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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(xì)菌將有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)物進(jìn)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(xì)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(jī)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(jī)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(xì)菌增殖快，有機(jī)物有50～60%用于細(xì)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(yán)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(yán)格＋100～－100mv
　　產(chǎn)甲烷菌對氧還-還電位要求嚴(yán)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(jī)負(fù)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(dǎo)致水解產(chǎn)物有機(jī)酸的積累使pH下降，抑制甲烷菌的生理機(jī)能，使氣化速率銳減，所以原液pH＝6～8，發(fā)酵過程有機(jī)酸濃度不超過3000mg/L為佳（以乙酸計(jì)）。
　　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(qiáng)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(jī)酸濃度不應(yīng)使消化液pH＜6.8；氨氮濃度不宜高于1500mg/L，其它化學(xué)物質(zhì)的抑制濃度見下表。一般來說，多數(shù)毒物對甲烷細(xì)菌的毒性比對其它細(xì)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(yīng)器中污泥流失，可采用裝入填料介質(zhì)使細(xì)菌附著掛膜，調(diào)節(jié)水流速度或污泥回流量。

　?、?、負(fù)荷率–表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)，負(fù)荷率有三種表示方法：
　　 ①容積負(fù)荷率–反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)物量kg/m3·d。
　　 ②污泥負(fù)荷率–反應(yīng)器內(nèi)單位重的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機(jī)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(fù)荷率的影響：
　?、佼?dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時，營養(yǎng)充分，代謝產(chǎn)物有機(jī)酸產(chǎn)量很大，超過甲烷菌的吸收利用能力，有機(jī)酸積累pH下降，是低效不穩(wěn)定狀態(tài)。
　?、谪?fù)荷率適中，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)物（有機(jī)酸）基本上能被甲烷菌及時利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，殘存有機(jī)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)。
　　③當(dāng)有機(jī)負(fù)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)。

　?、?、溫度控制–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(jì)中溫消化30～35℃。

　?、?、pH的控制–當(dāng)液料pH＜6.5或高于8.0，則要調(diào)整液料pH。
　　　　pH＜6.8～7，應(yīng)減少有機(jī)負(fù)荷率，
　　　　pH＜6.5，應(yīng)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(jī)物截留并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)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(jī)酸，但是由于三者的處理目的的不同，各自的運(yùn)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(yīng)器中，整個反應(yīng)器的氧化還原電位（Eh）的控制必須首先滿足對Eh要求嚴(yán)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(jìn)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(yīng)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(qiáng)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(yán)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(yùn)行，也可獲得較為滿意的水解（酸化效果）。
　　由于反應(yīng)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(yán)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(yīng)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(dāng)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(dāng)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(yīng)；

　　其次，在反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度不同，水解工藝采用的是升流式反應(yīng)器，其中污泥濃度可以達(dá)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(jìn)水的有機(jī)物濃度，mg/L
　　Q：流入濾池的污水設(shè)計(jì)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(fù)荷一般在1-3m³/m²·d。

（二）高負(fù)荷生物濾池設(shè)計(jì)負(fù)荷：
　　處理城市污水時，在正常氣溫下，表面水力負(fù)荷以濾池面積計(jì)，宜為10~30m³/m²·d；五日生化需氧量容積負(fù)荷以填料體積計(jì)，不宜大于1.2kg/m³·d。濾層高度2m。進(jìn)水的BOD5應(yīng)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(jì)負(fù)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(fù)荷80-200m³/m²·d，BOD容積負(fù)荷1.0-2.0kg/m³·d。 進(jìn)水的BOD5宜控制在500mg/L以下，否則應(yīng)采用處理水回流措施。當(dāng)進(jìn)水BOD5在250mg/L時，填料總高度為8m，進(jìn)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?xì)鈱痈叨葹?.6-0.7m，頂部穩(wěn)定水層為0.5-0.6m。

　　BOD5容積負(fù)荷：
　　　　國內(nèi)：當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)城市污水二級處理時，Nw=1.2-2.0kg/m³·d，當(dāng)處理水BOD5要求達(dá)到30mg/L以下時,=0.8kg/m³·d；當(dāng)進(jìn)行三級處理時，=0.12-0.18kg/m³·d；當(dāng)要求處理水BOD5要求達(dá)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(fēng)管干管風(fēng)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(jī)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(jìn)水負(fù)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(xué)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(jìn)行脫色。
絮凝脫色技術(shù)，投資費(fèi)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(jī)混凝劑包括金屬鹽類和無機(jī)高分子絮凝劑。廣泛使用的金屬鹽類有鋁鹽和鐵鹽；無機(jī)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(yīng)性強(qiáng)、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(yīng)用。
2.2 有機(jī)高分子絮凝劑 , 聚丙烯酰胺（ PAM ）的應(yīng)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(xué)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(tuán)發(fā)生斷裂或改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到廢水脫色的目的。 氧化法包括化學(xué)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(jī)制卻是相同的?；瘜W(xué)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(tuán)來達(dá)到 脫色目的。

5 、電化學(xué)法脫色
電化學(xué)法是通過電極反應(yīng)使廢水得到凈化。根據(jù)電極反應(yīng)方式劃分，電化學(xué)方法可細(xì)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(xué)位差為推動力，對水中污染物進(jìn)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(shí)踐，對于各個企業(yè) 污水處理站的實(shí)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(yùn)行模式（在這個基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況可以增減），使得出水能夠確保達(dá)標(biāo)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(dá)到無色或淺色！成本僅僅零點(diǎn)幾元，為低成本運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

在生化出水后，很多企業(yè)，其它各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)，唯獨(dú)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(shí)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(yùn)行成本比較高的！我們通過對比實(shí)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(dá)標(biāo)。

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(shí)驗(yàn)，在低成本運(yùn)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(jī)污染物質(zhì)（ BOD 、 COD ），去除率可達(dá) 90% 以上，使有機(jī)污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；

　　三級處理，是在一級、二級處理后，進(jìn)一步處理難降解的有機(jī)物、磷和氮等能夠?qū)е滤w富營養(yǎng)化的可溶性無機(jī)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。