成都市UASB厌氧反应器
厌氧反应器内出现泡沫、化学沉淀等不良现象的原因?
厌氧反应器中时会产生大量泡沫，泡沫呈半液半固状，严重时可充满相空间并带入沼管道，导致沼的困难。
产生泡沫的主要原因是厌氧不稳定，因为泡沫主要是由于CO2产量太大形成的，当反应器内温度波动或负荷发生突变等情况发生时，均可导致的不稳定和CO2的产量增加，进而导致泡沫的产生。如果将不稳定因素及时除，泡沫现象一般也会随之消失。在厌氧污泥培养初期，由于CO2产量大而甲烷产量少，也会出现泡沫，随着甲烷菌的培养成熟，CO2产量减少，泡沫一般也会逐渐消失。进水中含蛋白质是产生泡沫的一个原因，而微生物本身新陈代谢过程中产生的一些中间产物也会降低水的表面张力而生成泡。厌氧生物处理过程中大量产会产生类似好氧处理的曝而形成泡问题，负荷突然升高所带来的产量突然增加也可能出现泡沫问题。
碳酸钙(CaCO3)沉淀：处理废水钙含量高或利用石灰补充碱度，都会增加产生碳酸钙沉淀的可能性。高浓度的碳酸氢盐和磷酸盐都利于钙的沉淀。
鸟粪石(MgNH4PO4)沉淀：进水中含较高浓度的溶解性正磷酸盐、氨氮和 镁离子时，就会生成鸟粪石沉淀。厌氧处理鸟粪石沉淀主要在管道弯头、水泵入口和二沉池进出口等处出现。
厌氧生物处理的三个阶段是怎样的?
理论研究认为三个阶段，即厌氧消化过程分为水解发酵阶段、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段三部分。
水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段又可合称为酸性发酵阶段。在这个阶段，污水中的复杂机物，在酸性腐化菌或产酸菌的下，分解成简单的机物，如机酸，醇类等，以及CO2、NH3和H2S等机物。由于机酸的积累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于机酸和含氮化合物的分解，产生碳酸盐和氨等使酸性减退，pH值回升到6.6～6.8左右。
⑴ 水解酸化阶段。污水中复杂的大分子、不溶性的机物在细胞外酶的下水解为小分子、溶解性机物，然后渗入细胞体内，水解产生挥发性机酸、醇类及醛类等。
⑵ 产氢产乙酸阶段。在产氢产酸菌的下，各种机酸分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。
⑶ 产甲烷阶段。产甲烷菌将乙酸、氢及二氧化碳转化为甲烷。
厌氧反应器为什么会“酸化”?该如何进行恢复?
pH是沼发酵重要的影响因素，超过pH范围时，会引起更严重的后果。低于pH下限并持续过久时，会导致产甲烷菌活力丧失殆尽，而产乙酸菌大量繁殖，引起反应的“酸化”，严重酸化发生后，反应难以恢复至原状态。对此，本文对“酸化”的原因现象进行了简单，并就其恢复措施进行了探讨。
一、厌氧反应器三个重要参数
1、碱度(ALK)
厌氧处理中，较强的酸碱缓冲体系能够降低pH的变化幅度，而与酸碱平衡关的共轭酸碱对包括：H2CO3/HCO3-、HCO3-/CO32-、NH4+/NH3、H2S/HS-、HS-/S2-和HAc/Ac-等。当废水中的pH发生变化时，这些酸碱对的浓度也会发生相应的变化。
理论上，总碱度将包括水中的[HS-]、[CO32-]、[NH3]、[HCO3-]、[Ac-]、[OH-]和[S2-]等，常称之为“挥发性酸碱度”，也称“VFA”，因为一般厌氧体系的pH值为6.0~8.0，上述致碱物质中的[OH-]和[S2-]的浓度会相对较小，可以忽略不计。
废水中足够的碱度时，能够通过控制反应器的pH来监控VFA的积累，只在厌氧体系中足够的碳酸氢盐碱度才能稳定的pH值环境。PAQUES认为：水解酸化池的出水碱度必须保持至少在600~900mg/L(该数值为低限，在高浓度废水中，碱度要高出此许多)，这样可防止当挥发性脂肪酸积累的情况下反应器的pH值骤然下降。
2、酸化度(VFA/COD)
在厌氧工艺的研究中，将酸化度(VFA/COD)作为废水酸化程度的指标，但查阅相应的厌氧处理技术资料后发现，明确提出将酸化度(VFA/COD)作为厌氧反应器进水的一项重要水质指标的并不多。穆军等将挥发酸产率(VFA/COD)作为废水处理中的一个重要性质，研究了蔗糖-蛋白胨人工配水的酸化过程，在此基础上提出和定义了废水可酸化性和酸化度的概念，并构建了废水厌氧酸化过程的评判规准。
