8 Q/ q- \6 Y$ w4 o( I% T% l3 u% [1 n; _( V* v
* u! p( U/ j* B1 Q+ S利用微生物生命过程中的代谢活动,将有机物分解为简单无机物,从而去除水中有机物污染的过程,称为废水的生物处理。根据代谢过程对氧的需求,微生物又分为好氧、厌氧和介于两者间的兼性微生物。! j3 {2 G: x+ v! v* j" [6 Y" M* c
8 M7 @7 v9 ^* L厌氧生物处理就是利用厌氧微生物的代谢过程,在无需提供氧的情况下,把有机物转化为无机物和少量的细胞物质,这些无机物包括大量的生物气(即沼气)和水。
& y! t3 C+ j1 `% C( O
' e! h0 z% ?! ~* ~/ w# @厌氧是一种低成本废水处理技术,把废水治理和能源相结合,特别适合发展中国家使用。7 G8 Y/ m' c" i% d9 O" B
9 ]) A F. M# i; O# H. m: t ?) p4 r$ f1 L/ ?) l
6 [* x; {4 r0 x) W& x2 F0 X1、优势:! Q; b% C' H# q8 l" T9 G( F
( ^4 P' I: V# }' s
1)可作为环境保护、能源回收和生态良性循环结合系统的技术,具有良好的社会、经济、环境效益。9 e' z6 H) I: ?+ c; C# C0 b2 I
/ I, K$ i' X' |( p7 V8 a# r' m, D' u2)耗能少,运行费低,对中等以上(1500mg/L)浓度废水费用仅为好氧工艺1/3.
+ Q. |$ c& e0 [6 }: m5 y6 `9 ]. A! A8 p, A0 J" M
3)回收能源,理论上讲1kgCOD可产生纯甲烷0.35m3,燃值(3.93×10-1J/m3),高于天然气(3.93×10-1J/m3)。以日排10tCOD工厂为例,按COD去除80%,甲烷为理论值80%计算,日产沼气2240m3,相当于2500m3天然气或3.85t煤,可发电5400Kwh.
N* \2 p, U! D6 I5 K
" c: {! a. A+ Y4)设备负荷高、占地少。
& G! |. C( q6 `! n
. K5 P- b4 q* }5)剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6~1/10.
0 d8 @% }( X* ~6 ~3 A! U* [3 r# O# {6 ^7 B
6)对N、P等营养物需求低,好氧工艺要求C:N:P=100:5:1,厌氧工艺为C:N:P=(350-500):5:1。* j" a9 w* s/ A1 |
2 S+ l4 L1 |5 d+ s' A- A1 N7)可直接处理高浓有机废水,不需稀释。2 q9 F+ [* U" B! }. i: w4 y
, {- b( ?" T! S# H9 ~$ B8)厌氧菌可在中止供水和营养条件下,保留生物活性和沉泥性一年,适合间断和季节性运行。
9 f) r1 j/ h* T+ ?+ D3 O' z) W) R4 b( ?
9)系统灵活,设备简单,易于制作管理,规模可大可小。3 S- K1 H* V3 L1 O; l9 }
& T) o' N% P% p
2、厌氧不足* _6 X7 ^( s, E# l
+ p% t/ z$ b! q) L. d% p) k% ?2 n1)出水污染浓度高于好氧,一般不能达标;
! E$ v5 d+ A, R8 m; l* t6 F# x" n" X; W
2)对有毒性物质敏感;( x) [5 S3 o o2 P @
- O4 i) g+ U5 o0 c' b+ R$ @
3)初次启动缓慢,最少需8-12周以上方能转入正常水平。
1 E Z: V. T7 o. @: g! B1 c% \% Z& ]9 b5 b" \- B8 k/ A
. b) o* S6 }+ Y/ Y; F) R
8 o$ r3 Y N' `" W# @5 S
厌氧反应过程是对复杂物质(指高分子有机物以悬浮物和胶体形式存在于水中)生物降解的复杂的生态系统。其反应过程可分为四个阶段:
) q# ~! ~. x- f, A: c! S4 Z$ V9 N' R* \1 d
1)水解阶段——被细菌胞外酶分解成小分子。例如:纤维素被纤维酶水解为纤维二糖和葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解为麦牙糖和葡萄糖,蛋白质被蛋白酶水解为短肽和氨基酸等,这些小分子的水解产物能被溶解于水,并透过细胞为细胞所利用。
5 w% ?" o/ K- e5 y3 {3 {% Y% S" P, G5 o0 R
