何為厭氧顆粒污泥，pH又該如何控制？

　　厭氧生物處理是在無(wú)氧條件下，利用厭氧菌及兼性菌分解有機(jī)物的一種生物處理方法，其最早僅用于城市污水廠污泥的穩(wěn)定處理，后被應(yīng)用于中高濃度有機(jī)廢水處理中。在厭氧處理中，影響其處理的因素有溫度、pH、負(fù)荷、碳氮比、有毒有害物質(zhì)等。下面就溫度、pH、抑制劑、污泥培養(yǎng)做簡(jiǎn)要分享，供參考交流。

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　　一、厭氧顆粒污泥

　　厭氧顆粒污泥分為淀粉、淀粉糖、檸檬酸、酒精、造紙等行業(yè)高濃度污水處理系統(tǒng)中的高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器（EGSB、IC）生產(chǎn)出的新鮮顆粒污泥。厭氧反應(yīng)器的容積負(fù)荷、上升流速和去除率均分別高于20kgCOD/（m3·d），5m/h和90%.

　　厭氧顆粒污泥體型規(guī)則呈球形，VSS/TSS≥0.7,沉降速度50-150m/h,粒徑0.5-2mm,顆粒度大于90%,最大比產(chǎn)甲烷速率≥400mlCH4/（gVSS·d）。作為接種污泥可用于淀粉、淀粉糖、檸檬酸、酒精、啤酒、造紙、蛋白、食品、味精等行業(yè)的污水處理系統(tǒng)中高負(fù)荷厭氧反應(yīng)器（IC、EGSB、UASB等）的啟動(dòng)運(yùn)行。

　　顆粒污泥外觀

　?。ㄒ唬┡囵B(yǎng)顆粒污泥需考慮的因素

　　1、基質(zhì)

　　培養(yǎng)顆粒污泥首先對(duì)基質(zhì)有一定的要求，一般的，在培養(yǎng)顆粒污泥的基質(zhì)中COD:N:P=110~200:5:1.而有機(jī)廢液的基質(zhì)可分為偏碳水化合物類和偏蛋白質(zhì)類。為了能順利培養(yǎng)出顆粒污泥，對(duì)于偏碳水化合物類的污水需要添加N和P.而對(duì)于偏蛋白質(zhì)類的污水需要添加碳源（如葡萄糖等）。

　　2、溫度

　　廢水中的厭氧處理主要依靠微生物的生命活動(dòng)來(lái)達(dá)到處理的目的，不同微生物的生長(zhǎng)需要不同的溫度范圍。溫度稍有差別，就可在兩類主要種群之間造成不平衡。因此，溫度對(duì)顆粒污泥的培養(yǎng)很重要。顆粒污泥在低溫（15~25℃）、中溫（30~40℃）和高溫（50~60℃）都有過(guò)成功的經(jīng)驗(yàn)。一般的，高溫較中溫的培養(yǎng)時(shí)間短，但由于高溫下NH3與某些化合物混合毒性會(huì)增加，因而導(dǎo)致其應(yīng)用上受一定的限制；中溫一般控制在35℃左右，在其它條件適當(dāng)?shù)那闆r下，經(jīng)1~3個(gè)月可成功的培養(yǎng)出顆粒污泥；低溫下培養(yǎng)顆粒污泥的研究較少，但有文獻(xiàn)報(bào)道在使用顆粒污泥低溫馴化后處理底濃度制藥廢水的實(shí)驗(yàn)中，COD的去處率達(dá)90%,取得了較好的效果。

　　3、pH值

　　反應(yīng)器內(nèi)pH值范圍應(yīng)控制在產(chǎn)甲烷菌最適的范圍內(nèi)（6.8-7.2）。由于不同性質(zhì)的廢水有不同的pH值，為了保證反應(yīng)器內(nèi)pH值的穩(wěn)定，防止酸積累而產(chǎn)生的對(duì)產(chǎn)甲烷菌的抑制，可采用向廢水中添加化學(xué)藥品如NaHCO3、Na2CO3、Ca（OH）2等物質(zhì)。

