厌氧反应器技术问答。

1.厌氧反应器出现泡沫、化学沉淀等不良现象的原因是什么？
厌氧反应器有时会产生大量泡沫，呈半液体半固体状。严重时可充满气相空间，带入沼气管道，使沼气系统运行困难。
产生泡沫的主要原因是厌氧系统运行不稳定，因为泡沫主要是CO2输出过多形成的。当反应器发生温度波动或负荷突变时，会导致系统运行不稳定，CO2产量增加，进而导致泡沫产生。如果操作的不稳定因素及时消除，气泡现象一般会消失。厌氧污泥培养初期，由于CO2产量大，甲烷产量小，也会出现泡沫。随着甲烷细菌培养的成熟，CO2产量会降低，泡沫一般会逐渐消失。进水中的蛋白质是泡沫产生的原因之一，微生物代谢过程中产生的一些中间产物也会降低水的表面张力，产生气泡。厌氧生物处理产生的大量气体会产生类似于好氧处理的曝气形成气泡，负荷突然增加导致的产气量突然增加也可能产生气泡。
碳酸钙(CaCO3)沉淀:处理后的废水中钙含量高或使用石灰补充碱度会增加碳酸钙沉淀的可能性。高浓度的碳酸氢盐和磷酸盐有利于钙的沉淀。
鸟粪石沉淀:当进水中含有高浓度的溶解正磷酸盐、氨氮和镁离子时，会产生鸟粪石沉淀。厌氧处理系统中鸟粪石沉淀主要发生在管道弯头、水泵进口和二沉池进出口处。
2.厌氧生物处理的三个阶段是什么？
理论研究认为，厌氧消化过程分为三个阶段:水解发酵阶段、产乙酸制氢阶段和产甲烷阶段。
水解发酵阶段和醋酸制氢阶段也可称为酸发酵阶段。在这个阶段，污水中复杂的有机物分解为简单的有机物，如有机酸、醇类等。，以及无机物如CO2、NH3、H2S等。，在酸分解菌或产酸菌的作用下。由于有机酸的积累，污水的pH值降到6以下。之后，由于有机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐和氨，使酸度降低，pH值提高到6.6~6.8左右。
(1)水解酸化阶段。污水中的复杂大分子和不溶性有机物在胞外酶的作用下水解成小分子和可溶性有机物，然后渗入细胞，水解产生挥发性有机酸、醇和醛类等。
⑵制氢和醋酸生产阶段。在产氢产酸细菌的作用下，各种有机酸分解转化为乙酸、氢气和二氧化碳。
(3)产甲烷阶段。产甲烷菌将乙酸、氢气和二氧化碳转化为甲烷。
3.厌氧消化和COD转化率的三个阶段是什么？

4.水解酸化有什么优势？
(1)罐体不需要密封或三相分离器，操作管理方便简单。
⑵大分子有机物水解酸化形成生物降解性好的小分子有机物，即水解酸化可以改变原污水的生物降解性，从而减少反应时间和处理能耗。
⑶水解酸化属于厌氧处理的前期，没有达到厌氧发酵的末期，所以出水没有厌氧发酵产生的难闻气味，改善了污水处理厂的环境。
(4)水解酸化反应时间短，所需构筑物体积小，一般相当于沉淀池，可以节省资金投入。
⑸时间酸化对固体有机物有很好的降解效果，产生的剩余污泥很少，实现了污泥和污水的一次性处理，具有消化池的部分功能。
5.厌氧生物处理的主要特点是什么？
(1)能耗低:由于厌氧生物处理不需要供氧，能耗约为好氧活性污泥法的1/10，还可以产生热值较高的甲烷气体(CH4)。每去除1个1gCODcr，可产生0.35标准升甲烷或0.7标准升沼气。沼气热值为22.7KJ/L，甲烷热值为39300kJ/m3，天然气热值为34300kJ/m3。
⑵污泥产量低:由于厌氧微生物的增殖率远低于好氧微生物，好氧生物处理系统产生的污泥为每1kggcodcr0.25~0.6kg，而厌氧生物处理系统产生的污泥仅为每1kggcodcr0.02~0.18kg。
⑶能完全或部分降解一些好氧生物处理系统无法降解的大分子有机物。
⑶厌氧微生物对温度、PH等环境因素的变化更加敏感，厌氧生物处理系统难以运行和管理。
⑸水温适应性广:好氧处理水温在10~35℃之间，温度高时应采取降温措施；但厌氧处理可以适应较宽的水温范围，包括低温厌氧(10~30℃)、中温厌氧(30~40℃)、高温厌氧(50~60℃)。
6.厌氧生物处理的影响因素有哪些？
(1)温度。有两个不同的温度范围(约55℃，约35℃)。通常称为高温厌氧消化和低温厌氧消化对应这两个温度范围。
⑵pH值。厌氧消化的pH值为6.8~7.2。
