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: \' A, m4 U7 j. [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。- t7 D# H9 l. f* Q
]0 q3 D$ u$ ~2 S0 z3 P$ P9 y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。" V" \- I4 Y0 Q
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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。; T& [6 r' H' `! y' W$ M* n+ c
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( ~* k+ F/ b |& _5 n! t1、优势:) Z3 L0 m+ @7 P Y7 p1 H
2 U; E5 a- N, t4 I1)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。
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9 N* H6 [% W3 k" |: r) V' i2)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1/3.3 e7 I u8 i7 h) k- a1 r
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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。* @4 Q" R% I7 @5 a2 M* m0 x
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5)剩余污泥少,仅相当于好氧工艺1/6~1/10.& k9 P2 K* `! X, w7 N. D
1 O+ P( j2 Z# e8 _% \
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。
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7)可直接处理高浓有机废水,不需稀释。& b( B7 D. w0 g, Q/ h! ^
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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。5 ?- d% a1 m. P! w. I: h) {
, W" N' M5 E5 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
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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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0 c! ]; H4 s: K# F6 Z; }7 X2)对有毒性物质敏感;# t9 H, i- O( f& g# W
2 j, h7 ]9 \7 I+ R+ Z* i' s4 z3)初次启动缓慢,最少需8-12周以上方能转入正常水平。' A+ e/ r3 f0 q& M: } |9 ]9 h
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, S. U9 ?$ r. Z) V# p% K
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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:6 ?/ v9 }2 O5 j( N- W
8 u; a: o" \& `+ `# B# u- ^$ ]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。
2 @0 b% P1 Y4 Z9 {) s: T% F) a" K+ R: [* W* [1 q$ L5 Z+ ~
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。
4 G/ `' v+ ?& Z# K b5 `8 d
- M3 v; q- q9 B) |) O. R3)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。+ B! C: Y5 A4 r4 ?1 ^
& [3 H- z5 O. W- J4 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:
* A1 `. `9 V% R1 u8 Y4 Q S7 ?0 R
6 O9 w& F* x8 [a、 水解阶段——含有蛋白质水解、碳水化合物水解和脂类水解。1 {/ O$ S2 ^) n
. x3 x7 h& ?, m" P( J7 jb、 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。' M" R9 k( r; m& ?% f4 x5 c
7 X0 A" v4 P' F: y% v8 mc、 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。
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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。9 O" [) o" I& B9 |: B& ~
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1 x4 @2 I1 ~9 A" s$ M; p0 W/ ?, z% M6 Z4 m' M7 M0 N
1、普通厌氧反应池
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4 E3 r' x/ R$ r* l" I Q5 K5 V2、厌氧接触工艺
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3、升流厌氧污泥库(UASB)反应器; C# a2 I1 W0 d) c& V/ o3 Q! G
& I7 V2 ?$ U- B ~7 P/ G9 k5 e. {4、厌氧颗粒污泥膨胀库(EGSR)
( L0 t5 c& T, h$ q- a( g8 w9 y c1 d# g; x$ M1 T) n# @% K. l7 B4 c
5、厌氧滤料(AF)0 S' `7 B( Q2 V8 d- N
& Y. K& B% |1 v4 z5 H3 |% w, {% s
6、厌氧流化库反应器, R7 K, W! n9 | I+ @- u" K
6 u" t$ C0 q% ?; I7 t
7、厌氧折流反应器(ABR), {/ U" A+ v' g2 B% V/ S
3 i ^, H) x! R4 U8、厌氧生物转盘
3 X# b& L) A9 a$ g" ~$ Z6 g2 n4 K, H4 B! |2 F$ }
9、厌氧混台反应器等
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6 t: u( {9 ^0 z: t6 c8 ~1 @- H) U9 s# P U j; P% G
4 J* u, A" h2 l- f2 v0 i1、温度7 R+ S3 N5 L8 @
! \! b% u/ \# h1 t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。- m3 O- B# {: ?0 N- C5 @$ n' Z
( t2 |7 {9 {/ Y+ x( c) f
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、PH
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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。
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/ M& h/ S) P( h( o, V: u, v% _3、氧化还原电位# |8 v( A+ q5 o: o$ w. W+ {
! M. B S! E! q I1 O M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。2 e8 u& C/ X* p* G" B p
, V0 o+ B& Z! l: j9 r) i8 u, N4、营养物
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3 _! `+ H' |4 b s0 B/ B$ d厌氧反应池营养物比例为C:N:P=(350-500):5:1。8 ?8 j( k4 A1 g R: T( ?1 v, O
) [, A8 m9 ]* e- j/ u
5、有毒有害物
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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;- n; J X* M5 A+ c. r
% k) O7 |) ?2 {
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。4 Y4 y: `3 i9 c, n
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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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6、工艺技术参数
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$ o- }- i- Z+ e1 W$ b6 Y3 N1)水力停留时间:HRT( L# ^9 S/ `% i! L: Z7 g
! S/ t, k/ @2 a% e3 U; J! d
2)有机负荷8 ?3 z- i+ l8 A! x
$ z' j0 l4 D& s, \! S3)污泥负荷- j; T! a/ n9 Z" j9 v
, @& q+ M5 y& k, f' D m: ^& i. a' U7 A4 B* f5 o- Z& J; d
& K( z8 ?6 I+ `$ ^& |" u H1、接种污泥/ O+ S& ? T2 Y/ P' Z
: N, D" D8 i( Y: b7 s! 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。! G! i! P) g1 ? i C5 D
: r6 O8 S1 d9 \& P5 P/ ^ q/ @6 e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。/ w: R8 q* I/ Z$ E
+ H' M1 k; o) `9 [2 _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。
* n' q4 ^( K3 S& _% c5 k) u
1 h9 x# Z- H. a* _. C2、接种污泥启动
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启动分以下三个阶段进行:; [' n& {& C; ~" L
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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。
# L! g/ N1 U8 ~; @6 f' J$ ~. N. `: S( y
/ d; C" `# [1 t# M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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5 m0 e7 V. \& J2)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%。) s* \; |# Z# H( A4 S: n
9 t/ X# U/ B3 H) i$ J. b1 j i$ O3 c0 ?
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 r2 z9 ] g8 `) M1 _- G- t
H3 E% D* O7 |! `5 K3、启动的要点- Z) Q8 J- G: o6 ]1 g$ n
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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。/ ^+ m8 m- q, [/ I, [ c) \2 e
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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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l0 }: n6 ?1 x8 B" g2)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 e: _3 j8 {! \
! S ]- s/ Y" c% Z3 p8 U3、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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& ]( p2 O; Y Z X+ p3 a' h4、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。
% Z8 R& f( f7 k4 S6 X3 T* v5 M
, ^' ~6 |2 `/ w- `. Z+ J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。
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" z5 I$ ?, Z' B7 `" `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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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 | $ k; `$ i$ u" C ^; J
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