在廢水的厭氧生物處理過程中，廢水中的有機物經大量微生物的共同作用，被最終轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。在此過程中，不同的微生物的代謝過程相互影響、制約，形成復雜的生態系統，此生態系統在UASB反應系統中直觀表現為顆粒污泥。有機物在廢水中以懸浮物或膠體的形式存在，它們的厭氧降解過程可分為四個階段。（1）水解階段，微生物利用酶將大分子切割成小分子；（2）發酵（或酸化）階段，小分子有機物被發酵菌利用，在細胞內轉化為簡單的化合物，這一階段的主要產物有揮發酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨和硫化氫等；（3）產乙酸階段，此階段中上一階段的產物被進一步轉化為乙酸等物質；（4）產甲烷階段，在此階段乙酸、氫氣、碳酸等被轉化為甲烷、二氧化碳。上述四個階段的進行，大分子有機物被轉化為無機物，水質變好，同時微生物得到了生長。
UASB升流式厭氧污泥床反應器
升流式厭氧污泥床反應器即UASB其基本特征是在反應器的上部設置氣、固、液三相分離器，下部為污泥懸浮層區和污泥床區。污水從底部流入，向上升流至頂部流出，混合液在沉淀區進行固液分離，污泥可自行回流到污泥床區，使污泥床區保持很高的污泥濃度。從構造和功能上劃分，UASB反應器主要由進水配水系統、反應區（污泥床區和污泥懸浮層區）、沉淀區、三相分離器、集氣排氣系統、排泥系統及出水系統和浮渣清除系統組成。其工作的基本原理為：在厭氧狀態下，微生物分解有機物產生的沼氣在上升過程中產生強烈的攪動，有利于顆粒污泥的形成和維持。廢水均勻地進入反應器的底部，污水向上通過包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥床，在與污泥顆粒的接觸過程中發生厭氧反應，經過反應的混合液上升流動進入三相分離器。沼氣泡和附著沼氣泡的污泥顆粒向反應器頂部上升，上升到氣體反射板的底面，沼氣泡與污泥絮體脫離。沼氣泡則被收集到反應器頂部的集氣室，脫氣后的污泥顆粒沉降到污泥床，繼續參與進水有機物的分解反應。在一定的水力負荷下，絕大部分污泥顆粒能保留在反應區內，使反應區具有足夠的污泥量。
2．厭氧生物處理的影響因素
（1）溫度。厭氧廢水處理分為低溫、中溫和高溫三類。迄今大多數厭氧廢水處理系統在中溫范圍運行，在此范圍溫度每升高10℃，厭氧反應速度約增加一倍。中溫工藝以30-40℃最為常見，其最佳處理溫度在35-40℃間。高溫工藝多在50-60℃間運行。在上述范圍內，溫度的微小波動（如1-3℃）對厭氧工藝不會有明顯影響，但如果溫度下降幅度過大（超過5℃），則由于污泥活力的降低，反應器的負荷也應當降低以防止由于過負荷引起反應器酸積累等問題，即我們常說的“酸化”，否則沼氣產量會明顯下降，甚至停止產生，與此同時揮發酸積累，出水pH下降，COD值升高。
注：以上所謂溫度指厭氧反應器內溫度
（2）pH。厭氧處理的這一pH范圍是指反應器內反應區的pH，而不是進液的pH，因為廢水進入反應器內，生物化學過程和稀釋作用可以迅速改變進液的pH值。反應器出液的pH一般等于或接近于反應器內的pH。對pH值改變最大的影響因素是酸的形成，特別是乙酸的形成。因此含有大量溶解性碳水化合物（例如糖、淀粉）等廢水進入反應器后pH將迅速降低，而己酸化的廢水進入反應器后pH將上升。對于含大量蛋白質或氨基酸的廢水，由于氨的形成，pH會略上升。反應器出液的pH一般會等于或接近于反應器內的pH。pH值是廢水厭氧處理最重要的影響因素之一，厭氧處理中，水解菌與產酸菌對pH有較大范圍的適應性，大多數這類細菌可以在pH為5.0-8.5范圍生長良好，一些產酸菌在pH小于5.0時仍可生長。但通常對pH敏感的甲烷菌適宜的生長pH為6.5-7.8，這也是通常情況下厭氧處理所應控制的pH范圍。我公司要求厭氧反應器內pH控制在6.8-7.2之間。
