廢氣處理設(shè)備,污水處理工藝

厭氧反應(yīng)器的16個技術(shù)問答

2019/10/29 16:12:19

厭氧反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)泡沫、化學(xué)沉淀等不良現(xiàn)象的原因是什么?


厭氧反應(yīng)器中有時會產(chǎn)生大量泡沫,泡沫呈半液半固狀,嚴(yán)重時可充滿氣相空間并帶入沼氣管道,導(dǎo)致沼氣系統(tǒng)的運(yùn)行困難。


產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定,因為泡沫主要是由于CO2產(chǎn)量太大形成的,當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)溫度波動或負(fù)荷發(fā)生突變等情況發(fā)生時,均可導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定和CO2的產(chǎn)量增加,進(jìn)而導(dǎo)致泡沫的產(chǎn)生。如果將運(yùn)行不穩(wěn)定因素及時排除,泡沫現(xiàn)象一般也會隨之消失。在厭氧污泥培養(yǎng)初期,由于CO2產(chǎn)量大而甲烷產(chǎn)量少,也會出現(xiàn)泡沫,隨著甲烷菌的培養(yǎng)成熟,CO2產(chǎn)量減少,泡沫一般也會逐漸消失。進(jìn)水中含有蛋白質(zhì)是產(chǎn)生泡沫的一個原因,而微生物本身新陳代謝過程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物也會降低水的表面張力而生成氣泡。厭氧生物處理過程中大量產(chǎn)氣會產(chǎn)生類似好氧處理的曝氣作用而形成氣泡問題,負(fù)荷突然升高所帶來的產(chǎn)氣量突然增加也可能出現(xiàn)泡沫問題。


碳酸鈣(CaCO3)沉淀:處理廢水鈣含量高或利用石灰補(bǔ)充堿度,都會增加產(chǎn)生碳酸鈣沉淀的可能性。高濃度的碳酸氫鹽和磷酸鹽都有利于鈣的沉淀。


鳥糞石(MgNH4PO4)沉淀:進(jìn)水中含有較高濃度的溶解性正磷酸鹽、氨氮和 鎂離子時,就會生成鳥糞石沉淀。厭氧處理系統(tǒng)鳥糞石沉淀主要在管道彎頭、水泵入口和二沉池進(jìn)出口等處出現(xiàn)。



厭氧生物處理的三個階段是怎樣的?


理論研究認(rèn)為三個階段,即厭氧消化過程分為水解發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫階段、產(chǎn)甲烷階段三部分。


水解發(fā)酵階段和產(chǎn)乙酸產(chǎn)氫階段又可合稱為酸性發(fā)酵階段。在這個階段,污水中的復(fù)雜有機(jī)物,在酸性腐化菌或產(chǎn)酸菌的作用下,分解成簡單的有機(jī)物,如有機(jī)酸,醇類等,以及CO2、NH3和H2S等無機(jī)物。由于有機(jī)酸的積累,污水的pH值下降到6以下。此后,由于有機(jī)酸和含氮化合物的分解,產(chǎn)生碳酸鹽和氨等使酸性減退,pH值回升到6.6~6.8左右。


1.水解酸化階段。污水中復(fù)雜的大分子、不溶性的有機(jī)物在細(xì)胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機(jī)物,然后滲入細(xì)胞體內(nèi),水解產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸、醇類及醛類等。


2.產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌的作用下,各種有機(jī)酸分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫和二氧化碳。


3.產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫及二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。


厭氧消化的三個階段和COD轉(zhuǎn)化率有多少?



水解酸化法的優(yōu)點是什么?


1.池體不需要密閉,也不需要三相分離器,運(yùn)行管理方便簡單。


2.大分子有機(jī)物經(jīng)水解酸化后,生成小分子有機(jī)物,可生化性較好,即水解酸化可以改變原污水的可生化性,從而減少反應(yīng)時間和處理能耗。


3.水解酸化屬于厭氧處理的前期,沒有達(dá)到厭氧發(fā)酵的最終階段,因而出水中也就沒有厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的難聞氣味,改善了污水處理廠的環(huán)境。


4.水解酸化反應(yīng)所需時間較短,因此所需構(gòu)筑物體積很小,一般與沉淀池相當(dāng),可節(jié)約基建投資。


5.時間酸化對固體有機(jī)物的降解效果較好,而且產(chǎn)生的剩余污泥很少,實現(xiàn)了污泥、污水一次處理,具有消化池的部分功能。


厭氧生物處理的主要特點有哪些?


