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厭氧反應(yīng)器技術(shù)問答。

1.厭氧反應(yīng)器出現(xiàn)泡沫、化學(xué)沉淀等不良現(xiàn)象的原因是什么？
厭氧反應(yīng)器有時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，呈半液體半固體狀。嚴(yán)重時(shí)可充滿氣相空間，帶入沼氣管道，使沼氣系統(tǒng)運(yùn)行困難。
產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，因?yàn)榕菽�主要是CO2輸出過多形成的。當(dāng)反應(yīng)器發(fā)生溫度波動(dòng)或負(fù)荷突變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，CO2產(chǎn)量增加，進(jìn)而導(dǎo)致泡沫產(chǎn)生。如果操作的不穩(wěn)定因素及時(shí)消除，氣泡現(xiàn)象一般會(huì)消失。厭氧污泥培養(yǎng)初期，由于CO2產(chǎn)量大，甲烷產(chǎn)量小，也會(huì)出現(xiàn)泡沫。隨著甲烷細(xì)菌培養(yǎng)的成熟，CO2產(chǎn)量會(huì)降低，泡沫一般會(huì)逐漸消失。進(jìn)水中的蛋白質(zhì)是泡沫產(chǎn)生的原因之一，微生物代謝過程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物也會(huì)降低水的表面張力，產(chǎn)生氣泡。厭氧生物處理產(chǎn)生的大量氣體會(huì)產(chǎn)生類似于好氧處理的曝氣形成氣泡，負(fù)荷突然增加導(dǎo)致的產(chǎn)氣量突然增加也可能產(chǎn)生氣泡。
碳酸鈣(CaCO3)沉淀:處理后的廢水中鈣含量高或使用石灰補(bǔ)充堿度會(huì)增加碳酸鈣沉淀的可能性。高濃度的碳酸氫鹽和磷酸鹽有利于鈣的沉淀。
鳥糞石沉淀:當(dāng)進(jìn)水中含有高濃度的溶解正磷酸鹽、氨氮和鎂離子時(shí)，會(huì)產(chǎn)生鳥糞石沉淀。厭氧處理系統(tǒng)中鳥糞石沉淀主要發(fā)生在管道彎頭、水泵進(jìn)口和二沉池進(jìn)出口處。
2.厭氧生物處理的三個(gè)階段是什么？
理論研究認(rèn)為，厭氧消化過程分為三個(gè)階段:水解發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸制氫階段和產(chǎn)甲烷階段。
水解發(fā)酵階段和醋酸制氫階段也可稱為酸發(fā)酵階段。在這個(gè)階段，污水中復(fù)雜的有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的有機(jī)物，如有機(jī)酸、醇類等。，以及無(wú)機(jī)物如CO2、NH3、H2S等。，在酸分解菌或產(chǎn)酸菌的作用下。由于有機(jī)酸的積累，污水的pH值降到6以下。之后，由于有機(jī)酸和含氮化合物的分解，產(chǎn)生碳酸鹽和氨，使酸度降低，pH值提高到6.6~6.8左右。
(1)水解酸化階段。污水中的復(fù)雜大分子和不溶性有機(jī)物在胞外酶的作用下水解成小分子和可溶性有機(jī)物，然后滲入細(xì)胞，水解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇和醛類等。
⑵制氫和醋酸生產(chǎn)階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)酸細(xì)菌的作用下，各種有機(jī)酸分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。
(3)產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。
3.厭氧消化和COD轉(zhuǎn)化率的三個(gè)階段是什么？

4.水解酸化有什么優(yōu)勢(shì)？
(1)罐體不需要密封或三相分離器，操作管理方便簡(jiǎn)單。
⑵大分子有機(jī)物水解酸化形成生物降解性好的小分子有機(jī)物，即水解酸化可以改變?cè)�污水的生物降解性，從而減少反應(yīng)時(shí)間和處理能耗。
⑶水解酸化屬于厭氧處理的前期，沒有達(dá)到厭氧發(fā)酵的末期，所以出水沒有厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的難聞氣味，改善了污水處理廠的環(huán)境。
(4)水解酸化反應(yīng)時(shí)間短，所需構(gòu)筑物體積小，一般相當(dāng)于沉淀池，可以節(jié)省資金投入。
