厌氧消化的生化阶段

　　第Ⅰ阶段–水解产酸阶段
　　污水中不溶性大分子有机物，如多糖、淀粉、纤维素、烃类（烷、烯、炔等）水解，主要产物为甲、乙、丙、丁酸、乳酸；紧接着氨基酸、蛋白质、脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的书又把水解产酸分为二个阶段）。

　　第Ⅱ阶段–厌氧发酵产气阶段
　　第Ⅰ阶段产物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和CO2+H2等小分子有机物在产甲烷菌的作用下，通过甲烷菌的发酵过程将这些小分子有机物转化为甲烷。所以在水解酸化阶段COD、BOD值变化不很大，仅在产气阶段由于构成COD或BOD的有机物多以CO2和H2的形式逸出，才使废水中COD、BOD明显下降。
　　在酸化阶段，发酵细菌将有机物水解转化为能被甲烷菌直接利用的第1类小分子有机物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第2类为不能被甲烷菌直接利用的有机物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厌氧消化或发酵到此结束。如果继续全厌氧过程，则产氢、产乙酸菌将第2类有机物进一步转化为氢气和乙酸。
　　第Ⅱ阶段生化过程是产甲烷细菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基质通过不同途径转化为甲烷，其中最主要的基质为乙酸。

发酵条件控制

（1）营养与环境条件

　　厌氧要求有机物浓度较高，一般大于1000mg/L以上。所以厌氧适于处理高浓度有机废水和污泥处理。和好氧生物处理一样，厌氧处理也要求供给全面的营养，但好氧细菌增殖快，有机物有50～60%用于细菌增殖，故对N、P要求高；而厌氧增殖慢，BOD仅有5～10%用于合成菌体，对N、P要求低。
　　 COD∶N∶P＝200∶5∶1或C∶N＝12～16
　　（好氧COD∶N∶P＝100∶5∶1）

　　厌氧过程对环境条件要求比较严格：

　　Ⅰ、氧化还原电位（φE）与温度
　　氧的溶入和氧化态、氧化剂的存在：Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+会使体系中电位升高，对厌氧消化不利。
　　高温消化–500～600mv，50～55℃
　　中温消化–300～380mv，30～38℃
　　产酸菌对氧还-还电位要求不甚严格＋100～－100mv
　　产甲烷菌对氧还-还电位要求严格＜－350mv

　　Ⅱ、pH及碱度
　　 pH主要取决于三个生化阶段的平衡状态，原液本身的pH和发酵系统中产生的CO2分压（20.3～40.5kpa），正常发酵pH＝7.2～7.4，有机负荷太大，水解和酸化过程的生化速率大大超过产气速率。将导致水解产物有机酸的积累使pH下降，抑制甲烷菌的生理机能，使气化速率锐减，所以原液pH＝6～8，发酵过程有机酸浓度不超过3000mg/L为佳（以乙酸计）。
　　HCO3-及NH3是形成厌氧处理系统碱度的主要原因，高的碱度具有较强的缓冲能力，一般要求碱度2000mg/L以上，NH3浓度50～200mg/L为佳。

　　 Ⅲ、毒物–凡对厌氧处理过程起抑制和毒害作用的物质都可称为毒物，无机酸浓度不应使消化液pH＜6.8；氨氮浓度不宜高于1500mg/L，其它化学物质的抑制浓度见下表。一般来说，多数毒物对甲烷细菌的毒性比对其它细菌的毒性要大。

（2）工艺操作条件

　　Ⅰ、生物量–大小以污泥浓度表示，一般介于10～30gvss/L之间，为防止反应器中污泥流失，可采用装入填料介质使细菌附着挂膜，调节水流速度或污泥回流量。

　　Ⅱ、负荷率–表示消化装置处理能力的一个参数，负荷率有三种表示方法：
　　 ①容积负荷率–反应器单位有效容积在单位时间内接纳的有机物量kg/m3·d。
　　 ②污泥负荷率–反应器内单位重的污泥在单位时间内接纳的有机物量kg/kg·d。
　　③投配率–每天向单位有效容积投加的材料的体积m3/m3·d。
　　投配率的倒数为平均停留时间或消化时间，单位为d（天），投配率池可用百分率表示。
　　负荷率的影响：
　　①当有机物负荷率很高时，营养充分，代谢产物有机酸产量很大，超过甲烷菌的吸收利用能力，有机酸积累pH下降，是低效不稳定状态。
　　②负荷率适中，产酸细菌代谢产物中的有机物（有机酸）基本上能被甲烷菌及时利用，并转化为沼气，残存有机酸量仅为几百毫克/升。pH＝7～7.5，呈弱碱性，是高效稳定发酵状态。
　　③当有机负荷率小，供给养料不足，产酸量偏少，pH＞7.5是碱性发酵状态，是低效发酵状态。