2)发酵阶段——小分子的化合物在发酵菌(即酸化菌)的细胞内转化为更为简单的化合物,并分泌到细胞外。这一阶段主要产物为挥发性脂肪酸(VFA)醇类、乳酸、CO2、氢、氨、硫化氢等。
; H3 E* u; f5 S3 w/ g7 i: Q2 S; p, W0 P |, E& b6 q
3)产酸阶段——上一阶段产物被进一步转化为乙酸、氢、碳酸以及新的细胞物质。9 V$ x8 s7 H- F8 ~4 O4 b/ }
y; o# v6 K* x" N5 l' {% W5 E4)产甲烷阶段——在这一阶段乙酸、氢、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新细胞物质。原理图如下:
& |4 y- P8 w2 A& g# |6 E0 C7 \4 [. I
9 G0 g0 D+ x: U9 V8 _a、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。: t5 v5 j8 I& W. C* U) r" f, ~# c
2 D& R3 f( L* X, I; F# ib、 发酵酸化阶段——包括氨基酸和糖类的厌氧氧化,以及较高级脂肪酸与醇类的厌氧氧化。
: U* Q! j* B1 ~' j0 ^, ^$ j- A! k8 b$ y
: u& ^7 ]1 @5 J4 t) F6 `c、 产乙酸阶段——含有从中间产物中形成乙酸和氧气,以及氢气和二氧化碳形成乙酸。
0 x b) p' Z& j* `; F! t
( b, U5 x, y" I2 K5 B! O$ \d、 产甲烷阶段——包括从乙酸形成甲烷,以及从氧、二氧化碳形成甲烷。废水中有硫酸盐时,还会有硫酸盐还原过程,如虚线所示。6 q: A) B7 J2 V& S, B6 F3 B
4 r; `9 H! B" _# @5 q h
# p$ O% n- Y# M+ u4 J1 E+ A
+ _! ^! ^" h+ u! T+ z/ d1、普通厌氧反应池+ F3 U1 Q: M9 V+ X9 Y
, [% m. l$ p3 j& w3 \( P7 J2 D2、厌氧接触工艺2 g9 y( D+ p0 g7 B
- Z3 @' n# n3 K9 W' E3、升流厌氧污泥库(UASB)反应器7 B: E3 [3 q- D
4 P" z+ {6 G B4、厌氧颗粒污泥膨胀库(EGSR)5 y; p2 z: \. ?% [0 p
( e0 r( ?* N. s+ Y
5、厌氧滤料(AF)
4 E1 t% S- y$ ?: D
1 z% v8 z- Z' o( G' u6、厌氧流化库反应器
: G5 o( Z8 W9 {& k4 j% [
# ^! p. F Z9 M7、厌氧折流反应器(ABR)
5 G% {' x. M; O2 r0 `* m
# Q6 e2 o6 H8 E" k1 K9 Q* C8、厌氧生物转盘$ l0 ?" N; S5 B- M8 @0 u1 Y
6 V' A3 F' f+ `+ G7 G
9、厌氧混台反应器等
+ i/ i4 C4 h$ C, O& G
5 B# Z) ?# F$ d- p4 M+ M
X) ~9 N, @1 V, C9 R/ e2 d, O+ Z; }$ q- N8 ~
1、温度2 g8 D; r0 O% {$ ?5 f2 z) ?8 V
% i ?, Y" |& F6 c
按三种不同嗜温厌氧菌(嗜温5-20℃嗜温20-42℃嗜温42-75℃)工程上分为低温厌氧(15-20℃)、中温厌氧(30-35℃)、高温厌氧(50-55℃)三种。3 b" \; G; j" s4 r: \
/ M2 \# a3 }# v# O/ r
温度对厌氧反应尤为重要,当温度低于最优下限温度时,每下降1℃,效率下降11%。在上述范围,温度在1-3℃的微小波动,对厌氧反应影响不明显,但温度变化过大(急速变化),则会使污泥活力下降,度产生酸积累等问题。
4 R; d& c+ M0 O3 }- j- e2 V/ }8 h4 ?6 ~) g( S4 V! R& n1 g R
2、PH
2 l5 z' u( u* F8 b+ K7 p4 N: v
, s5 @( u9 \: V6 b% h厌氧水解酸化工艺,对PH要求范围较松,即产酸菌的PH应控制4-7℃范围内;完全厌氧反应则应严格控制PH,即产甲烷反应控制范围6.5-8.0,最佳范围为6.8-7.2,PH低于6.3或高于7.8,甲烷化速降低。: q3 z% P2 v" u4 l; E9 R8 i
! u1 R1 A, F! W4 \
3、氧化还原电位
4 [" | D) z7 p- ]! F9 L