⑸時(shí)間酸化對(duì)固體有機(jī)物有很好的降解效果，產(chǎn)生的剩余污泥很少，實(shí)現(xiàn)了污泥和污水的一次性處理，具有消化池的部分功能。
5.厭氧生物處理的主要特點(diǎn)是什么？
(1)能耗低:由于厭氧生物處理不需要供氧，能耗約為好氧活性污泥法的1/10，還可以產(chǎn)生熱值較高的甲烷氣體(CH4)。每去除1個(gè)1gCODcr，可產(chǎn)生0.35標(biāo)準(zhǔn)升甲烷或0.7標(biāo)準(zhǔn)升沼氣。沼氣熱值為22.7KJ/L，甲烷熱值為39300kJ/m3，天然氣熱值為34300kJ/m3。
⑵污泥產(chǎn)量低:由于厭氧微生物的增殖率遠(yuǎn)低于好氧微生物，好氧生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥為每1kggcodcr0.25~0.6kg，而厭氧生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥僅為每1kggcodcr0.02~0.18kg。
⑶能完全或部分降解一些好氧生物處理系統(tǒng)無(wú)法降解的大分子有機(jī)物。
⑶厭氧微生物對(duì)溫度、PH等環(huán)境因素的變化更加敏感，厭氧生物處理系統(tǒng)難以運(yùn)行和管理。
⑸水溫適應(yīng)性廣:好氧處理水溫在10~35℃之間，溫度高時(shí)應(yīng)采取降溫措施；但厭氧處理可以適應(yīng)較寬的水溫范圍，包括低溫厭氧(10~30℃)、中溫厭氧(30~40℃)、高溫厭氧(50~60℃)。
6.厭氧生物處理的影響因素有哪些？
(1)溫度。有兩個(gè)不同的溫度范圍(約55℃，約35℃)。通常稱為高溫厭氧消化和低溫厭氧消化對(duì)應(yīng)這兩個(gè)溫度范圍。
⑵pH值。厭氧消化的pH值為6.8~7.2。
⑶有機(jī)負(fù)荷。由于厭氧生物處理幾乎可以降解污水中的所有有機(jī)物，所以在討論厭氧生物處理時(shí)，CODcr一般用于分析研究，不像好氧生物處理，必須以BOD5為基礎(chǔ)。厭氧處理的有機(jī)負(fù)荷通常用體積負(fù)荷和一定的CODcr去除率來(lái)表示。
(4)營(yíng)養(yǎng)素。厭氧過程中碳、氮、磷的比例應(yīng)控制在CODcr:n:p=(200~300):5:1。甲烷細(xì)菌對(duì)硫化氫的最適要求為11.5mg/L。有時(shí)需要補(bǔ)充一些必要的特殊營(yíng)養(yǎng)元素。甲烷桿菌對(duì)硫化物和磷有特定的需求，而鐵、鎳、鋅、鈷、鉬能激活甲烷細(xì)菌。
⑸氧化還原電位。氧化還原電位可以指示水中的氧濃度。非甲烷厭氧微生物可以在氧化還原電位低于+100mV的環(huán)境中存活，而適合產(chǎn)甲烷菌的氧化還原電位低于-150mV。產(chǎn)甲烷菌培養(yǎng)初期，氧化還原電位不應(yīng)高于-330mV。
(6)堿度。廢水碳酸氫鹽形成的堿度可以緩沖pH值的變化。如果堿度不足，需要加入碳酸氫鈉、石灰等堿劑，以保證反應(yīng)器內(nèi)堿度適中。
(7)有毒物質(zhì)。
⑻水力停留時(shí)間。水力停留時(shí)間對(duì)厭氧過程的影響主要表現(xiàn)為上升流速。一方面，較高的水流速度可以改善污水系統(tǒng)進(jìn)水面積的擾動(dòng)，從而增加生物污泥與進(jìn)水有機(jī)物的接觸，提高有機(jī)物的去除率。另一方面，為了保持系統(tǒng)中有足夠的污泥，升流速度不能超過一定的極限。
7.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)厭氧生物處理有什么影響？
厭氧微生物的生長(zhǎng)繁殖需要吸收一定比例的CNP等微量元素。但由于厭氧微生物對(duì)碳養(yǎng)分的利用率低于好氧微生物，一般認(rèn)為厭氧過程中碳、氮、磷的比例應(yīng)控制在CODcr:n:p=(200~300):5:1。根據(jù)具體情況，補(bǔ)充一些必需的特殊營(yíng)養(yǎng)元素，如硫化物、鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等。
在厭氧處理中，提供氮源不僅可以滿足合成菌的需要，還可以提高反應(yīng)器的緩沖能力。如果氮源不足，即碳氮比過高，不僅會(huì)導(dǎo)致厭氧菌增殖緩慢，還會(huì)降低消化液的緩沖能力，導(dǎo)致pH值下降。反之，如果氮源過量，碳氮比過低，氮得不到充分利用，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中氮的積累，導(dǎo)致pH值升高；如果pH值上升到8以上，會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)和繁殖，降低消化效率。一般來(lái)說(shuō)，氮的濃度必須保持在40~70毫克/升的范圍內(nèi)，以維持甲烷細(xì)菌的活性。