　　Ⅲ、温度控制–发酵要求较高的温度，每去除8000mg/L的COD所产沼气，能使水温升高10℃，一般工艺设计中温消化30～35℃。

　　Ⅳ、pH的控制–当液料pH＜6.5或高于8.0，则要调整液料pH。
　　　　pH＜6.8～7，应减少有机负荷率，
　　　　pH＜6.5，应停止加料，必要时加入石灰中和

　　水解（酸化）-好氧处理系统中的水解（酸化）段的目的，对于城市污水是将原水中的非溶解态有机物截留并逐步转变为溶解态有机物；对于工业废水处理，主要是将其中难生物降解物质转变为易生物降解物质，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧生物处理。水解工艺的开发过程是从低浓度城市污水开始的，与高浓度废水的厌氧消化中的水解、酸化过程是不同的。在连续厌氧过程中水解、酸化的目的是为混合厌氧消化过程中的甲烷化阶段提供基质。而两相厌氧消化中的产酸段（产酸相）是将混合厌氧消化中的产酸段和产甲烷段分开，以便形成各自的最佳环境。因此，尽管水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段、两相法厌氧发酵工艺中的产酸相和混合厌氧消化工艺中的产酸过程均产生有机酸，但是由于三者的处理目的的不同，各自的运行环境和条件有着明显的差异，主要表现在以下几个方面。

（1）氧化还原电位（Eh）不同
　　在混合厌氧消化系统中，由于完成水解、酸化的微生物和产甲烷微生物共处于同一个反应器中，整个反应器的氧化还原电位（Eh）的控制必须首先满足对Eh要求严格的甲烷菌，一般为300mV以下，因此，系统中的水解（酸化）微生物也是在这一电位值下工作的。而两相厌氧消化系统中，产酸相的氧化还原电位一般控制在-300–100mV之间。水解（酸化）-好氧处理工艺中的水解（酸化）段为一典型的兼性过程，只要Eh控制在0mV左右，该过程即可孙里进行。

（2）pH值不同
　　在厌氧消化系统中，消化液的pH值控制在甲烷菌生长的最佳pH值范围，一般为6.8-7.2。在两相厌氧消化系统中，产酸相的pH值一般控制在6.0-6.5之间，在酸化反应器pH值降低时，丙酸的相对含量增大，而丙酸对后续的甲烷相中的产甲烷菌将产生强烈的抑制作用。对于水解（酸化）-好氧处理系统来说，由于浓度低不存在酸的抑制问题，因此，可以不控制pH值的范围，一般pH在6.5-7.5之间。

（3）温度不同
　　三种工艺对温度的控制也不同，通常厌氧消化系统以及两相厌氧消化系统的温度均严格控制，要么中温消化（30-35℃），要么高温消化（50-55℃）。而水解处理工艺对温度无特殊要求，通常在常温下运行，也可获得较为满意的水解（酸化效果）。
　　由于反应条件不同，三种工艺系统种优势菌群也不相同。在厌氧消化系统种，由于严格地控制在厌氧条件下，系统中的优势菌群为专性厌氧菌，因此完成水解（酸化）的微生物主要为厌氧微生物。水解（酸化）工艺控制在兼性条件下，系统中的优势菌群也是厌氧微生物，但以兼性微生物为主，完成水解（酸化）过程的微生物相应也主要为厌氧（兼性）菌。对于两相厌氧消化系统中的产酸相，微生物的优势菌群随控制的氧化还原电位不同而变化。当控制的电位较低时，完成水解、产酸的微生物主要为厌氧菌；当控制的电位较高时，则完成水解、产酸的微生物主要为兼性菌。