& M7 S5 m/ B; C1 [3 _; E! d水解阶段氧化还原电位为-100~+100mv,产甲烷阶段的最优氧化还原电位为-150~-400mv。因此,应控制进水带入的氧的含量,不能因以对厌氧反应器造成不利影响。
4 n l! B Z" O# T# y" C! Z
+ C4 W2 j% X3 b4 v5 R4 r4、营养物9 Y: ^ f5 N. x9 L; |" z5 z$ l
3 f7 R" ~6 K6 T. B- }. N
厌氧反应池营养物比例为C:N:P=(350-500):5:1。
; i5 G+ O, r% K. E% a2 X- V/ P w
6 c0 }$ e" l; T2 ?* V) A# G5、有毒有害物
7 E# @- d& M4 N, p0 L% ] v0 g* ? D# y8 M
抑制和影响厌氧反应的有害物有三种:
- G% @* P" c( j+ R& r( m" @* I
# M. G9 S2 \6 ?4 ]! X1)无机物:有氨、无机硫化物、盐类、重金属等,特别硫酸盐和硫化物抑制作用最为严重;
- N) d+ q, z( L7 u& z, i, i. L C# ^& \4 v$ x3 i2 D
2)有机化合物:非极性有机化合物,含挥发性脂肪酸(VFA)、非极性酚化合物、单宁类化合物、芬香族氨基酸、焦糖化合物等五类。/ a+ ~& `- H9 D
& X+ k. k, u/ m4 \& A' _7 x
3)生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。, |! k" E) f! y; Z6 o; ^7 z
" _1 ?4 K! {6 o# D, w4 S* C
6、工艺技术参数
8 L+ |9 X5 T/ e; q- d$ F9 t# A! F2 M. ~2 v4 {4 @( r/ p, a
1)水力停留时间:HRT
9 k! k# @6 I1 s# Y4 G$ o r% [: q0 y/ i1 n
2)有机负荷2 i/ @3 K5 h9 _; Z+ a+ r
# a" a1 C, @8 `' z9 c9 u
3)污泥负荷2 A4 Z2 ~8 i+ t6 N% Z
( {3 F1 I8 i% Y, U: p
9 ^5 | y3 _! L0 j4 z: o
0 o+ {$ ]) a& K9 z/ \$ c0 ~1、接种污泥0 ]+ P }! C. Q/ m o; A2 p( G
* @6 _7 C' ?& S- d V2 b
有颗粒污泥时,接种污泥数量大小10-15%.当没有现成的污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于颗粒污泥形成。
3 a) G# ~+ G2 P2 w3 Y$ r J
; \" q: I6 _6 n, e2 K5 x6 C/ w7 \没有消化污泥和颗粒污泥时,化粪池污泥、新鲜牛粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种,,也可用腐败污泥和鱼塘底泥作接种污泥,但启动周期较长。' J1 B2 U- I5 S2 G
/ T$ o q- u5 X( P) N1 J5 x- J; X
污泥接种浓度至少不低10Kg·VSS/m3反应器容积,但接种污泥填充量不大于反应器容积60%。污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的其它物进入厌氧反应器内。3 W& w3 k# g* T/ V7 H
( P% j' o6 ^* \: Q& Q& D/ ]* f2、接种污泥启动
3 b' E. K% S, z) C3 g
( \( |! D$ R, `% M' P6 Z( ] h启动分以下三个阶段进行:% u% x5 J5 W& C/ G
8 M0 s' r! q& U5 z, |# K: Y1)起始阶段——反应池负荷从0.5-1.0kgCOD/m3d或污泥负荷0.05-0.1kgCOD/kgVSS·d开始。进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度不大于COD5000mg/L,并按要求控制进水,最低的COD负荷为1000mg/L。进液浓度不符合应进行稀释。8 z8 ~' ^2 x+ N' w P
# }: E% I! j# w6 h
进液时不要刻意严格控制所有工艺参数,但应特别注意乙酸浓度,应保持在1000mg/L以下。进液采用间断冲击形式,即每3~4小时一次,每次5-10min,之后逐步减断间隔时间至1小时,每次进液时间逐步增长20~30min。起始阶段,进水间隔时间过长时,则应每隔1小时开动泵对污泥搅拌一次,每次3~5min。
