（1）水解階段：高分子有機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機物質(zhì)比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內(nèi)進行下一步的分解。

（2）酸化階段：上述的小分子有機物進入到細胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為簡單的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），同時還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產(chǎn)物產(chǎn)生。

（3）產(chǎn)乙酸階段：在此階段，上一步的產(chǎn)物進一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細胞物質(zhì)。

（4）產(chǎn)甲烷階段：在這一階段，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細胞物質(zhì)。這一階段也是整個厭氧過程為重要的階段和整個厭氧反應過程的限速階段。

再上述四個階段中，有人認為第二個階段和第三個階段可以分為一個階段，在這兩個階段的反應是在同一類細菌體類完成的。前三個階段的反應速度很快，如果用莫諾方程來模擬前三個階段的反應速率的話，Ks（半速率常數(shù)）可以在50mg/l以下，μ可以達到5KgCOD/KgMLSS.d。而第四個反應階段通常很慢，同時也是為重要的反應過程，在前面幾個階段中，廢水的中污染物質(zhì)只是形態(tài)上發(fā)生變化，COD幾乎沒有什么去除，只是在第四個階段中污染物質(zhì)變成甲烷等氣體，使廢水中COD大幅度下降。同時在第四個階段產(chǎn)生大量的堿度這與前三個階段產(chǎn)生的有機酸相平衡，維持廢水中的PH穩(wěn)定，保證反應的連續(xù)進行。

厭氧反應器中有時會產(chǎn)生大量泡沫，泡沫呈半液半固狀，嚴重時可充滿氣相空間并帶入沼氣管道，導致沼氣系統(tǒng)的運行困難。

產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，因為泡沫主要是由于CO2產(chǎn)量太大形成的，當反應器內(nèi)溫度波動或負荷發(fā)生突變等情況發(fā)生時，均可導致系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定和CO2的產(chǎn)量增加，進而導致泡沫的產(chǎn)生。如果將運行不穩(wěn)定因素及時排除，泡沫現(xiàn)象一般也會隨之消失。在厭氧污泥培養(yǎng)初期，由于CO2產(chǎn)量大而甲烷產(chǎn)量少，也會出現(xiàn)泡沫，隨著甲烷菌的培養(yǎng)成熟，CO2產(chǎn)量減少，泡沫一般也會逐漸消失。進水中含有蛋白質(zhì)是產(chǎn)生泡沫的一個原因，而微生物本身新陳代謝過程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物也會降低水的表面張力而生成氣泡。厭氧生物處理過程中大量產(chǎn)氣會產(chǎn)生類似好氧處理的曝氣作用而形成氣泡問題，負荷突然升高所帶來的產(chǎn)氣量突然增加也可能出現(xiàn)泡沫問題。

碳酸鈣(CaCO3)沉淀：處理廢水鈣含量高或利用石灰補充堿度，都會增加產(chǎn)生碳酸鈣沉淀的可能性。高濃度的碳酸氫鹽和磷酸鹽都有利于鈣的沉淀。

鳥糞石(MgNH4PO4)沉淀：進水中含有較高濃度的溶解性正磷酸鹽、氨氮和鎂離子時，就會生成鳥糞石沉淀。厭氧處系統(tǒng)鳥糞石沉淀主要在管道彎頭、水泵入口和二沉池進出口等處出現(xiàn)。

厭氧生物處理的三個階段是怎樣的?

理論研究認為三個階段，即厭氧消化過程分為水解發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫階段、產(chǎn)甲烷階段三部分。

水解發(fā)酵階段和產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫階段又可合稱為酸性發(fā)酵階段。在這個階段，污水中的復雜有機物，在酸性腐化菌或產(chǎn)酸菌的作用下，分解成簡單的有機物，如有機酸，醇類等，以及CO2、NH3和H2S等無機物。由于有機酸的積累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于有機酸和含氮化合物的分解，產(chǎn)生碳酸鹽和氨等使酸性減退，pH值回升到6.6～6.8左右。

1.水解酸化階段。污水中復雜的大分子、不溶性的有機物在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內(nèi)，水解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇類及醛類等。

2.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌的作用下，各種有機酸分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫和二氧化碳。

3.產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫及二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。

厭氧消化的三個階段和COD轉(zhuǎn)化率有多少?

水解酸化法的優(yōu)點是什么?