⑶有机负荷。由于厌氧生物处理几乎可以降解污水中的所有有机物，所以在讨论厌氧生物处理时，CODcr一般用于分析研究，不像好氧生物处理，必须以BOD5为基础。厌氧处理的有机负荷通常用体积负荷和一定的CODcr去除率来表示。
(4)营养素。厌氧过程中碳、氮、磷的比例应控制在CODcr:n:p=(200~300):5:1。甲烷细菌对硫化氢的最适要求为11.5mg/L。有时需要补充一些必要的特殊营养元素。甲烷杆菌对硫化物和磷有特定的需求，而铁、镍、锌、钴、钼能激活甲烷细菌。
⑸氧化还原电位。氧化还原电位可以指示水中的氧浓度。非甲烷厌氧微生物可以在氧化还原电位低于+100mV的环境中存活，而适合产甲烷菌的氧化还原电位低于-150mV。产甲烷菌培养初期，氧化还原电位不应高于-330mV。
(6)碱度。废水碳酸氢盐形成的碱度可以缓冲pH值的变化。如果碱度不足，需要加入碳酸氢钠、石灰等碱剂，以保证反应器内碱度适中。
(7)有毒物质。
⑻水力停留时间。水力停留时间对厌氧过程的影响主要表现为上升流速。一方面，较高的水流速度可以改善污水系统进水面积的扰动，从而增加生物污泥与进水有机物的接触，提高有机物的去除率。另一方面，为了保持系统中有足够的污泥，升流速度不能超过一定的极限。
7.营养物质对厌氧生物处理有什么影响？
厌氧微生物的生长繁殖需要吸收一定比例的CNP等微量元素。但由于厌氧微生物对碳养分的利用率低于好氧微生物，一般认为厌氧过程中碳、氮、磷的比例应控制在CODcr:n:p=(200~300):5:1。根据具体情况，补充一些必需的特殊营养元素，如硫化物、铁、镍、锌、钴、钼等。
在厌氧处理中，提供氮源不仅可以满足合成菌的需要，还可以提高反应器的缓冲能力。如果氮源不足，即碳氮比过高，不仅会导致厌氧菌增殖缓慢，还会降低消化液的缓冲能力，导致pH值下降。反之，如果氮源过量，碳氮比过低，氮得不到充分利用，就会导致系统中氮的积累，导致pH值升高；如果pH值上升到8以上，会抑制产甲烷菌的生长和繁殖，降低消化效率。一般来说，氮的浓度必须保持在40~70毫克/升的范围内，以维持甲烷细菌的活性。
8.pH值对厌氧处理有什么影响？
厌氧微生物对其活性范围内的pH值有一定的要求，而产酸细菌对pH值的适应范围较广，一般能在4.5-8.0之间保持较高的活性。而产甲烷菌对pH值敏感，适应范围较窄，为6.6~7.4，pH值为7.0~7.2。因此，在厌氧处理过程中，特别是当在一个结构中进行产酸和产甲烷时，反应器中的酸碱度应保持在6.5至7.2之间，优选在6.8至7.2之间。
9.厌氧反应器保持足够碱度的措施有哪些？
(1)添加碱源:碳酸氢钠和石灰可以作为碱源，增加系统的缓冲能力。
⑵提高回流比:正常厌氧消化设施的出水含有一定的碱度，回流出水可以有效补充反应器内的碱度。
10.什么是VFA和ALK？VFA和ALK的比例有什么意义？
VFA代表厌氧处理系统中挥发性有机酸的含量，而ALK代表厌氧处理系统中的碱度。
厌氧消化系统正常运行时，ALK一般在1000~5000毫克/升之间(按碳酸钙计算)，典型值在2500~3500毫克/升之间，VFA一般在50~2500毫克/升之间。需要保持碱度和挥发酸浓度之间的平衡，以保持消化液的酸碱度在6.5~7.5范围内。只要碱度和挥发酸浓度能保持平衡，当碱度超过4000毫克/升时，即使VFA超过1200毫克/升，系统也能正常运行。碱度和酸度能保持平衡的主要标志是VFA与ALK的比值保持在一定范围内。
VFA/ALK反映了中间代谢物在厌氧处理系统中的积累程度，正常运行的厌氧处理装置的VFA/ALK一般在0.3以下。如果VFA/ALK指数突然上升，通常表明中间代谢产物不能被甲烷细菌及时分解和利用，即系统出现异常，应采取措施解决。
如果VFA/ALK刚好超过0.3，在一定时间内不会导致pH值下降，还有时间分析VFA/ALK上升的原因并加以控制。如果VFA/ALK超过0.5，沼气中的CO2含量将开始增加。如果不及时采取措施控制，pH值很快就会下降，甲烷细菌的活性受到抑制。此时，应加入一些碱源，并增加反应器中的碱度，以提高pH值，从而为找到确切的原因和采取控制措施提供时间。如果VFA/ALK超过0.8，厌氧反应器中的pH值开始下降，沼气中的甲烷含量往往只有42%~45%，因此沼气不能再燃烧。此时，必须向反应器中投入大量的碱源来控制pH值的下降，使其再次上升。如果pH值持续下降到5以下，所有的产甲烷菌都会失去活性，厌氧污泥需要重新培养。