　?。ǘ┯绊戭w粒污泥形成因素

　　1、堿度

　　一般認(rèn)為，進(jìn)水水質(zhì)中堿度通常應(yīng)在1000mg/L（以CaCO3計(jì)）左右，而對(duì)于以碳水化合物為主的廢水，進(jìn)水堿度：COD >1:3是必要的。有學(xué)者研究表明，在顆粒污泥培養(yǎng)初期，控制出水堿度在1000mg/L（以CaCO3計(jì)）以上能成功培養(yǎng)出顆粒污泥。在顆粒污泥成熟后，對(duì)進(jìn)水的堿度要求并不高。這對(duì)降低處理成本具有積極意義。

　　2、微量元素及惰性顆粒

　　微量元素對(duì)微生物良好的生長(zhǎng)也有重要作用。其中Fe,Co,Ni,Zn等對(duì)提高污泥活性，促進(jìn)顆粒污泥形成是有益的。

　　此外，惰性顆粒作為菌體附著的核，對(duì)顆?；鹬e極的作用。另外，有研究表明，投加活性炭可大大縮短污泥顆?；臅r(shí)間；在投加活性炭后顆粒污泥的粒徑大，并使反應(yīng)器運(yùn)行更加穩(wěn)定。

　　3、SO42-

　　關(guān)于SO42-對(duì)顆粒污泥的形成目前尚在討論中。據(jù)Sam-Soon的胞外多聚物假說(shuō)，局部氫的高分壓是誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生胞外多聚物從而與細(xì)菌表面之間的相互作用，通過(guò)帶電基團(tuán)的靜電吸引及物理接觸等架橋作用，構(gòu)成一種包含多種組分的生物絮體，從而形成顆粒污泥的必要條件，而有硫酸鹽存在時(shí)，由于硫酸鹽還原菌對(duì)氫的快速利用，使反應(yīng)器無(wú)法建立高的氫分壓，從而不利于形成顆粒污泥。但有些國(guó)內(nèi)外外學(xué)者發(fā)現(xiàn)處理含高硫酸鹽廢水時(shí)，會(huì)有非常薄的絲狀體產(chǎn)生，它可作為產(chǎn)甲烷絲菌附著的原始核，從此開(kāi)始顆粒的形成；硫酸鹽還原產(chǎn)生的硫化物與一些金屬離子結(jié)合形成不溶性顆粒，可能成為顆粒污泥生長(zhǎng)的二次核。

　　4、接種污泥及接種量

　　一般來(lái)說(shuō)，對(duì)接種污泥無(wú)特殊要求，但接種污泥的不同對(duì)形成顆粒污泥的快慢有直接影響。因此，保證污泥的沉降性能好、厭氧微生物種類豐富、活性高，對(duì)加快顆粒污泥的形成是十分有利的。

　　對(duì)接種污泥的量，有學(xué)者研究認(rèn)為，厭氧污泥接種量為11.5kgVSS/m3（按反應(yīng)區(qū)容積計(jì)算）左右時(shí)，對(duì)于迅速培養(yǎng)出厭氧顆粒污泥是合適的。

　　5、啟動(dòng)方式

　　采用低濃度進(jìn)水，結(jié)合逐步提高水力負(fù)荷的啟動(dòng)方式有利于污泥顆?；?。這是因?yàn)榈蜐舛冗M(jìn)水可以有效避免抑制性生化物質(zhì)的過(guò)度積累，同時(shí)較高的水力負(fù)荷可加強(qiáng)水力篩分作用。