部分学者认为机废水完预酸化对厌氧反应是害的，因为预酸化出水中含细小的发酵产酸菌污泥，这些污泥会置换出反应器中的部分产甲烷菌，使产甲烷菌过多流失，使污泥增长速度变慢，严重时会导致反应器“酸化”。所以，建议在厌氧处理前采用轻微的预酸化，酸化率为20~40%，时甚至更低就可以达到要求。
PAQUES认为：厌氧反应器进水COD达到至少30%的预酸化度是必要的，这能够使反应器内部的酸化菌和产甲烷菌达到良好的混合比率。而预酸化程度过低(<30%)或过高(>50%)都会改变这些细菌的种群比例，从而影响颗粒污泥的结构。一般情况下，可以通过延长预处理中的调节池或预酸化池的水力停留停留时间或添加碱性药剂提高pH值以达到较高的预酸化度。
3、VFA/ALK
VFA表示厌氧处理内的挥发性机酸的含量，ALK则表示厌氧处理内的碱度。厌氧消化正常时，VFA一般在50~2500mg/L之间，ALK一般在1000~5000mg/L(以CaCO3计)之间，必须维持碱度和挥发性机酸浓度之间的平衡，才能保持消化液pH值在6.5~7.5的范围内。
VFA/ALK反映了厌氧处理内的中间代谢产物的积累程度，正常的厌氧处理装置的VFA/ALK一般在0.3以下。如果VFA/ALK突然升高，往往表明中间代谢产物不能被甲烷及时分解利用，即已经出现异常，需要采取措施进行解决。
如果VFA/ALK刚刚超过0.3，在一定时间内，还不不会导致pH下降，还时间分析造成VFA/ALK升高的原因以进行控制;如果VFA/ALK超过0.5，沼中CO2含量开始升高，如果不及时采取措施控制，会很快导致pH下降，使甲烷菌的活动受到抑制;如果VFA/ALK超过0.8，厌氧反应器内pH开始下降，沼中甲烷的含量往往只42%~45%，沼不能燃烧;如果pH持续下降到5以下，甲烷菌将部失去活性，需要重新培养厌氧污泥。
成都市UASB厌氧反应器
二、“酸化”现象原因及表象
1、酸化的产生
厌氧消化中非产甲烷菌降解机物的过程可产生大量的VFA和CO2，明显降低pH;而产甲烷菌则在利用乙酸、甲酸、氢形成甲烷的过程中消耗机酸和CO2。两者的共同可使反应体系内pH稳定在一个适宜的范围内，并使废水中COD顺利地降解为甲烷、CO2而去除。
然而，相对于非产甲烷菌而言，产甲烷菌对温度、pH、氧化还原电位(ORP)、碱度及毒物质等均很敏感，各种生态因子的生态幅均较窄，对生态因子的要求更加苛刻。所以当中温度、pH、ORP等生态因子或机负荷剧烈变化时，产甲烷菌的活性会受到一定程度抑制，而非产甲烷菌活性所受的影响较小，其产生的VFA不能部被产甲烷菌利用，使得厌氧体系内VFA大量积累，两大类细菌的代谢平衡被破坏。因而温度、pH、ORP、机负荷等条件均导致厌氧酸化现象的产生。
此外，沟流问题也常会导致厌氧反应器的酸化现象。当厌氧反应器内污泥粒度过细、密度大、液流分布不均匀时会出现沟流现象，由于活性污泥不能与进水效接触，易造成反应器局部VFA的大量积累，进而导致反应器酸化;而酸化会降低产量、加大污泥黏度、增大反应器“死区”体积，导致沟流问题进一步恶化。
2、酸化的表象
(1) 沼产量下降;
(2) 沼中甲烷含量降低;
(3) 消化液VFA增高;
(4) 机物去除率下降;
(5) 消化液pH值下降;
(6) 碳酸盐碱度与总碱度间差值明显增加;
(7) 洗出的颗粒污泥颜色变浅没光泽;
(8) 反应器出水产生明显异味;
(9) ORP(氧化还原电位)值上升等;
(10) 微生物种群“畸变”或减少。
三、厌氧反应器“酸化”恢复措施
1、化学恢复法
1)、投加氢氧化物
投加NaOH、Ca(OH)2等氢氧化物可效提升反应器pH，实现短期内厌氧体系中pH的恢复。然而投加的氢氧化物如Ca(OH)2大多被碳酸盐所消耗，由于缺乏酸碱缓冲能力，厌氧反应器内pH会出现大幅震荡过程，难以保持稳定，不利于耗氢产乙酸菌及产甲烷菌的活性恢复，部分情况下甚至会导致反应器崩溃;其次，氢氧化物会消耗产甲烷过程中所需的CO2，破坏产甲烷的进行，对产甲烷菌的恢复不利，因此这种方法目前已不常用。