11.为什么VFA是反映厌氧生物反应器效果的重要指标？
VFA代表厌氧处理系统中挥发性有机酸的含量，挥发性有机酸是厌氧生物处理系统的中间产物。
厌氧生物处理系统可以有效处理废水或污泥中的有机物，最终通过产甲烷过程实现，产甲烷细菌可以利用的有机物是挥发性有机酸VFA。如果厌氧生物反应器运行正常，其中的VFA含量将保持在一个相当稳定的范围内。
如果VFA太低，可用于甲烷的物质会减少，厌氧反应器中有机物的分解程度会降低，但如果VFA太高，超过了甲烷细菌的可利用量，就会造成VFA的过度积累，进而降低反应器中的pH值，影响甲烷细菌的正常功能。同时，当甲烷细菌因各种原因受到伤害时，也会降低VFA的利用率，进而造成VFA的积累，形成恶性循环。
因此，所有厌氧反应器都应以VFA为控制指标，及时分析、测试和掌握。
12、什么是UASB升流式厌氧污泥反应器？
升流式厌氧污泥反应器在英语中被称为升流式厌氧污泥反应器，简称UASB。其基本特征是在反应器上部设置气、固、液三相分离器，下部设置污泥悬浮区和污泥床区。
13.什么是EGSB膨胀颗粒污泥床？
Expanded颗粒层(Expanded颗粒层)的英文是ExpandedRanulanarsludgebed，缩写为EGSB，是在UASB反应堆的基础上发展起来的。EGSB反应堆的结构与UASB反应堆非常相似。不同的是，EGSB反应堆的水力负荷高达2.5~6m3/(m2·h)，远高于UASB的0.5~2.5m3/(m2·h)。因此，在EGSB反应器中，颗粒污泥床部分或完全“膨胀”，即污泥床的体积随着颗粒间平均距离的增加而增加。为了增加水力负荷(即上游流速)，EGSB反应器采用较大的高径比和较大的回流比。
14.什么是颗粒污泥？
颗粒污泥的形成实际上是微生物固定化的一种形式，外观是比较规则的球形或椭圆形黑色颗粒。颗粒污泥的粒径一般为0.1~3mm，有些较大的为5mm，密度为1.04~1.08g/cm3，略重于水，对水中有机物具有良好的沉降性能和降解产甲烷活性。
在光学显微镜下观察，颗粒污泥具有多孔结构，表面有透明凝胶，其上附着有甲烷细菌。颗粒污泥外表面附近细胞密度较高，内部结构松散，细胞密度较低。粒径较大的颗粒污泥往往会出现空腔，这是颗粒污泥中营养不足导致细胞自溶造成的。大而空的颗粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成为新颗粒污泥的核心。一些大颗粒污泥很容易上浮，因为其中产生的气体不容易释放。
15.上流式厌氧反应器中出现颗粒污泥的方法有哪些？
UASB反应器成功运行的关键是要有颗粒污泥。有三种方法可以使颗粒污泥出现在UASB反应器中:
(1)直接接种法:从其他运行中的UASB反应器中取出一定量的颗粒污泥，直接投入新的UASB反应器中，待处理的污水量将从少到多逐渐增加，直至达到设计的污水量。这种方法使反应堆投入生产所需的时间最快，但通常只在启动小型UASB反应堆时使用。
⑵间接接种法:将运行中的厌氧处理厂的厌氧活性污泥，如城市污水处理厂的消化污泥，放入UASB反应器，创造厌氧微生物的生长条件，用人工配制的含有适当营养成分的营养水培养，形成颗粒污泥，然后由少到多逐渐增加待处理污水量，直至达到设计水量。
⑶直接培养法:将运行中的厌氧处理厂的厌氧活性污泥，如城市污水处理厂的消化污泥，放入UASB反应器中，然后与处理后的污水直接培养形成颗粒污泥，再逐渐增加处理后的污水量至设计水量。这种方法需要很长时间才能使反应器投入生产，可以长达3~4个月。这种方法常用于大型UASB反应堆。
16.厌氧污泥成熟后有什么特点？
培养后，成熟污泥呈深灰色至黑色，有焦油味但无硫化氢味，pH值在7.0-7.5之间，污泥易脱水干燥。对进水处理效果好，产气量大，沼气中甲烷含量高。培养成熟厌氧消化污泥的基本指标和参数见下表。