　　6、水力負(fù)荷

　　這是最重要的一條，需要循序漸進(jìn)。水力負(fù)荷太低，會(huì)導(dǎo)致大量分散污泥過(guò)度生長(zhǎng)，從而影響污泥的沉降性能，甚至?xí)?dǎo)致污泥膨脹。但水力負(fù)荷過(guò)大，會(huì)對(duì)顆粒污泥造成剪切并會(huì)剝落未聚集細(xì)胞體的胞外多糖粘滯層而阻礙粘附聚集。因此，在啟動(dòng)初期，應(yīng)采用較小的水力負(fù)荷（0.05-0.1m3/m2 ?h）使絮體污泥能夠相互粘結(jié)，向集團(tuán)化生長(zhǎng)，有利于形成顆粒污泥的初生體。當(dāng)出現(xiàn)一定量的污泥后，提高水力負(fù)荷至0.25 m3/m2?h以上，可以沖走部分絮體污泥，使密度較大的顆粒污泥沉降到反應(yīng)器底部，形成顆粒污泥層。為了盡快實(shí)現(xiàn)污泥顆粒化，把水力負(fù)荷提高到0.6m3/m2?h時(shí)，可以沖走大部分的絮體污泥。但是，提高水力負(fù)荷不能過(guò)快，否則大量絮體污泥的過(guò)早淘汰會(huì)導(dǎo)致污泥負(fù)荷過(guò)高，影響反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　電鏡下的顆粒污泥和產(chǎn)甲烷絲菌

　　二、中溫厭氧的溫度

　　1、40℃以下，溫度越高，活性越強(qiáng)（中溫厭氧）；

　　2、一般超過(guò)40℃，產(chǎn)甲烷菌嗝屁，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)酸化失去處理效果（中溫厭氧）；

　　3、40-41℃，如果溫度較為穩(wěn)定，還能勉強(qiáng)運(yùn)行，切忌不要發(fā)生溫度波動(dòng)，當(dāng)然這樣做很危險(xiǎn)；

　　4、30-40℃之間，理論上溫度越高越好，但是實(shí)際觀察差別不算巨大，運(yùn)行時(shí)差不多就行，加溫花錢(qián)不少；

　　5、30℃以下，甚至不足20℃，常常是UASB運(yùn)行調(diào)試失敗的重要原因；

　　6、溫度不足時(shí)常采用蒸汽加熱，蒸汽加到進(jìn)水管或配水池內(nèi)，不能直接加入?yún)捬醴磻?yīng)器中。

　　三、中溫厭氧的pH

　　目前最常見(jiàn)說(shuō)法是pH控制在6.8-7.2,所以大量的厭氧調(diào)試人員拼命追求加堿調(diào)pH的精度，其實(shí)，這與DO的內(nèi)容類似，pH這也有必要搞清楚是誰(shuí)的pH?

　　pH值6.8-7.2是綜合了中溫厭氧反應(yīng)器中以產(chǎn)甲烷菌為主，輔以大量其他厭氧菌后，綜合得出的經(jīng)驗(yàn)值。這個(gè)值，是針對(duì)厭氧系統(tǒng)中的微生物而言，而不是針對(duì)進(jìn)水出水；因?yàn)閺U水經(jīng)過(guò)生化反應(yīng)后，pH或升或降，有些變化在所難免，這一點(diǎn)較好理解，那么pH變化都有哪些情況呢，總結(jié)如下：

　　1、有機(jī)酸的轉(zhuǎn)化：

　　有機(jī)物水解成有機(jī)酸，中性變酸性，自然酸增加，pH下降；（較）長(zhǎng)鏈脂肪酸分解為短鏈的，酸增多，pH下降，可以理解為酸化過(guò)程表現(xiàn)，前兩種在產(chǎn)甲烷受抑制時(shí)會(huì)體現(xiàn)較為明顯；VFA降解，有機(jī)酸變?yōu)闊o(wú)機(jī)的CO2,且還可以脫離水相，總之就是酸減少，pH上升，可以理解為產(chǎn)甲烷過(guò)程的表現(xiàn)，厭氧出水經(jīng)過(guò)暴露跌水，會(huì)有明顯表現(xiàn)。

