1、厭氧反應概述：

利用微生物生命過程中的代謝活動，將有機物分解為簡單無機物，從而去除水中有機物污染的過程，稱為廢水的生物處理。根據代謝過程對氧的需求，微生物又分為好氧、厭氧和介于兩者間的兼性微生物。厭氧生物處理就是利用厭氧微生物的代謝過程，在無需提供氧的情況下，把有機物轉化為無機物和少量的細胞物質，這些無機物包括大量的生物氣（即沼氣）和水。

厭氧是一種低成本廢水處理技術，把廢水治理和能源相結合，特別適合發(fā)展中國家使用。

2、厭氣處理技術的優(yōu)勢和不足：

優(yōu)勢：

2.1可作為環(huán)境保護、能源回收和生態(tài)良性循環(huán)結合系統(tǒng)的技術，具有良好的社會、經濟、環(huán)境效益。

2.2耗能少,運行費低,對中等以上(1500mg/L)濃度廢水費用僅為好氧工藝1/3。

2.3回收能源,理論上講1kgCOD可產生純甲烷0.35m3,燃值(3.93×10-1J/m3)，高于天然氣(3.93×10-1J/m3)。以日排10t COD工廠為例,按COD去除80%,甲烷為理論值80%計算，日產沼氣2240m3,相當于2500m3天然氣或3.85t煤,可發(fā)電5400Kwh。

2.4設備負荷高、占地少。

2.5剩余污泥少,僅相當于好氧工藝1/6～1/10。

2.6對N、P等營養(yǎng)物需求低，好氧工藝要求C：N:P=100:5:1,厭氧工藝為C:N:P=(350-500):5:1。

2.7可直接處理高濃有機廢水,不需稀釋。

2.8厭氧菌可在中止供水和營養(yǎng)條件下，保留生物活性和沉泥性一年,適合間斷和季節(jié)性運行。

2.9系統(tǒng)靈活,設備簡單,易于制作管理，規(guī)?？纱罂尚?。

厭氧不足:

2.10出水污染濃度高于好氧，一般不能達標；

2.11對有毒性物質敏感；

2.12初次啟動緩慢，最少需8-12周以上方能轉入正常水平。

3、反應機理：

厭氧反應過程是對復雜物質（指高分子有機物以懸浮物和膠體形式存在于水中）生物降解的復雜的生態(tài)系統(tǒng)。其反應過程可分為四個階段：

3.1水解階段——被細菌胞外酶分解成小分子。例如：纖維素被纖維酶水解為纖維二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解為麥牙糖和葡萄糖，蛋白質被蛋白酶水解為短肽和氨基酸等，這些小分子的水解產物能被溶解于水，并透過細胞為細胞所利用。

3.2發(fā)酵階段——小分子的化合物在發(fā)酵菌（即酸化菌）的細胞內轉化為更為簡單的化合物，并分泌到細胞外。這一階段主要產物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA）醇類、乳酸、CO2、氫、氨、硫化氫等。

3.3產酸階段——上一階段產物被進一步轉化為乙酸、氫、碳酸以及新的細胞物質。

3.4產甲烷階段——在這一階段乙酸、氫、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新細胞物質。原理圖如下：

水解階段——含有蛋白質水解、碳水化合物水解和脂類水解。

發(fā)酵酸化階段——包括氨基酸和糖類的厭氧氧化，以及較高級脂肪酸與醇類的厭氧氧化。

產乙酸階段——含有從中間產物中形成乙酸和氧氣，以及氫氣和二氧化碳形成乙酸。

產甲烷階段——包括從乙酸形成甲烷，以及從氧、二氧化碳形成甲烷。廢水中有硫酸鹽時，還會有硫酸鹽還原過程，如虛線所示。

4、厭氧反應器類型：

普通厭氧反應池、厭氧接觸工藝、升流厭氧污泥庫(UASB)反應器、

厭氧顆粒污泥膨脹庫(EGSR)、厭氧濾料(AF)、厭氧折流反應器(ABR)、厭氧生物轉盤等

5、厭氧反應的工藝控制條件：

5.1溫度：按三種不同嗜溫厭氧菌（嗜溫5-20℃? 嗜溫20-42℃? 嗜溫42-75℃）工程上分為低溫厭氧(15-20℃)、中溫厭氧（30-35℃）、高溫厭氧（50-55℃）三種。溫度對厭氧反應尤為重要，當溫度低于最優(yōu)下限溫度時，每下降1℃，效率下降11%。在上述范圍，溫度在1-3℃的微小波動，對厭氧反應影響不明顯，但溫度變化過大（急速變化），則會使污泥活力下降，度產生酸積累等問題。

