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' a' _8 n0 e# s3 @( }9 x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。' c9 R/ R, [# h6 C& j: L7 P* g6 Y
9 y' P* c: @( b$ P; E% H) z( o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。
. [+ L' g; V) x _6 \0 B: H) W3 {* l5 K
, u4 P" a# E8 q1 n7 E8 f+ X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。5 w3 N0 H4 \3 X' m# P O) T4 ~1 [6 t
8 X0 `* f) Q( B& s7 g5 B% Q" f( a9 \% T
+ d; `2 R1 x) ]1 t/ T, G1、优势:
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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。
) j, X& Z1 x6 v# \! X6 \
) c$ ]$ i; M2 x N5 Y, `1 w2)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.
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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.
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4)设备负荷高、占地少。
1 {3 |2 O4 } t
/ N; a. O3 I; ~1 l* A; Y5)剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6~1/10.* C2 ~ A( ^5 b
( p5 `8 |( B/ Z* @& Y6)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。# D; E, [. i# s' E8 U( Z
$ t P: f( @, I5 ~; ~! ^+ X0 ~% n+ D
7)可直接处理高浓有机废水,不需稀释。/ I; _ y, S% P1 o: ?: O# N, S
& t* U: R% G% ?) g/ }+ W) A" a `
8)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。0 a" M: h `2 ~: j- m+ |
; Z: c/ P5 S5 R; w3 ^9)系统灵活,设备简单,易于制作管理,规模可大可小。" w: n. O4 A: o, m7 [0 U, ^8 e
" M- A6 q9 `8 `* a' v: y2、厌氧不足
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1)出水污染浓度高于好氧,一般不能达标;
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/ e/ ]! J; W: a2)对有毒性物质敏感;+ J9 ]0 A T- ~6 w; i& Y s
. G) |0 J- Y4 a1 B, L( b3)初次启动缓慢,最少需8-12周以上方能转入正常水平。
5 Z7 b1 d7 Y: f5 I o3 I; o W1 i7 S' Z
6 r- h1 r# @5 L" [: r
$ E: ?: F$ r9 ] G
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:
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# D H: |# A) G' k; Y. `+ \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。& m: [8 O$ }7 `! n
- L; |, w2 V) x$ e6 S5 s; W2)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。
2 a0 m% F- S; D( D( ?( W
( E' a9 n/ U8 ?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。
' a: [! G; r, S* E: H+ \9 T2 ?6 D7 ~# d T% Y3 B" U/ O
4)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: @2 ]. F5 v4 I' O" M- W
4 w: H) C$ N0 E; c8 [% ca、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。
: Q; `1 A* {- S) u/ ] U9 M& U+ Z# [; F
b、 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。 o1 k D! r! Q; ~" K
& E: g0 X# k& t7 E) O
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。# ]# P, w% d2 K v" c* \
8 ]. @- S: y9 Z6 Pd、 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。9 W9 Q- ^# k4 A: v& w3 i
8 [9 E1 I7 P/ ~2 I5 w; V( m
$ ]' i$ I* u# w! G% j9 }& e
) H1 O v$ R1 E5 q) `0 P1、普通厌氧反应池; j3 ^& |3 ?. N# E
( S# p) I, }- ?" b7 \
2、厌氧接触工艺
7 ]7 F& X: f5 v0 e; A! H2 f' t- i9 ~; W9 X( q. D. K' @
3、升流厌氧污泥库(UASB)反应器
( U3 q' j7 f' K% U: j# V- ^" f/ u% r F% Z% G5 s
4、厌氧颗粒污泥膨胀库(EGSR)
7 M9 X" E+ Q) T* Y, l1 `+ i% V5 m% {6 `: w
5、厌氧滤料(AF)! G# R. F" z2 w6 m$ M
% `# Z5 x( G& d/ K5 h9 d6、厌氧流化库反应器
2 r% A/ x+ t. y( Z( v
/ S- n' t f3 l" F* j c* ]3 d7、厌氧折流反应器(ABR)
: u( i8 W$ P+ w1 `" V
5 }* ~) i& O0 G( ]6 {* l+ Y8、厌氧生物转盘, q# x, a1 Q9 Y+ {# ?! |9 g
$ x! H7 j( X+ R/ v/ p( E7 x9、厌氧混台反应器等$ f# d8 p, a) f4 ]5 \
: K! E7 l' z3 x* V0 Y& w! |% H: ~
9 v0 n8 R2 |& d1 j5 O, P% g
5 D1 m; P. B- Q% E1、温度5 ~' u" ]) |& N/ {5 D