進水pH條件失常首先表現在使產甲烷作用受到抑制（表現為沼氣產生量降低，出水COD值升高），即使在產酸過程中形成的有機酸不能被正常代謝降解，從而使整個消化過程各個階段的協調平衡喪失。如果pH持續下降到5以下不僅對產甲烷菌形成毒害，對產酸菌的活動也產生抑制，進而可以使整個厭氧消化過程停滯，而對此過程的恢復將需要大量的時間和人力物力。pH值在短時間內升高過8，一般只要恢復中性，產甲烷菌就能很快恢復活性，整個厭氧處理系統也能恢復正常。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。
（3）有機負荷和水力停留時間。有機負荷的變化可體現為進水流量的變化和進水COD值的變化。厭氧處理系統的正常運轉取決于產酸和產甲烷速率的相對平衡，有機負荷過高，則產酸率有可能大于產甲烷的用酸率，從而造成揮發酸的積累使pH迅速下降，阻礙產甲烷階段的正常進行，嚴重時可導致“酸化”。而且如果有機負荷的提高是由進水量增加而產生的，過高的水力負荷還有可能使厭氧處理系統的污泥流失率大于其增長率，進而影響整個系統的處理效率。水力停留時間對于厭氧工藝的影響主要是通過上升流速來表現出來的。一方面，較高的水流速度可以提高污水系統內進水區的擾動性，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，為了維持系統中能擁有足夠多的污泥，上升流速又不能超過一定限值，通常采用UASB法處理廢水時，為形成顆粒污泥，厭氧反應器內的上升流速一般不低于0.5m/h。
（4）懸浮物。懸浮物在反應器污泥中的積累對于UASB系統是不利的。懸浮物使污泥中細菌比例相對減少，因此污泥的活性降低。由于在一定的反應器中內能保持一定量的污泥，懸浮物的積累最終使反應器產甲烷能力和負荷下降。（引：針對于調節池內的浮渣及進入污水處理廠的污水中的懸浮物質我們在日常工作當中需采取必要的措施和手段將其除去）
UASB厭氧反應器啟動分為初次啟動和二次啟動。初次啟動指用顆粒污泥以外的其它污泥作為種泥啟動的一個UASB厭氧反應器的啟動過程。二次啟動是指使用顆粒污泥作為種泥對UASB厭氧反應器的啟動過程。我們公司現階段反應的啟動方法均為二次啟動法。需注意問題如下：
1、進水負荷 二次啟動的負荷可以較高，一般情況下最初進液濃度可以達到3000mg/l到5000mg/l，進水一段時間后，待COD去除率達80%以上時，適當提高進水濃度。相應流量不宜過高。我們在厭氧反應器初次啟動時提倡低流量、低負荷啟動，現二公司二套厭氧反應器采用此種啟動方式已經成功。
2、進水懸浮物 進水懸浮物含量不能太高，否則將嚴重影響厭氧顆粒污泥的形成，其積累量大于微生物的增長量，最終導致厭氧污泥的活性大大下降，因為整個厭氧反應系統的容量是有限的。
3、進水種類的控制 厭氧反應器的進水需嚴格控制，通過馴化我們可以處理一些難處理的污污水，例如提取的洗柱水，但在整個厭氧反應系統的啟動期間，此類水不能進入，否則將大大延長啟動時間。在啟動過程中我們也應及時了解生產情況，對啟動期間的厭氧反應器進水作出相應的選擇。有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務平臺咨詢具備類似污水處理經驗的企業。
4、顆粒污泥的觀察 啟動期間需定期從顆粒污泥取樣口提取污泥樣品，觀察顆粒污泥的生長情況，結合進出水COD值對厭氧反應器的啟動情況做出判斷。
5、出水pH值 對出水pH值做出相應記錄，pH值低于6.8時需及時采取相應補救措施（調整進水負荷、必要時投加純堿），為啟動成功提供保障。