1.池體不需要密閉，也不需要三相分離器，運行管理方便簡單。

2.大分子有機物經(jīng)水解酸化后，生成小分子有機物，可生化性較好，即水解酸化可以改變原污水的可生化性，從而減少反應時間和處理能耗。

3.水解酸化屬于厭氧處理的前期，沒有達到厭氧發(fā)酵的終階段，因而出水中也就沒有厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的難聞氣味，改善了污水處理廠的環(huán)境。

4.水解酸化反應所需時間較短，因此所需構(gòu)筑物體積很小，一般與沉淀池相當，可節(jié)約基建投資。

5.時間酸化對固體有機物的降解效果較好，而且產(chǎn)生的剩余污泥很少，實現(xiàn)了污泥、污水一次處理，具有消化池的部分功能。

厭氧生物處理的主要特點有哪些?

1.能耗較低：因為厭氧生物處理不需要供氧，能源消耗約為好氧活性污泥法的1/10，還能產(chǎn)生具有較高熱值的甲烷氣(CH4)。每去除1gCODcr可以產(chǎn)生0.35標準升甲烷或0.7標準升沼氣。沼氣的熱值為22.7KJ/L,甲烷的熱值為39300KJ/m3，一般天然氣的熱值為34300KJ/m3 。

2.污泥產(chǎn)量低：因為厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，好氧生物處理系統(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量為0.25～0.6kg，而厭氧生物處理系統(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量只有0.02～0.18kg。

3.可對好氧生物處理系統(tǒng)不能降解的一些大分子有機物進行*降解或部分降解。

4.厭氧微生物對溫度、PH等環(huán)境因素的變化更為敏感，運行管理好厭氧生物處理系統(tǒng)的難度較大。

5.水溫適應廣：好氧處理水溫在10～35℃之間，當高溫時就需采取降溫措施;而厭氧處理水溫適應廣泛，分低溫厭氧(10～30℃)、中溫厭氧(30～40℃)和高溫厭氧(50～60℃)。

厭氧生物處理的影響因素有哪些?

1.溫度：存在兩個不同的佳溫度范圍(55℃左右，35℃左右)。通常所稱高溫厭氧消化和低溫厭氧消化即對應這兩個佳溫度范圍。

2.pH值：厭氧消化佳pH值范圍為6.8～7.2。

3.有機負荷：由于厭氧生物處理幾乎對污水中的所有有機物都有降解作用，因此討論厭氧生物處理時，一般都以CODcr來分析研究，而不象好氧生物處理那樣必須以BOD5為依據(jù)。厭氧處理的有機負荷通常以容積負荷和一定的CODcr去除率來表示。

4.營養(yǎng)物質(zhì)：厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200～300):5:1即可。甲烷菌對硫化氫的佳需要量為11.5mg/L。有時需補充某些必需的特殊營養(yǎng)元素，甲烷菌對硫化物和磷有專性需要，而鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等對甲烷菌有激活作用。

5.氧化還原電位：氧化還原電位可以表示水中的含氧濃度，非甲烷厭氧微生物可以在氧化還原電位小于+100mV的環(huán)境下生存，而適合產(chǎn)甲烷菌活動的氧化還原電位要低于-150mV，在培養(yǎng)甲烷菌的初期，氧化還原電位要不高于-330mV。

6.堿度：廢水的碳酸氫鹽所形成的堿度對pH值的變化有緩沖作用，如果堿度不足，就需要投加和石灰等堿劑來保證反應器內(nèi)的堿度適中。

7.有毒物質(zhì)。

8.水力停留時間：水力停留時間對于厭氧工藝的影響主要是通過上流速度來表現(xiàn)出來的。一方面，較高的水流速度可以提高污水系統(tǒng)內(nèi)進水區(qū)的擾動性，從而增加生物污泥與進水有機物之間的接觸，提高有機物的去除率。另一方面，為了維持系統(tǒng)中能擁有足夠多的污泥，上流速度又不能超過一定限值。

營養(yǎng)物質(zhì)對厭氧生物處理的影響體現(xiàn)在哪些方面?