8.pH值對(duì)厭氧處理有什么影響？
厭氧微生物對(duì)其活性范圍內(nèi)的pH值有一定的要求，而產(chǎn)酸細(xì)菌對(duì)pH值的適應(yīng)范圍較廣，一般能在4.5-8.0之間保持較高的活性。而產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值敏感，適應(yīng)范圍較窄，為6.6~7.4，pH值為7.0~7.2。因此，在厭氧處理過程中，特別是當(dāng)在一個(gè)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷時(shí)，反應(yīng)器中的酸堿度應(yīng)保持在6.5至7.2之間，優(yōu)選在6.8至7.2之間。
9.厭氧反應(yīng)器保持足夠堿度的措施有哪些？
(1)添加堿源:碳酸氫鈉和石灰可以作為堿源，增加系統(tǒng)的緩沖能力。
⑵提高回流比:正常厭氧消化設(shè)施的出水含有一定的堿度，回流出水可以有效補(bǔ)充反應(yīng)器內(nèi)的堿度。
10.什么是VFA和ALK？VFA和ALK的比例有什么意義？
VFA代表厭氧處理系統(tǒng)中揮發(fā)性有機(jī)酸的含量，而ALK代表厭氧處理系統(tǒng)中的堿度。
厭氧消化系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，ALK一般在1000~5000毫克/升之間(按碳酸鈣計(jì)算)，典型值在2500~3500毫克/升之間，VFA一般在50~2500毫克/升之間。需要保持堿度和揮發(fā)酸濃度之間的平衡，以保持消化液的酸堿度在6.5~7.5范圍內(nèi)。只要堿度和揮發(fā)酸濃度能保持平衡，當(dāng)堿度超過4000毫克/升時(shí)，即使VFA超過1200毫克/升，系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。堿度和酸度能保持平衡的主要標(biāo)志是VFA與ALK的比值保持在一定范圍內(nèi)。
VFA/ALK反映了中間代謝物在厭氧處理系統(tǒng)中的積累程度，正常運(yùn)行的厭氧處理裝置的VFA/ALK一般在0.3以下。如果VFA/ALK指數(shù)突然上升，通常表明中間代謝產(chǎn)物不能被甲烷細(xì)菌及時(shí)分解和利用，即系統(tǒng)出現(xiàn)異常，應(yīng)采取措施解決。
如果VFA/ALK剛好超過0.3，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)導(dǎo)致pH值下降，還有時(shí)間分析VFA/ALK上升的原因并加以控制。如果VFA/ALK超過0.5，沼氣中的CO2含量將開始增加。如果不及時(shí)采取措施控制，pH值很快就會(huì)下降，甲烷細(xì)菌的活性受到抑制。此時(shí)，應(yīng)加入一些堿源，并增加反應(yīng)器中的堿度，以提高pH值，從而為找到確切的原因和采取控制措施提供時(shí)間。如果VFA/ALK超過0.8，厭氧反應(yīng)器中的pH值開始下降，沼氣中的甲烷含量往往只有42%~45%，因此沼氣不能再燃燒。此時(shí)，必須向反應(yīng)器中投入大量的堿源來(lái)控制pH值的下降，使其再次上升。如果pH值持續(xù)下降到5以下，所有的產(chǎn)甲烷菌都會(huì)失去活性，厭氧污泥需要重新培養(yǎng)。
11.為什么VFA是反映厭氧生物反應(yīng)器效果的重要指標(biāo)？
VFA代表厭氧處理系統(tǒng)中揮發(fā)性有機(jī)酸的含量，揮發(fā)性有機(jī)酸是厭氧生物處理系統(tǒng)的中間產(chǎn)物。
厭氧生物處理系統(tǒng)可以有效處理廢水或污泥中的有機(jī)物，最終通過產(chǎn)甲烷過程實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)甲烷細(xì)菌可以利用的有機(jī)物是揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。如果厭氧生物反應(yīng)器運(yùn)行正常，其中的VFA含量將保持在一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。
如果VFA太低，可用于甲烷的物質(zhì)會(huì)減少，厭氧反應(yīng)器中有機(jī)物的分解程度會(huì)降低，但如果VFA太高，超過了甲烷細(xì)菌的可利用量，就會(huì)造成VFA的過度積累，進(jìn)而降低反應(yīng)器中的pH值，影響甲烷細(xì)菌的正常功能。同時(shí)，當(dāng)甲烷細(xì)菌因各種原因受到傷害時(shí)，也會(huì)降低VFA的利用率，進(jìn)而造成VFA的積累，形成惡性循環(huán)。