6、產氣、污泥洗出情況 及時與熱風爐了解沼氣的產出情況，產氣量小時從進水負荷、溫度、顆粒污泥形成三方面進行分析，尋求解決問題的辦法。
7、進水溫度 控制厭氧反應器內溫度在34-38℃之間，通過調節進水溫度使24h內溫差變化不得超過2℃。
一、 污泥顆粒化的意義
顆粒污泥即我們常說的厭氧污泥，它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則的球形或橢圓形黑色顆粒。光學顯微鏡下觀察，顆粒污泥呈多孔結構，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最大，內部結構松散，粒徑大的顆粒污泥內部往往有一個空腔。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核，一些大的顆粒污泥還會因內部產生的氣體不易釋放出去而容易上浮，以至被水流帶走，只要量不大，這也為一種正常現象。
厭氧反應器內顆粒污泥形成的過程稱之為顆粒污泥化，顆粒污泥化是大多數UASB反應器啟動的目標和成功的標志。污泥的顆粒化可以使UASB反應器允許有更高的有機物容積負荷和水力負荷。
厭氧反應器內的顆粒污泥其實是一個完美的微生物水處理系統。這些微生物在厭氧環境中將難降解的有機物轉化為甲烷、二氧化碳等氣體與水系統分離并實現菌體增殖，通過這種方式污水得到凈化。這里面涉及到兩類關系極為密切的厭氧菌：產酸菌和產甲烷菌。我們在3月份的培訓過程中提到，產酸菌將有機物轉化為揮發性有機酸，而產甲烷菌利用這些有機酸把他們轉化為甲烷、二氧化碳等氣體，這時污水得到凈化。在這個過程中，對于凈化污水來說，起關鍵作用的是甲烷菌，而甲烷菌對于環境的變化是相當敏感的，一旦溫度、pH、有毒物質侵入、負荷等因素變化，均易引發其活力的下降，導致揮發酸積累，揮發酸積累的直接后果是系統pH下降，如此循環，厭氧反應器開始“酸化”。
二、 什么是“酸化”
UASB反應器在運行過程中由于進水負荷、水溫、有毒物質進入等原因變化而導致揮發性脂肪酸在厭氧反應器內積累，從而出現產氣量減小、出水COD值增加、出水pH值降低的現象，稱之為“酸化”。發生“酸化”的反應器其顆粒污泥中的產甲烷菌受到嚴重抑制，不能將乙酸轉化為甲烷，此時系統出水COD值甚至高于進水COD值，厭氧反應器處于癱瘓狀態。
三、 揮發酸、堿度對厭氧反應器的運行的影響
UASB厭氧反應器啟動分為初次啟動和二次啟動。初次啟動指用顆粒污泥以外的其它污泥作為種泥啟動的一個UASB厭氧反應器的啟動過程。二次啟動是指使用顆粒污泥作為種泥對UASB厭氧反應器的啟動過程。我們公司現階段反應的啟動方法均為二次啟動法。在以往的培訓過程中我們著重介紹了進水負荷、反應器內溫度、pH值、懸浮物質對厭氧反應器的影響，現將揮發酸（VFA）、堿度在厭氧反應器的運行過程中的作用及對pH值、產氣量的影響等問題介紹如下：
1、揮發性脂肪酸
1）VFA簡介
揮發性脂肪酸簡稱揮發酸，英文縮寫為VFA，它是有機物質在厭氧產酸菌的作用下經水解、發酵發酸而形成的簡單的具有揮發性的脂肪酸，如乙酸、丙酸等。揮發酸對甲烷菌的毒性受系統pH值的影響，如果厭氧反應器中的pH值較低，則甲烷菌將不能生長，系統內VFA不能轉化為沼氣而是繼續積累。相反在pH值為7或略高于7時，VFA是相對無毒的。揮發酸在較低pH值下對甲烷菌的毒性是可逆的。在pH值約等于5時，甲烷菌在含VFA的廢水中停留長達兩月仍可存活，但一般講，其活性需要在系統pH值恢復正常后幾天到幾個星期才能夠恢復。如果低pH值條件僅維持12h以下，產甲烷活性可在pH值調節之后立即恢復。
2）VFA積累產生的原因
