着关键作用的是碳酸氢根离子，即我们通常说的碱度，它的主要作用是调节系统的pH，防止因pH值的变化对产甲烷菌造成影响。因此只要我们科学、合理操作，就可以确保厌氧反应器正常、高效运行。
2、 罐温变化
对一个厌氧反应器来说，其操作温度以稳定为宜，波动范围24h内不得超过2℃。水温对微生物的影响很大，对微生物和群体的组成、微生物细胞的增殖，内源代谢过程，对污泥的沉降性能等都有影响。对中温厌氧反应器，应该避免温度超过42℃，因为在这种温度下微生物的衰退速度过大，从而大大降低污泥的活性。此外，在反应器温度偏低时，应根据运行情况及时调整负荷与停留时间，反应器运行仍可稳定，但此时不能充分发挥反应器的处理能力，否则将导致反应器不能正常运行。
罐温的突然变化，易造成沼气中甲烷气体所占比例减少，CO2增多，而且我们可以在厌氧反应器液面看到一些半固半液状且不易破的气泡。
3、 进水pH值
在厌氧反应器正常运行时，进水pH值一般在6.0以上。在处理因含有有机酸而使偏低的废水时，正常运行时，进水pH值可偏低，如4~5左右；若处理因含无机酸而使pH值低的废水，应将进水pH值调到6以上。当然具体的控制还要根据反应器的缓冲能力而定，也决定于厌氧反应的驯化程度。
4、 厌氧反应器内污泥流失的原因及控制措施
UASB反应器设置了三相分离器，但在污泥结团之前仍带有一定污泥，在启动过程中逐渐将轻质污泥洗出是必要的。污泥颗粒化是一个连续渐进过程，即每次增加负荷都增大其流体流速和沼气产量，从而加强了搅拌筛选作用，小的、轻的颗粒被冲击出反应器，这个过程并不要使大量污泥冲出，要防止污泥过量流失。一般来说，反应器发生污泥流失可分为三种情况：1）污泥悬浮层顶部保持在反应器出水堰口以下，污泥的流失量将低于其增殖量。2）在稳定负荷条件下，污泥悬浮层可能上升到出水堰口处，这时应及时排放剩余污泥。3）由于冲击负荷及水质条件突然恶化（如负荷突然增大等）要导致污泥床的过度膨胀。在这种情况下污泥可能出现暂时性大量流失。
控制反应器的有机负荷是控制污泥过量流失的主要办法。提高污泥的沉降性能是防止污泥流失的根本途径，但需要一个过程。为了减少出水带走的厌氧污泥，因此公司UASB厌氧反应器后设置了初沉池。设置初沉池的好处在于：①可以加速反应器内污泥积累，缩短启动时间；②去除出水悬浮物，提高出水水质；③在反应器发生冲击而使污泥大量上浮时，可回收流失污泥，保持工艺的稳定性；④减少污泥排放量。
5、 颗粒污泥的搅拌
UASB厌氧反应器内颗粒污泥与污水中有机物质的充分接触使其具有了很高的水处理效率。“充分接触”的前提需要很好的搅拌作用。UASB厌氧反应器在运行过程中这种搅拌作用主要来自两个方面，一是污水在厌氧反应器内向上流动过程中产生的搅动作用，二是颗粒污泥中产甲烷菌产出气体过程中产生的搅动作用。可以理解的是由污水流动产生的搅动作用方向是单一的，只是向上的，而由沼气产生的搅动作用方向则是多样的，更利于颗粒污泥与污水中有机物质的接触。因此我们在运行过程中应注意保证厌氧反应器正常运行，否则光靠大流量的冲击来达到搅拌的作用往往事与愿违，而且造成厌氧反应器负荷的波动。
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