　　需要说明的是，水解-好氧工艺中的水解（酸化）过程与好氧AO（HO）、A2O和AB等工艺A段中发生的水解过程也是有较大区别的。这表现在以下两个方面：

　　首先是菌种不同，如上所述在水解工艺中的优势菌群是厌氧微生物，以兼性微生物为主，而在好氧AO（HO）、A2O和AB等工艺A段中的优势菌是以好氧菌为主，仅仅部分兼性菌参加反应；

　　其次，在反应器内的污泥浓度不同，水解工艺采用的是升流式反应器，其中污泥浓度可以达到15-25g/L，而好氧AO（HO）、A2O和AB等工艺中从二沉池回流的污泥浓度一般最高为5g/L，并且以好氧菌为主。以上的差别造成了水解工艺是完全水解，而好氧AO（HO）、A2O和AB等工艺中A段仅仅发生部分水解。

　　H：滤池的滤料厚度，即滤池的有效深度，对于生活污水可取2m。
　　S₀：滤池进水的有机物浓度，mg/L
　　Q：流入滤池的污水设计流量，m³/d，一般采用平均流量，若流量小或变化大时，采用最高流量。水力负荷一般在1-3m³/m²·d。

（二）高负荷生物滤池设计负荷：
　　处理城市污水时，在正常气温下，表面水力负荷以滤池面积计，宜为10~30m³/m²·d；五日生化需氧量容积负荷以填料体积计，不宜大于1.2kg/m³·d。滤层高度2m。进水的BOD5应小于200mg/L，否则需要采用回流处理水的措施。

（三）塔式生物滤池设计负荷：
　　滤层总厚度一般宜为8-12m；每层高度不宜超过2.5m；水力负荷80-200m³/m²·d，BOD容积负荷1.0-2.0kg/m³·d。 进水的BOD5宜控制在500mg/L以下，否则应采用处理水回流措施。当进水BOD5在250mg/L时，填料总高度为8m，进水BOD5每增加50mg/L直至500mg/L时，填料高度增加2m。

（四）接触氧化工艺
　　池体总高度一般为4.5-5.0m，其中填料高度为2.0-3.5m，底部布气层高度为0.6-0.7m，顶部稳定水层为0.5-0.6m。

　　BOD5容积负荷：
　　　　国内：当处理生活污水（或以生活污水为主的城市污水）或处理印染废水时，Nw=3.0-4.0kg/m³·d和1.0-2.0kg/m³·d； 城市污水处理排放标准要求BOD5分别为30mg/L和10mg/L时，的取值分别为5.0 kg/m3·d和2.0kg/m³·d；
　　　　国外：当城市污水二级处理时，Nw=1.2-2.0kg/m³·d，当处理水BOD5要求达到30mg/L以下时,=0.8kg/m³·d；当进行三级处理时，=0.12-0.18kg/m³·d；当要求处理水BOD5要求达到10mg/L以下时，=0.2kg/m ³·d。接触氧化池内溶解氧量一般维持在2.5-3.5mg/L，气水比为15:1-20:1。采用穿孔管曝气时，曝气风管干管风速10-15m/s，支管4-5m/s。在使用生物填料时，填料的充填率根据接触氧化工艺的不同，充填率一般为30~60%。

1. 刚开始培养活性污泥时；

2. 水中有大量难降解的合成洗涤剂时；

3. 泥龄过长或过短时；

4. 阴天气压较低时；

5. 冬季气温与水温温差较大以及水中油脂量较大时。

解决方法：

1、喷水法

2、投加机油方法

3、加大污泥回流量

4、加大污泥外排量

5、减少曝气量

6、加消泡剂

7、降低进水负荷

根据具体情况选择一种或几种方法。

不过，需要特别注意的是：

对生化处理，消泡剂要慎用，注意用量，以免影响生化池的微生物。

1、吸附脱色
吸附脱色技术是依靠吸附剂的吸附作用来脱除色度。通常采用的吸附剂包括可再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维等和不可再生吸附剂如各种天然矿物 ( 膨润土、硅藻土 ) 、工业废料 ( 煤渣、粉煤灰 ) 及天然废料 ( 木炭、锯屑 ) 等。目前用于吸附脱色的吸附剂主要靠物理吸附，但离子交换纤维、改性膨润土等也有化学吸附作用。