　　2、硫酸鹽還原：

　　硫酸鹽在SRB（硫酸鹽還原菌）作用下還原為H2S,增加堿度，表現(xiàn)為pH的上升，但也就在6變7這個(gè)樣子。

　　3、有機(jī)氮釋放氨：

　　蛋白、氨基酸等分解，導(dǎo)致氨氮增加，堿度隨之增加，pH上升，實(shí)際中蛋白水、淀粉水極常見(jiàn)，經(jīng)常發(fā)生厭氧進(jìn)水pH=4,出水pH=7.

　　4、甲醇產(chǎn)甲烷：

　　這個(gè)比較特別，由于產(chǎn)甲烷過(guò)程中生成一定的弱酸性物質(zhì)CO2,所以這個(gè)產(chǎn)甲烷反應(yīng)導(dǎo)致向酸性變化，但是只有在甲醇含量較高時(shí)才可能出現(xiàn)。

　　四、厭氧的常見(jiàn)抑制

　　在厭氧消化階段，許多化學(xué)物質(zhì)能夠影響消化過(guò)程微生物的生理活動(dòng)，稱之為抑制劑，包括有揮發(fā)性脂肪酸，硫化物或硫酸鹽，氨氮，重金屬，氰化物，酸類、苯等某些有機(jī)物質(zhì)，下面簡(jiǎn)單介紹有代表性的三種。

　　1、VFA.

　　高濃度下，低pH下，有直接抑制。當(dāng)然，VFA積累，本身也會(huì)促使pH下降，這就容易產(chǎn)生一個(gè)惡性循環(huán)，所以厭氧系統(tǒng)檢測(cè)出水VFA是很有必要的，一旦VFA出現(xiàn)不正常，而又沒(méi)采取有效的措施去控制，很可能一酸到底。不過(guò)，過(guò)分的強(qiáng)調(diào)VFA的抑制性就偏激了，VFA中的乙酸，可是直接產(chǎn)甲烷的底物。

　　2、氨氮。

　　高濃度下，高pH下，有直接抑制。一般來(lái)說(shuō)，500ppm以下絕對(duì)沒(méi)問(wèn)題，500-1000ppm,顆粒污泥，運(yùn)行上幾個(gè)月看起來(lái)問(wèn)題也不大，但是不保證長(zhǎng)久下來(lái)不需要更換污泥，1000ppm以上，考慮放棄。氨氮有個(gè)附加問(wèn)題，就是同時(shí)存在P和Mg時(shí)，容易發(fā)生鳥(niǎo)糞石結(jié)垢，這時(shí)IC比UASB有優(yōu)勢(shì)，基本上只會(huì)在出水管緩慢結(jié)垢，而不是整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)。

　　3、硫酸鹽。

　　可以講硫酸鹽本身沒(méi)什么，除非上萬(wàn)的濃度影響了滲透壓。但是SRB（硫酸鹽還原菌）這種細(xì)菌搞破壞，它把硫酸根轉(zhuǎn)化為H2S,還消耗產(chǎn)甲烷菌的碳源底物。一般來(lái)說(shuō)，COD在5000mg/L,硫酸鹽在1500mg/L,顆粒污泥運(yùn)行沒(méi)問(wèn)題。再高不好講了。很多水友說(shuō)碳硫比在某個(gè)數(shù)值合適，這是只知其一，不知其二的說(shuō)法，這種思想下做出來(lái)的厭氧實(shí)際會(huì)出麻煩。因?yàn)樘剂虮群线m只是保證了產(chǎn)甲烷可以正常進(jìn)行，不至于被選擇性抑制。但是高的硫酸鹽含量下，還原形成的H2S濃度也會(huì)更高，當(dāng)然，H2S在低pH下毒性更強(qiáng)大。