环保工艺之——厌氧及UASB的几个问题

一、厌氧处理过程：

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。

二、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。

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。

三、上流式厌氧生物反应器（UASB）工艺简介   

上流式厌氧生物反应器（UASB），是荷兰学者Lettinga等人在20世纪70年代初开发的。其基本原理是：反应器主体分为上下两个区域，即反应区和气、液、固三相分离区，在下部的反应区内是沉淀性能良好的厌氧污泥床；高浓度有机废水通过布水系统进入反应器底部，向上流过厌氧污泥床，与厌氧污泥充分接触反应，有机物被转化为甲烷和二氧化碳，气、液、固由顶部三相分离器分离。出水COD的去除率可达到80%以上，容积负荷5—10kgCOD/（m3.d），分离后的沼气可作为能源利用。   厌氧生物处理是利用厌氧性微生物的代谢特性，在不需提供外源能量的条件下，以被还原有机物作为受氢体，同时产生有能源价值的甲烷气体。厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水，也可适用于低浓度有机废水，如城市污水等，进水COD浓度范围为几百至几万毫克升。
四、UASB主要优点

UASB内厌氧污泥浓度高，平均污泥浓度为20-40gMLVSS/L；有机负荷高，水力停留时间短，例如采用中温发酵时，容积负荷一般为10kgCOD/（m3.d）左右；无混合搅拌设备，靠发酵过程中产生的沼气的上升运动，使污泥床上部的污泥处于悬浮状态，对下部的污泥层也有一定程度的搅动；污泥床不设载体，节省造价及避免因填料发生堵塞问题；UASB内设三相分离器，通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内，通常可以不设污泥回流设备，运行动力较小。