2、絮凝脱色
混凝脱色是利用絮凝剂絮凝废水中的成色物质沉淀而进行脱色。
絮凝脱色技术，投资费用低，设备占地少，处理量大，是一种被普遍采用的脱色技术。
2.1 无机混凝剂包括金属盐类和无机高分子絮凝剂。广泛使用的金属盐类有铝盐和铁盐；无机高分子絮凝剂是在传统的金属盐絮凝剂的基础上发展起来的一类新型水处理药剂，具有适应性强、无毒，并可成倍提高效能而相对价廉等优势，受到了迅速发展和广泛应用。
2.2 有机高分子絮凝剂 , 聚丙烯酰胺（ PAM ）的应用最多，它有非离子型、阳离子型和阴离子型三种。

3 、 氧化法脱色
化学氧化法脱色是指用氯、 ClO2 、 O3 、 H2O2 、 HClO4 及次氯酸盐等的氧化性，在一定条件下使废水中的发色基团发生断裂或改变其化学结构，从而达到废水脱色的目的。 氧化法包括化学氧化、光催化氧化和超声波氧化。虽然具体工艺不同，但脱色机制却是相同的。化学氧化是目前研究较为成熟的方法。氧化剂一般采用 Fenton 试剂 (Fe2+-H2O2) 、臭氧、氯气、次氯酸钠等。

4 、生物法脱色
生物法脱色是利用微生物酶来氧化或还原有色分子，破坏其不饱和键及发色基团来达到 脱色目的。

5 、电化学法脱色
电化学法是通过电极反应使废水得到净化。根据电极反应方式划分，电化学方法可细分为内电解法、电絮凝和电气浮法、电氧化法。最著名的内电解法是铁屑法。

6 、膜分离法脱色
在废水处理领域中，膜分离法是用人工合成或天然的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对水中污染物进行选择性分离，从而使废水得到净化的技术。

工艺选择

经过多年的实践，对于各个企业 污水处理站的实地考察和工艺改造，基本上确定了一套高效率、低成本的基本运行模式（在这个基础上，根据企业实际情况可以增减），使得出水能够确保达标排放。

废水一般采用：” 物化沉淀（或气浮）＋厌氧（或兼氧）＋好氧＋物化沉淀” 的组合工艺。

在上面的工艺中，第一步的物化沉淀采用的是一种絮凝脱色剂配合以 PAM 助凝，不仅通过絮凝有效去除 40% 以上的 COD 和其它如悬浮物、氨氮等，同时，其特有的脱色作用，第一步即可使废水达到无色或浅色！成本仅仅零点几元，为低成本运行奠定基础。

在生化出水后，很多企业，其它各项指标均能达标，唯独色度存在，一般为浅黄色或棕色。比如：焦化废水、印染废水。造纸废水等。有实力的单位可以采用活性炭过滤吸附或 ClO2 、 O3 氧化脱色甚至膜分离脱色。但是，大家都很清楚，这些都是投资大运行成本比较高的！我们通过对比实践，从众多的药剂中优选出一种专用生化出水脱色剂。根据不同出水的色度，添加量成本控制在最低的情况下，使出水色度完全达标。

综上所述，在众多企业苦于色度的困扰时，不妨在脱色药剂上多多实验，在低成本运营的前提下解决色度问题，避免高投资！

　　二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质（ BOD 、 COD ），去除率可达 90% 以上，使有机污染物达到排放标准；

　　三级处理，是在一级、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，混凝沉淀法，砂滤法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗析法等。

不溶物

可溶性无机物

可溶性有机物

微生物

物理法

1.过滤

1.电渗析,反渗透

1.萃取

微滤,超滤

2.自然沉淀

3.自然上浮

2.离子交换

4.超滤，纳滤

2.活性炭吸附

5.混凝沉淀

3.吸附

6.混凝气浮

化学法

1.酸碱中和

1.焚烧

1.加臭氧

2.氧化还原

2.高级氧化

2.加氯气

3.化学沉淀

3.曝气

3.加二氧化氯

生物法

1.活性污泥法

1.生物硝化反硝化

1.好氧法

2.生物膜法

2.厌氧法

2.生物硫化

3.污水灌溉