2)、投加NaHCO3
仅从理论角度讲，NaHCO3的投加能够在不干扰微生物敏感的理化平衡的情况下平稳地将pH调节到理想状态，且不影响CO2的含量，pH的波动相对其他化学也较小;但NaHCO3饱和溶液的pH值仅为8.2，在不考虑NaHCO3随出水流失以及与VFA反应的消耗量，将容积为800m³反应器的pH值从6.0提升到7.0需固体NaHCO3质量为12t，况且将反应器中pH值和VFA都恢复正常并不是一两天的事，需要一定的恢复期，所以可能需要投加NaHCO3。显然，这是一个相当沉重的负担，虽然试验中较好的效果，但在工程实际中，不宜采用NaHCO3。
2、物理恢复法
1)、提高混合程度
通过增加反应器水力停留时间(HRT)，或改进反应器的设计，可提高厌氧反应器混合程度，降低“死区”范围，进而抑制或减少沟流现象。例如，改变ABR导流挡板的角度与安插方向，可促进水流在反应器底部的均匀分布，大限度地增加反应器的混合程度。此种方法通常用于预防酸化或对酸化进行辅助恢复。
2)、降低进水浓度
通过降低进水浓度(通常<2000mg/L)，进而降低反应器的机负荷，是实现酸化反应器恢复的常用方法。但单独采用这种方法的恢复效果并不明显，通常要配合碱液投加方法一起使用。例如，采用降低进水浓度同时配合加入一定NaHCO3的方法将酸化反应器的pH从4.5调至7.0，9d后UASB的出水pH从初被酸化时的5.4回升到6.5。
3)、处理出水回流
处理出水回流是厌氧反应器进水负荷的条件下，降低其进水浓度的一种效措施。采用该方法，回流水中产甲烷阶段产生的碱度，可在酸化阶段被充分利用，大幅降低了反应器进水碱度的需求。此外，该方法不会引起反应器内CO2含量的剧烈变化，可以平稳地提升反应器pH;由于回流水温度与反应器温度基本，容易实现反应器温度的恒定;回流水溶解氧较低，不会对反应器内厌氧颗粒污泥产生不良影响，因而恢复效果明显。研究表明：轻度酸化后采用该方法，厌氧反应器pH仅需36h，即可恢复至6.5，因而该方法比较适用于强效厌氧反应器的酸化恢复。
4)、处理出水置换
处理出水置换是利用储存的反应器出水一次性置换反应器内含高浓度机酸的污水。由于反应器正常出水中较高的碱度，在换水的同时相当于加入大量的碱，因而该方法既不需要额外的投资(加碱的)，也不需要考虑加碱量，是一种较的恢复办法。研究显示，采用该方法仅8d，反应器出水pH就可以从酸化时的5.35回升到6.58，体产量上升，出水中挥发酸含量恢复到反应器正常水平。
3、生物恢复法
1)、加颗粒污泥
投加新鲜、成熟的颗粒污泥可以快速补充反应器中微生物数量，降低污染负荷，因而是一种时间短、的酸化恢复方法。然而，由于缺乏必要的厌氧颗粒物污泥活性保持技术的，颗粒污泥投加常伴随高昂的成本，因而该方法目前多局限于实验研究。随着厌氧颗粒污泥活性快速恢复及活性激活技术的逐渐发展及推广，该技术望在实际工程中得到。
2)、投加关键微生物种群
厌氧反应器的过渡酸化直接来源于产氢产乙酸菌法及时降解VFA而导致VFA积累，因而通过采取一定的工程措施，使厌氧消化中的产氢产乙酸获得生长，提高VFA转化为乙酸的效率，使后续的产甲烷菌群获得更多可直接利用的营养底物，将助于加快厌氧消化链反应的恢复。
总结
对比研究显示，仅仅采用降低COD的自然恢复法，酸化反应器需要近3个月才能重新正常，这与重新接种、驯化并培养污泥的时间接近。单独采用碱性药剂投加法很难实行，法达到恢复酸化的。而采用投加碱液+降低COD、间歇稀释进水+加碱、出水回流稀释、投加颗粒污泥法和换水法5种恢复方法结果表明，这5种方法均能促进反应器快速恢复正常，其中投加颗粒污泥法和换水法效果较好，其次为出水回流稀释法和投加碱液+降低COD法。
pH值是影响厌氧消化过程的重要因素，厌氧消化需要一个相对稳定的pH值范围。如果生长环境的pH值过低，而出现“酸化”现象，产甲烷菌的生长代谢和繁殖就会受到抑制，进而对整个厌氧消化过程产生不利影响。因此当厌氧反应器出现“酸化”现象时，要分析其产生的原因，并及时采取一定的措施对反应器进行调节和控制，以厌氧消化稳定的环境。
