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1 s1 u8 W/ ?$ j0 @5 p* m! c
) `' @ Y3 o8 {2 p4 ^/ q, [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。$ ]% |: B6 J5 \; m8 Q$ F0 B
( H% i/ t1 c+ `7 t% 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。
0 t- r% ? C9 R7 I9 a) W, ~- ~; S7 {( S8 p0 o
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。
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F, C3 r2 t+ \7 B! c
& k. A0 d1 h$ d5 O
1、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。7 O# I1 s- q2 N( G8 l/ f
! M. P- L' |$ d- ]* q
2)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.
; Q+ C- ~ d4 y- L L4 n e4 V" B
; z. n0 H) P! F1 y1 V$ T: K+ z8 w4)设备负荷高、占地少。9 t( A" c1 ?9 k! \6 P& H
" K8 ~2 ~5 `; j$ t* r6 u' I5)剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6~1/10.
& l2 J5 N+ r t7 X$ `
' D7 ~+ e5 B! A6)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。- S# z A" o$ S4 b2 ^
; b1 O. h* a/ c+ b. Z; [
7)可直接处理高浓有机废水,不需稀释。4 n0 G6 t6 Z7 d& ~# l
0 A, t3 [) e# J! h; f
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。3 ?" T; T0 }( m2 d- r
" Z; W5 Q. K/ [* D' U0 z: k. }& T
9)系统灵活,设备简单,易于制作管理,规模可大可小。
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2、厌氧不足5 A- Z# G% u+ @1 f& e/ y8 @2 ^
; R; e, k( M3 ?! @
1)出水污染浓度高于好氧,一般不能达标;
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2)对有毒性物质敏感;# ^; S7 d3 a0 P. `4 @
! N2 B1 k/ Y6 A/ ]. Z& Y3)初次启动缓慢,最少需8-12周以上方能转入正常水平。
, M* D! e! D4 i; k! s& f i% K( W) r
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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:# V5 Z5 G; F8 f4 M
5 z7 @# v7 J0 W2 ]/ y1)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。
, Q! a V9 x+ ^! W
# E6 X6 j( n) b, p; M9 I% C- C2)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。: l1 j+ d7 w9 _3 F: x. |: G
, D& w) L7 U2 ~- Z1 E3 l y7 W* f
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。& t! F% @8 T, h) i$ N- b
0 _& V+ E9 x- I. p4)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:$ b! p5 U' \5 z8 q" ?" G
3 z% g/ D; K/ ea、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。3 w4 t) j' t% I5 _4 a& R
4 W3 o8 h6 S8 n4 y1 J3 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。# d& L0 w: _; D$ [9 d
6 h% a5 l% o, O, t8 D. \
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。% p0 m z2 W, f8 L
4 s Y2 p; A) O* H# vd、 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。
k* ^& Y ?' Q7 }3 C1 }, S3 ^
, _6 U# N. [# B8 ]. G, l4 Z; }- \) m4 a/ m8 T8 g' V
8 n6 x; ~% `2 a* M( y7 r4 H1、普通厌氧反应池
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% P; p5 z3 U, Z' W0 D2、厌氧接触工艺1 M) _) L9 [+ Y8 ~
, T1 N. o' h4 y4 H$ j. v6 l$ q3、升流厌氧污泥库(UASB)反应器
8 z+ e% d% b6 r/ h
7 J+ N3 ~, J& F4 M1 H0 ^3 Z: Y4、厌氧颗粒污泥膨胀库(EGSR)" D6 J" J3 M3 Q5 J. I; M; n
3 O: J( V) P" t- u! w7 v& Z' F
5、厌氧滤料(AF)
6 h2 G# l7 y& Z9 v4 y6 |
0 v& b( D/ X% _ f; y6、厌氧流化库反应器
5 M, Y5 C! u0 m; `' F2 i0 ^# X& A! N* ~2 @
7、厌氧折流反应器(ABR)
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8、厌氧生物转盘( ^2 o+ I7 w! v; j
% D* C! o4 U& J2 ]. U y* t
9、厌氧混台反应器等
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3 X$ R0 D9 e7 P6 K/ t+ d: G
) C5 P1 K3 ]' }, P1、温度8 h6 o5 `$ ?! n3 u2 T5 N
8 C6 _+ s, P1 a# s9 \: |6 p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。
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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。
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2、PH8 d) @, P4 ]2 f6 P$ l* M% W0 a3 K/ j
& Q0 E" E7 r5 H0 T5 M) J! l" Q1 D L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。2 f" E: _1 D- f4 R: @9 @
- s3 @4 R4 |: N3、氧化还原电位
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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。
6 {8 ?! ~% Z: V. F& n( q2 Z5 z6 I5 X; b4 Q
4、营养物
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: t' j: ]$ y# K0 Q" e8 ~( w7 a1 i厌氧反应池营养物比例为C:N:P=(350-500):5:1。
2 e l( e/ w! c+ t) u) ]- f2 A/ X6 |4 R3 l+ h( b& a# O
5、有毒有害物
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- Q, {/ W5 {; M# y$ N抑制和影响厌氧反应的有害物有三种:
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1)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;0 b4 j5 _! [* {# e& H, M* s6 _
( S/ f4 K' u0 ^, m; B) Q2)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。/ v" j5 S9 x/ k& ]- ~
" c$ R( S" E, b0 W- }! ]! c$ D
3)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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; k" A4 j1 V6 |6、工艺技术参数2 b _! c! q# q
( I! _; u2 Y- i/ Z* h
1)水力停留时间:HRT
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2)有机负荷
( U/ l/ R+ {! y% P# l9 X+ a1 R* K0 O" b& m; L8 _, |) G6 C
3)污泥负荷4 V, K3 z3 P( R) B- N2 N3 Y, v: A
; `$ S* O3 i1 ^* x6 D
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1、接种污泥7 S) d5 ~5 g6 f2 _
8 i7 D" r/ d7 [& s$ U% g6 \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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8 t6 d) F( Q, [: N9 a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。
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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。2 G# D! c" J+ D" Z2 }0 y* Y
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2、接种污泥启动& m6 K, @. a8 w, {
9 P7 J) a) U9 u! ~9 c, E6 W$ A8 g+ S启动分以下三个阶段进行:
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" n6 m j( V" y- D/ C- Z. {1 m1)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。
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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。+ n Q1 P4 P, a( C7 {2 e
# X; A% x& _9 A K3 D1 c2)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%。8 l# C; ~' U, k2 G7 R
2 V1 X6 `4 C) G6 g: Z" j% k" ^, b4 {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。
+ ?. _2 ^. O: ~: V4 h2 \- H+ N4 ~1 g( Y+ U0 r" V* J: @; x- M
3、启动的要点; I0 d. T2 t- m% q$ i$ V
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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。
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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。
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% W# `9 m( O9 a1 c+ k+ U. L2)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。% ?1 s& h$ X) @7 E- y, J' a
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3、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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! @+ p& k& S G4、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。
5 K9 n/ h' f. ]1 {" C9 @8 y9 V3 [
! |" {# ?; a1 N# A$ e& P! a8 K' X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。) W( l/ _( \7 v
2 i3 W2 L# {3 g) g7 b/ T5、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。- g4 y. G# S: \8 v: w3 w
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7 t) i% ^( ?# D m# @( ~
' ]! y* Z- O( ] _$ N# P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 | 8 z! Y: m9 E8 M! j
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