厭氧微生物的生長繁殖需要攝取一定比例的CNP及其他微量元素，但由于厭氧微生物對碳素養(yǎng)分的利用率比好氧微生物低，一般認為，厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr：N:P=(200～300)：5：1即可。

還要根據(jù)具體情況，補充某些必需的特殊營養(yǎng)元素，比如硫化物、鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等。

在厭氧處理時提供氮源，除了滿足合成菌體之外，還有利于提高反應器的緩沖能力。如果氮源不足，即碳氮比太高，不僅導致厭氧菌增殖緩慢，而且使消化液的緩沖能力降低，引起pH值下降。相反，如果氮源過剩，碳氮比太低、氮不能被充分利用，將導致系統(tǒng)中氮的積累，引起pH值上升;如果pH值上升到8以上，就會抑制產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖，使消化效率降低。一般說來，氮的濃度必須保持在40～70mg/L的范圍內(nèi)才能維持甲烷菌的活性。

pH值對厭氧處理的影響體現(xiàn)在哪些方面?

厭氧微生物對其活動范圍內(nèi)的pH值有一定的要求，產(chǎn)酸菌對pH值的適應范圍較廣，一般在4.5～8.0之間都能維持較高的活性。而甲烷菌對pH值較為敏感，適應范圍較窄，在6.6～7.4之間較為適宜，佳pH值為7.0～7.2。因此，在厭氧處理過程中，尤其是產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷在一個構(gòu)筑物內(nèi)進行時，通常要保持反應器內(nèi)的pH值在6.5～7.2之間，好保持在6.8～7.2的范圍內(nèi)。

厭氧處理要求的佳pH值指的是反應器內(nèi)混合液的pH值，而不是進水的pH值，因為生物化學過程和稀釋作用可以迅速改變進水的pH值。反應器出水的pH值一般等于或接近反應器內(nèi)部的pH值。

含有大量溶解性碳水化合物的廢水進入?yún)捬醴磻骱?，會因產(chǎn)生乙酸而引起pH值的迅速降低，而經(jīng)過酸化的廢水進入反應器后，pH值將會上升。含有大量蛋白質(zhì)或氨基酸的廢水，由于氨的形成，pH可能會略有上升。因此，對不同特性的廢水，可控制不同的pH值，可能低于或高于反應器所要求的pH值。

維持厭氧反應器內(nèi)有足夠堿度的措施有哪些?

1.投加堿源：增大系統(tǒng)緩沖能力的堿源可以使用和石灰等。

2.提高回流比：正常厭氧消化處理設(shè)施的出水中含有一定的堿度，將出水回流可以有效補充反應器內(nèi)的堿度。

什么是VFA和ALK?VFA與ALK的比值有什么意義?

VFA表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的揮發(fā)性有機酸的含量，ALK則表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的堿度。

厭氧消化系統(tǒng)正常運行時，ALK一般在1000～5000 mg/L(以CaCO3計)之間，典型值在2500～3500mg/L之間，VFA一般在50～2500mg/L之間，必須維持堿度和揮發(fā)酸濃度之間的平衡，使消化液pH保持在6.5～7.5的范圍內(nèi)。只要堿度和揮發(fā)酸濃度能保持平衡，當堿度超過4000mg/L時，即使VFA超過1200mg/L，系統(tǒng)也能正常運行。而堿度與酸度能保持平衡的主要標志就是VFA與ALK的比值保持在一定的范圍內(nèi)。

VFA/ALK反應了厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)中間代謝產(chǎn)物的積累程度，正常運行的厭氧處理裝置的VFA/ALK一般在0.3以下，如果VFA/ALK突然升高，往往表明中間代謝產(chǎn)物不能被甲烷菌及時分解利用，即系統(tǒng)已出現(xiàn)異常，需要采取措施進行解決。

如果VFA/ALK剛剛超過0.3，在一定時間內(nèi)，還不至于導致pH值下降，還有時間分析造成VFA/ALK升高的原因和進行控制。如果VFA/ALK超過0.5，沼氣中的CO2含量開始升高，如果不及時采取措施予以控制，會很快導致pH值下降，使甲烷菌的活動受到抑制。此時應加入部分堿源，增加反應器內(nèi)的堿度使pH值回升，為尋找確切的原因并采取控制措施提供時間。如果VFA/ALK超過0.8，厭氧反應器內(nèi)pH值開始下降，沼氣中甲烷的含量往往只有42%～45%，沼氣已不能燃燒。這時候必須向反應器內(nèi)大量投入堿源，控制住pH值的下降并使之回升，如果pH值持續(xù)下降到5以下，甲烷菌將全部失去活性，需要重新培養(yǎng)厭氧污泥。

為什么VFA是反映厭氧生物反應器效果的重要指標?