5.2 PH：厭氧水解酸化工藝，對PH要求范圍較松，即產酸菌的PH應控制4-7℃范圍內；完全厭氧反應則應嚴格控制PH，即產甲烷反應控制范圍4.5-8.0,最佳范圍為4.8-7.2,PH低于4.3或高于7.8,甲烷化速降低。

5.3氧化還原電位：水解階段氧化還原電位為-100～+100mv，產甲烷階段的最優(yōu)氧化還原電位為-150～-400mv。因此,應控制進水帶入的氧的含量，不能因以對厭氧反應器造成不利影響。

5.4營養(yǎng)物：厭氧反應池營養(yǎng)物比例為C:N:P=(350-500):5:1。

5.5有毒有害物：抑制和影響厭氧反應的有害物有三種：

5.5.1無機物:有氨、無機硫化物、鹽類、重金屬等，特別硫酸鹽和硫化物抑制作用最為嚴重；

5.5.2有機化合物:非極性有機化合物，含揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、非極性酚化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等。

5.5.3生物異型化合物,含氯化烴、甲醛、氰化物、洗滌劑、抗菌素等。

5.6工藝技術參數：

5.6.1水力停留時間:HRT

5.6.2有機負荷

5.6.3污泥負荷

6、厭氧反應器啟動:

6.1接種污泥:有顆粒污泥時,接種污泥數量大小10-15%.當沒有現成的污泥時,應用最多的是污水處理廠污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于顆粒污泥形成。沒有消化污泥和顆粒污泥時，化糞池污泥、新鮮牛糞、豬糞及其它家畜糞便都可利用作菌種，也可用腐敗污泥和魚塘底泥作接種污泥，但啟動周期較長。

污泥接種濃度至少不低10Kg/m3反應器容積，但接種污泥填充量不大于反應器容積60%。污泥接種中應防止無機污泥、砂以及不可消化的其它物進入厭氧反應器內。

7.2接種污泥啟動：啟動分以下三個階段進行：

1、起始階段——反應池負荷從0.5-1.0kgCOD/m3·d或污泥負荷0.05-0.1kgCOD/kgVSS·d開始。進入厭氧池消化降解廢水的混合液濃度不大于COD5000mg/L，并按要求控制進水，最低的COD負荷為1000mg/L。進液濃度不符合應進行稀釋。

進液時不要刻意嚴格控制所有工藝參數，但應特別注意乙酸濃度，應保持在1000mg/L以下。進液采用間斷沖擊形式，即每3～4小時一次，每次5-10min，之后逐步減斷間隔時間至1小時，每次進液時間逐步增長20～30min。起始階段，進水間隔時間過長時，則應每隔1小時開動泵對污泥攪拌一次，每次3～5min。

2、啟動第二階段——當反應器容積負荷上升到2-5kgCOD/m3·d時，這一階段洗出污泥量增大，顆粒污泥開始產生。一般講，從第一段到第二段要40d時間，此時容積負荷大約為設計負荷的50%。

3、啟動的第三階段——從容積負荷50%上升到100%，采用逐步增加進料數量和縮短進料間斷時間來實現。衡量能否獲進料量和縮短進料時間的化驗指標定控制發(fā)揮性脂肪酸VFA不大于500mg/L，當VFA超過500-1000mg/L，厭氧反應器呈現酸化狀態(tài)，超過1000mg/L則表明已經酸化，需立即采取措施停止進料，進行菌種馴化。一般來講第二段到第三段也需30-40d時間。

7.3啟動的要點

1、啟動一定要逐步進行，留有充裕的時間，并不能期望很短時間進入加料運行達到厭氧降解的目標 。因為啟動實際上是使細菌從休眠狀態(tài)恢復，即活化的過程。啟動中細菌選擇、馴化、增殖過程都在進行，原厭氧污泥中濃度較低的甲烷菌的增長速度相對于產酸菌要慢的多。因此，這時負荷一般不能高，時間不能短，每次進料要少，間隔時間要長。

2、混合進液濃度一定要控制在較低水平，一般COD濃度為1000-5000mg/L，當超過5000mg/L，應進行出水循環(huán)和加水稀釋至要求。

3、若混合液中亞硫酸鹽濃度大于200mg/L時，則亦應稀釋至100mg/L以下才能進液。

4、負荷增加操作方式：啟動初期容積負荷可從0.2-0.5kgCOD/m3·d開始，當生物降解能力達到80%以上時，再逐步加大。若最低負荷進料，厭氧過程仍不正常COD不能消化，則進料間斷時間應延長24h或2-3d，檢查消化降解的主要指標測量VFA濃度，啟動階段VFA應保持在3mmoL/L以下。

5、當容積負荷走到2.0kgCOD/m3·d后，每次進料負荷可增大，但最大不超過20%，只有當進料增大，而VFA濃度且維持不變，或仍維持在﹤3mmoL/L水平時，進料量才能不斷增大進液間隔才能不斷減少。

6.厭氧生物處理中存在的問題及解決方法