+ O: u: F2 A% y* e& K% z' T2 {; ]* c' y: t9 v( ~
2)启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到2-5kgCOD/m3d时,这一阶段洗出污泥量增大,颗粒污泥开始产生。一般讲,从第一段到第二段要40d时间,此时容积负荷大约为设计负荷的50%。
- I) `; S# @' t* S4 G7 O n) {
+ |; P. V, V6 ~6 S) s3)启动的第三阶段——从容积负荷50%上升到100%,采用逐步增加进料数量和缩短进料间断时间来实现。衡量能否获进料量和缩短进料时间的化验指标定控制发挥性脂肪酸VFA不大于500mg/L,当VFA超过500-1000mg/L,厌氧反应器呈现酸化状态,超过1000mg/L则表明已经酸化,需立即采取措施停止进料,进行菌种驯化。一般来讲第二段到第三段也需30-40d时间。
: J6 A4 o7 P+ D' L3 q& v3 _; ^
3、启动的要点 ^ d0 b+ r, i" ]& R
- b6 j# k" |' N5 q+ z7 @1)启动一定要逐步进行,留有充裕的时间,并不能期望很短时间进入加料运行达到厌氧降解的目标。
' \& n9 o" Z/ O4 d1 a8 K0 p6 D% O' p& q, y# `" N% M2 c# @
因为启动实际上是使细菌从休眠状态恢复,即活化的过程。启动中细菌选择、驯化、增殖过程都在进行,原厌氧污泥中浓度较低的甲烷菌的增长速度相对于产酸菌要慢的多。因此,这时负荷一般不能高,时间不能短,每次进料要少,间隔时间要长。
" t N5 g- j! j0 ~" I2 ]0 d- i/ T* g
2)混合进液浓度一定要控制在较低水平,一般COD浓度为1000-5000mg/L,当超过5000mg/L,应进行出水循环和加水稀释至要求。: f& Q+ f& V }0 P. ?
- y) q4 v& K7 {; c3、若混合液中亚硫酸盐浓度大于200mg/L时,则亦应稀释至100mg/L以下才能进液。
3 B3 ^7 |* e/ w# c
" ?3 f9 U; V9 G, `- ?4、负荷增加操作方式:启动初期容积负荷可从0.2-0.5kgCOD/m3·d开始,当生物降解能力达到80%以上时,再逐步加大。
6 {9 z0 z! B2 b* }. H( J! Q: d% k: }: ~# E/ R% k( h$ r" q
若最低负荷进料,厌氧过程仍不正常COD不能消化,则进料间断时间应延长24h或2-3d,检查消化降解的主要指标测量VFA浓度,启动阶段VFA应保持在3mmoL/L以下。
' s1 N; i" u/ |
$ M2 f6 Z4 U1 h$ [5、当容积负荷走到2.0kgCOD/m3d后,每次进料负荷可增大,但最大不超过20%,只有当进料增大,而VFA浓度且维持不变,或仍维持在<3mmoL/L水平时,进料量才能不断增大进液间隔才能不断减少。
3 W) K& @) c& Y. e3 i8 H/ `4 l7 `5 ]- G# ~5 ^4 V, G* q4 l4 C
) Z3 @7 y- G* Y( C: m+ H! f/ m: k
. i! a# k; s- N8 f% }存在问题 | | | | 1、营养物不足,微量元素不足; 2、进液酸化度过高; 3、种泥不足。 | 1、增加营养物和微量元素; 2、减少酸化度; 3、增加种泥。 | | 1、反应器污泥量不够; 2、污泥产甲烷活性不足; 3、每次进泥量过大间断时间短。 | 1、增加种污或提高污泥产量; 2、减少污泥负荷; 3、减少每次进泥量加大进泥间隔。 | | 1、温度不够; 2、产酸菌生长过快; 3、营养或微量元素不足; 4、无机物Ca2+引起沉淀。 | 1、提高温度; 2、控制产酸菌生长条件; 3、增加营养物和微量元素; 4、减少进泥中Ca2+含量。 | | 1、气体集于污泥中,污泥上浮; 2、产酸菌使污泥分层; 3、污泥脂肪和蛋白过大。 | 1、增加污泥负荷,增加内部水循环; 2、稳定工艺条件增加废水酸化程度; 3、采取预处理去除脂肪蛋白。 | | 1、负荷过大; 2、过度机械搅拌; 3、有毒物质存在。 4、预酸化突然增加 | 1、稳定负荷; 2、改水力搅拌; 3、废水清除毒素。 4、应用更稳定酸化条件 | * q o7 j( _( J
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