厭氧反應器出水VFA是厭氧反應器運行過程中非常重要的參數，出水VFA濃度過高，意味著甲烷菌活力還不夠高或環境因素使甲烷菌活力下降而導致VFA利用不充分，積累所致。溫度的突然降低或升高、毒性物質濃度的增加、pH的波動、負荷的突然加大等都會由出水VFA的升高反應出來。進水狀態穩定時，出水pH的下降也能反能反映出VFA的升高，但是pH的變化要比VFA的變化遲緩，有時VFA可升高數倍而pH尚沒有明顯改變。因此從監測出水VFA濃度可快速反映出反應器運行的狀況，并因此有利于操作過程及時調節。過負荷是出水VFA升高的原因。因此當出水VFA升高而環境因素（溫度、進水pH、出水水質等）沒有明顯變化時，出水VFA的升高可由降低反應器負荷來調節，過負荷由進水COD濃度或進水流量的升高引起，也會由反應器內污泥過多流失引起。
3）VFA與反應器內pH值的關系
在UASB反應器運行過程中，反應器內的pH值應保持在6.5-7.8范圍內，并應盡量減少波動。pH值在6.5以下，甲烷菌即已受到抑制，pH值低于6.0時，甲烷菌已嚴重抑制，反應器內產酸菌呈現優勢生長。此時反應器已嚴重酸化，恢復十分困難。
VFA濃度增高是pH下降的主要原因，雖然pH的檢測非常方便，但它的變化比VFA濃度的變化要滯后許多。當甲烷菌活性降低，或因過負荷導致VFA開始積累時，由于廢水的緩沖能力，pH值尚沒有明顯變化，從pH值的監測上尚反映不出潛在的問題。當VFA積累至一定程度時，pH才會有明確變化。因此測定VFA是控制反應器pH降低的有效措施。
當pH值降低較多，一般低于6.5時就應采取應急措施，減少或停止進液，同時繼續觀察出水pH和VFA。待pH和VFA恢復正常以后，反應器在較低的負荷下運行。進水pH的降低可能是反應器內pH下降的原因，這就要看反應器內堿度的多少，因此如果反應器內pH降低，及時檢查進液pH有無改變并監測反應器內堿度也是很必要的。
4）厭氧反應器啟動、運行過程中需注意與VFA相關的問題
厭氧反應器運轉正常的情況下，VFA的濃度小于3mmol/l，但在啟動和運行過程中VFA出現一定的波動是正常的，不必太過驚慌。①厭氧反應器啟動階段，當環境因素如出水pH、罐溫正常時，出水VFA過高則表時反應器負荷相對于當時的顆粒污泥活力偏高。出水VFA若高于8mmol/l，則應當停止進液，直到反應器內VFA低于3 mmol/l后，再繼續以原濃度、負荷進液運行。②厭氧反應器運行階段，運行負荷的增加可能會導致出水VFA濃度的升高，當出水VFA高于8mmol/l時，不要停止進液但要仔細觀察反應器內pH值、COD值的變化防止“酸化”的發生。增大負荷后短時間內，產氣量可能會降低，幾天后產氣量會重新上升，出水VFA濃度也會下降。但如果出水VFA增大到15mmol/l則必須把降至原來水平，并保證反應器內pH不低于6.5，一旦降至6.5以下，則有必要加堿調節pH。
2、堿度
1）堿度簡介
堿度不是堿，廣義的堿度指的是水中強堿弱酸鹽的濃度，它在不同的pH值下的存在形式不同（弱酸跟上的H數目不同），能根據環境釋放或吸收H離子，從而起到緩沖溶液中pH變化的作用，使系統內pH波動減小。堿度是不直接參加反應的。堿度是衡量厭氧系統緩沖能力的重要指標，是系統耐pH沖擊能力的衡量標準。因此UASB在運行過程中一般都要監測堿度的。操作合理的厭氧反應器堿度一般在2000-4000mg/l，正常范圍在1000-5000mg/l。（以上堿度均以CaCO3計）
2）堿度對UASB顆粒污泥的影響