VFA表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的揮發(fā)性有機酸的含量，而揮發(fā)性有機酸是厭氧生物處理系統(tǒng)的中間產(chǎn)物。

厭氧生物處理系統(tǒng)實現(xiàn)對廢水中或污泥中有機物的有效處理，終是通過產(chǎn)甲烷過程來實現(xiàn)的，而產(chǎn)甲烷菌所能利用的有機物就是揮發(fā)性有機酸VFA。如果厭氧生物反應器的運轉(zhuǎn)正常，那么其中的VFA含量就會維持在一個相當穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

VFA過低會使甲烷能利用的物料減少，厭氧反應器對有機物的分解程度降低;而VFA過高超過甲烷菌所能利用的數(shù)量，又會造成VFA的過度積累，進而使反應器內(nèi)的pH下降，影響甲烷菌正常功能的發(fā)揮。同時甲烷菌因各種原因受到傷害后，也會降低對VFA的利用率，反過來造成VFA的積累，形成惡性循環(huán)。

因此，所有的厭氧反應器都應把VFA作為一個控制指標來分析化驗和及時掌握。

什么是升流式厭氧污泥反應器UASB?

升流式厭氧污泥反應器的英文是Upflow Anaerobic Sludge Blan-ket,簡稱為UASB，其基本特征是在反應器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮區(qū)和污泥床區(qū)。

什么是膨脹顆粒污泥床EGSB?

膨脹顆粒污泥床的英文是Expanded Granular Sludge bed，簡寫為EGSB，是在UASB反應器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。EGSB反應器與UASB反應器的結(jié)構(gòu)非常相似，所不同的是EGSB反應器中采用高達2.5～6m3/(m2·h)的水力負荷，這遠大于UASB常用的約0.5～2.5m3/(m2·h)的水力負荷。因此，在EGSB反應器中，顆粒污泥床處于部分或全部"膨脹化"狀態(tài)，即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的加大而增加。為了提高水力負荷(即上流速度)，EGSB反應器采用較大的高度與直徑比和較大的回流比。

什么是顆粒污泥?

顆粒污泥的形成實際上是微生物固定化的一種形式，其外觀為具有相對規(guī)則的球形或橢圓形黑色顆粒。顆粒污泥的粒徑一般為0.1～3mm，個別大的有5mm，密度為1.04～1.08g/cm3，比水略重，具有良好的沉降性能和降解水中有機物的產(chǎn)甲烷活性。

在光學顯微鏡下觀察，顆粒污泥呈多孔結(jié)構(gòu)，表面有一層透明膠狀物，其上附著甲烷菌。顆粒污泥靠近外表面部分的細胞密度較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散、細胞密度較小，粒徑較大的顆粒污泥往往有一個空腔，這是由于顆粒污泥內(nèi)部營養(yǎng)不足使細胞自溶而引起的。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新生顆粒污泥的內(nèi)核，一些大的顆粒污泥還會因內(nèi)部產(chǎn)生的氣體不易釋放出去而容易上浮。

使升流式厭氧反應器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法有哪幾種?

UASB反應器運行成功的關(guān)鍵是具有顆粒污泥，使UASB反應器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法有以下三種：

1. 直接接種法：從正在運行的其它UASB反應器中取出一定量的顆粒污泥直接投入新的UASB反應器后，由少到多逐步加大處理的污水水量，直到設(shè)計水量。這種方法反應器投產(chǎn)所需時間快，但一般只有在啟動小型UASB反應器采用這種方法。

2.間接接種法：將取自正在運行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，投入UASB反應器后，創(chuàng)造厭氧微生物佳的生長條件，有人工配制的、含有適當營養(yǎng)成分的營養(yǎng)水進行培養(yǎng)，形成顆粒污泥后，再由少到多逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計水量。

3.直接培養(yǎng)法：將取自正在運行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，投入UASB反應器后，用被處理污水直接培養(yǎng)，形成顆粒污泥后，再逐步加大被處理的污水水量，直到設(shè)計水量。這種方法反應器投產(chǎn)所需時間較多，可長達3～4個月，大型UASB反應器常采用這種方法。

厭氧污泥培養(yǎng)成熟后有何特征?

培養(yǎng)結(jié)束后，成熟的污泥呈深灰到黑色，有焦油氣味但無硫化氫氣味，pH值在7.0～7.5之間，污泥容易脫水和干化。對進水的處理效果高，產(chǎn)氣量大，沼氣中甲烷成分高。培養(yǎng)成熟的厭氧消化污泥的基本指標和參數(shù)見下表。