3 p, R& l, X4 M* C) w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。2 j7 j* C8 m- A, k0 I" ^& w/ r6 d
3 R0 K/ _1 `: f* `2 n% S H+ E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。) F Y7 Q1 t) e7 n& x
! M& `7 @4 W& T0 H2、PH, q) {+ U3 w, W3 w% m" A, p
" ^3 M; J \% x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。
" K: x; k4 v6 D4 ~# o' [% _3 ^3 O) a% N2 X* X
3、氧化还原电位6 E& @/ F) G2 ]! z3 A
* F5 j$ O9 L7 C9 x& v
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。$ @9 E+ G( B3 p/ U
: T) ?% h8 u- J. J9 f% L4、营养物6 M$ }3 F; T/ J8 ]+ Y
$ w' }$ m" S. G3 C1 ~1 K厌氧反应池营养物比例为C:N:P=(350-500):5:1。3 D5 W6 ?* @0 d
% o/ C% | M, z2 w+ j6 m5、有毒有害物* z1 \, C& j. y4 n! h* P
4 \( s/ S; I2 e抑制和影响厌氧反应的有害物有三种:& V& [- |; Q, P: }; U0 h+ E S6 w+ f
* T$ ^* k' q' g8 x- O5 y1)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;
# O( ~, j9 `2 B- t- _0 o6 Y3 F3 e$ K$ \# X$ [6 x; Y0 h! L
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。+ J! d" ^% K! o/ R! [
! T+ a4 S& d+ ?8 u* D7 W3)生物异型化合物,含氯化烃、甲醛、氰化物、洗涤剂、抗菌素等。
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4 T& V5 v G) R/ U6、工艺技术参数% ?3 q; S/ ]% K# M
& V( D! k/ S6 `! s7 Z) ~' Q
1)水力停留时间:HRT
, P2 _/ W1 j& i4 ~9 D0 W& t1 ?7 {5 I$ H$ u6 G5 i
2)有机负荷
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3)污泥负荷
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! J& c8 F$ m) `7 Q# B( V$ f+ E6 e' Y
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1、接种污泥" ^- c1 l. y1 u6 L0 _
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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。
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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。7 q: R" ^% X& s) U m A* M
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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。
, l) p5 C5 f3 t4 k! N9 {: D2 \, j0 P% a; k, {, p
2、接种污泥启动2 p0 v5 h$ ^' p8 b' ]* Z' {/ F
4 m+ I+ B$ `2 w7 \0 G启动分以下三个阶段进行:. k* `3 }" `- b: y* q* L" v/ t5 ]
) T7 W& s8 p. J4 y+ `1)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。; u4 z X7 q. r. `7 W
# ]* f/ {0 T' U3 m6 e3 a* E- Y0 I& A, @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。
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/ g5 m! g1 \9 w! |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%。
) }6 Z7 j+ [. e# B7 s9 {7 g% o& e3 J3 f4 ]2 ^6 R% f- y, D
3)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。
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: z2 D* R, u9 K! J5 i, q2 G3、启动的要点7 }, i: p8 g$ Y6 g" Q6 G
" s5 |; {% b) }* u% [# s0 F7 C) _- ?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。$ H. ^7 J4 C5 j# q
7 N# I9 j5 w6 H$ G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。* K0 H+ ]6 Z6 R
$ a# E8 r% h+ I% Y2)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。3 b' G G/ w2 @, j
' H, n& E) y+ P a3、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。
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, l( r6 S9 m4 C2 A4、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。; i2 ^$ O1 R! T% e: m* ~. b
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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。8 p2 ~5 \& `1 o" ~
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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。
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$ u% {: v3 d6 F8 U3 \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 |
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