因此，所有厭氧反應(yīng)器都應(yīng)以VFA為控制指標(biāo)，及時(shí)分析、測(cè)試和掌握。
12、什么是UASB升流式厭氧污泥反應(yīng)器？
升流式厭氧污泥反應(yīng)器在英語(yǔ)中被稱為升流式厭氧污泥反應(yīng)器，簡(jiǎn)稱UASB。其基本特征是在反應(yīng)器上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部設(shè)置污泥懸浮區(qū)和污泥床區(qū)。
13.什么是EGSB膨脹顆粒污泥床？
Expanded顆粒層(Expanded顆粒層)的英文是ExpandedRanulanarsludgebed，縮寫為EGSB，是在UASB反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。EGSB反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)與UASB反應(yīng)堆非常相似。不同的是，EGSB反應(yīng)堆的水力負(fù)荷高達(dá)2.5~6m3/(m2·h)，遠(yuǎn)高于UASB的0.5~2.5m3/(m2·h)。因此，在EGSB反應(yīng)器中，顆粒污泥床部分或完全“膨脹”，即污泥床的體積隨著顆粒間平均距離的增加而增加。為了增加水力負(fù)荷(即上游流速)，EGSB反應(yīng)器采用較大的高徑比和較大的回流比。
14.什么是顆粒污泥？
顆粒污泥的形成實(shí)際上是微生物固定化的一種形式，外觀是比較規(guī)則的球形或橢圓形黑色顆粒。顆粒污泥的粒徑一般為0.1~3mm，有些較大的為5mm，密度為1.04~1.08g/cm3，略重于水，對(duì)水中有機(jī)物具有良好的沉降性能和降解產(chǎn)甲烷活性。
在光學(xué)顯微鏡下觀察，顆粒污泥具有多孔結(jié)構(gòu)，表面有透明凝膠，其上附著有甲烷細(xì)菌。顆粒污泥外表面附近細(xì)胞密度較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，細(xì)胞密度較低。粒徑較大的顆粒污泥往往會(huì)出現(xiàn)空腔，這是顆粒污泥中營(yíng)養(yǎng)不足導(dǎo)致細(xì)胞自溶造成的。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新顆粒污泥的核心。一些大顆粒污泥很容易上浮，因?yàn)槠渲挟a(chǎn)生的氣體不容易釋放。
15.上流式厭氧反應(yīng)器中出現(xiàn)顆粒污泥的方法有哪些？
UASB反應(yīng)器成功運(yùn)行的關(guān)鍵是要有顆粒污泥。有三種方法可以使顆粒污泥出現(xiàn)在UASB反應(yīng)器中:
(1)直接接種法:從其他運(yùn)行中的UASB反應(yīng)器中取出一定量的顆粒污泥，直接投入新的UASB反應(yīng)器中，待處理的污水量將從少到多逐漸增加，直至達(dá)到設(shè)計(jì)的污水量。這種方法使反應(yīng)堆投入生產(chǎn)所需的時(shí)間最快，但通常只在啟動(dòng)小型UASB反應(yīng)堆時(shí)使用。
⑵間接接種法:將運(yùn)行中的厭氧處理廠的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，放入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器，創(chuàng)造厭氧微生物的生長(zhǎng)條件，用人工配制的含有適當(dāng)營(yíng)養(yǎng)成分的營(yíng)養(yǎng)水培養(yǎng)，形成顆粒污泥，然后由少到多逐漸增加待處理污水量，直至達(dá)到設(shè)計(jì)水量。
⑶直接培養(yǎng)法:將運(yùn)行中的厭氧處理廠的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，放入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器中，然后與處理后的污水直接培養(yǎng)形成顆粒污泥，再逐漸增加處理后的污水量至設(shè)計(jì)水量。這種方法需要很長(zhǎng)時(shí)間才能使反應(yīng)器投入生產(chǎn)，可以長(zhǎng)達(dá)3~4個(gè)月。這種方法常用于大型UASB反應(yīng)堆。
16.厭氧污泥成熟后有什么特點(diǎn)？
培養(yǎng)后，成熟污泥呈深灰色至黑色，有焦油味但無(wú)硫化氫味，pH值在7.0-7.5之間，污泥易脫水干燥。對(duì)進(jìn)水處理效果好，產(chǎn)氣量大，沼氣中甲烷含量高。培養(yǎng)成熟厭氧消化污泥的基本指標(biāo)和參數(shù)見下表。