堿度對UASB顆粒污泥的影響表現在兩個方面：一是對顆粒化進程的影響；二是對顆粒污泥產甲烷活性(SMA)的影響。堿度對顆粒污泥活性的影響主要表現在通過調節pH值(即通過堿度的緩沖作用使pH值變化較小)使得產甲烷菌呈不同的生長活性。在一定的堿度范圍內，進水堿度高的反應器污泥顆粒化速度快，但顆粒污泥的SMA低；進水堿度低的反應器其污泥顆粒化速度慢，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆粒化過程中進水堿度可以適當偏高(但不能使反應器的pH＞8.2，這主要是因為此時產甲烷菌會受到嚴重抑制)以加速污泥的顆粒化，使反應器快速啟動；而在顆粒化過程基本結束時，進水堿度應適當偏低以提高顆粒污泥的SMA。
幾個常見問題
1、 厭氧反應器是否極易酸化
厭氧反應器是否極易酸化？回答是否定的。UASB厭氧反應器作為一種高效的水處理設施，其系統自身有著良好的調節系統，在這個調節系統中，起著關鍵作用的是碳酸氫根離子，即我們通常說的堿度，它的主要作用是調節系統的pH，防止因pH值的變化對產甲烷菌造成影響。因此只要我們科學、合理操作，就可以確保厭氧反應器正常、高效運行。
2、 罐溫變化
對一個厭氧反應器來說，其操作溫度以穩定為宜，波動范圍24h內不得超過2℃。水溫對微生物的影響很大，對微生物和群體的組成、微生物細胞的增殖，內源代謝過程，對污泥的沉降性能等都有影響。對中溫厭氧反應器，應該避免溫度超過42℃，因為在這種溫度下微生物的衰退速度過大，從而大大降低污泥的活性。此外，在反應器溫度偏低時，應根據運行情況及時調整負荷與停留時間，反應器運行仍可穩定，但此時不能充分發揮反應器的處理能力，否則將導致反應器不能正常運行。
罐溫的突然變化，易造成沼氣中甲烷氣體所占比例減少，CO2增多，而且我們可以在厭氧反應器液面看到一些半固半液狀且不易破的氣泡。
3、 進水pH值
在厭氧反應器正常運行時，進水pH值一般在6.0以上。在處理因含有有機酸而使偏低的廢水時，正常運行時，進水pH值可偏低，如4~5左右；若處理因含無機酸而使pH值低的廢水，應將進水pH值調到6以上。當然具體的控制還要根據反應器的緩沖能力而定，也決定于厭氧反應的馴化程度。
4、 厭氧反應器內污泥流失的原因及控制措施
UASB反應器設置了三相分離器，但在污泥結團之前仍帶有一定污泥，在啟動過程中逐漸將輕質污泥洗出是必要的。污泥顆粒化是一個連續漸進過程，即每次增加負荷都增大其流體流速和沼氣產量，從而加強了攪拌篩選作用，小的、輕的顆粒被沖擊出反應器，這個過程并不要使大量污泥沖出，要防止污泥過量流失。一般來說，反應器發生污泥流失可分為三種情況：1）污泥懸浮層頂部保持在反應器出水堰口以下，污泥的流失量將低于其增殖量。2）在穩定負荷條件下，污泥懸浮層可能上升到出水堰口處，這時應及時排放剩余污泥。3）由于沖擊負荷及水質條件突然惡化（如負荷突然增大等）要導致污泥床的過度膨脹。在這種情況下污泥可能出現暫時性大量流失。
控制反應器的有機負荷是控制污泥過量流失的主要辦法。提高污泥的沉降性能是防止污泥流失的根本途徑，但需要一個過程。為了減少出水帶走的厭氧污泥，因此公司UASB厭氧反應器后設置了初沉池。設置初沉池的好處在于：①可以加速反應器內污泥積累，縮短啟動時間；②去除出水懸浮物，提高出水水質；③在反應器發生沖擊而使污泥大量上浮時，可回收流失污泥，保持工藝的穩定性；④減少污泥排放量。
5、 顆粒污泥的攪拌
UASB厭氧反應器內顆粒污泥與污水中有機物質的充分接觸使其具有了很高的水處理效率。“充分接觸”的前提需要很好的攪拌作用。UASB厭氧反應器在運行過程中這種攪拌作用主要來自兩個方面，一是污水在厭氧反應器內向上流動過程中產生的攪動作用，二是顆粒污泥中產甲烷菌產出氣體過程中產生的攪動作用。可以理解的是由污水流動產生的攪動作用方向是單一的，只是向上的，而由沼氣產生的攪動作用方向則是多樣的，更利于顆粒污泥與污水中有機物質的接觸。因此我們在運行過程中應注意保證厭氧反應器正常運行，否則光靠大流量的沖擊來達到攪拌的作用往往事與愿違，而且造成厭氧反應器負荷的波動。