1.能耗較低:因為厭氧生物處理不需要供氧,能源消耗約為好氧活性污泥法的1/10,還能產(chǎn)生具有較高熱值的甲烷氣(CH4)。每去除1gCODcr可以產(chǎn)生0.35標(biāo)準(zhǔn)升甲烷或0.7標(biāo)準(zhǔn)升沼氣。沼氣的熱值為22.7KJ/L,甲烷的熱值為39300KJ/m3,一般天然氣的熱值為34300KJ/m3 。


2.污泥產(chǎn)量低:因為厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多,好氧生物處理系統(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量為0.25~0.6kg,而厭氧生物處理系統(tǒng)每處理1kgCODcr產(chǎn)生的污泥量只有0.02~0.18kg。


3.可對好氧生物處理系統(tǒng)不能降解的一些大分子有機(jī)物進(jìn)行徹底降解或部分降解。


4.厭氧微生物對溫度、PH等環(huán)境因素的變化更為敏感,運(yùn)行管理好厭氧生物處理系統(tǒng)的難度較大。


5.水溫適應(yīng)廣:好氧處理水溫在10~35℃之間,當(dāng)高溫時就需采取降溫措施;而厭氧處理水溫適應(yīng)廣泛,分低溫厭氧(10~30℃)、中溫厭氧(30~40℃)和高溫厭氧(50~60℃)。


厭氧生物處理的影響因素有哪些?


1.溫度:存在兩個不同的最佳溫度范圍(55℃左右,35℃左右)。通常所稱高溫厭氧消化和低溫厭氧消化即對應(yīng)這兩個最佳溫度范圍。


2.pH值:厭氧消化最佳pH值范圍為6.8~7.2。


3.有機(jī)負(fù)荷:由于厭氧生物處理幾乎對污水中的所有有機(jī)物都有降解作用,因此討論厭氧生物處理時,一般都以CODcr來分析研究,而不象好氧生物處理那樣必須以BOD5為依據(jù)。厭氧處理的有機(jī)負(fù)荷通常以容積負(fù)荷和一定的CODcr去除率來表示。


4.營養(yǎng)物質(zhì):厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200~300):5:1即可。甲烷菌對硫化氫的最佳需要量為11.5mg/L。有時需補(bǔ)充某些必需的特殊營養(yǎng)元素,甲烷菌對硫化物和磷有專性需要,而鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等對甲烷菌有激活作用。


5.氧化還原電位:氧化還原電位可以表示水中的含氧濃度,非甲烷厭氧微生物可以在氧化還原電位小于+100mV的環(huán)境下生存,而適合產(chǎn)甲烷菌活動的氧化還原電位要低于-150mV,在培養(yǎng)甲烷菌的初期,氧化還原電位要不高于-330mV。


6.堿度:廢水的碳酸氫鹽所形成的堿度對pH值的變化有緩沖作用,如果堿度不足,就需要投加碳酸氫鈉和石灰等堿劑來保證反應(yīng)器內(nèi)的堿度適中。


7.有毒物質(zhì)。


8.水力停留時間:水力停留時間對于厭氧工藝的影響主要是通過上流速度來表現(xiàn)出來的。一方面,較高的水流速度可以提高污水系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水區(qū)的擾動性,從而增加生物污泥與進(jìn)水有機(jī)物之間的接觸,提高有機(jī)物的去除率。另一方面,為了維持系統(tǒng)中能擁有足夠多的污泥,上流速度又不能超過一定限值。


營養(yǎng)物質(zhì)對厭氧生物處理的影響體現(xiàn)在哪些方面?


厭氧微生物的生長繁殖需要攝取一定比例的CNP及其他微量元素,但由于厭氧微生物對碳素養(yǎng)分的利用率比好氧微生物低,一般認(rèn)為,厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200~300):5:1即可。


還要根據(jù)具體情況,補(bǔ)充某些必需的特殊營養(yǎng)元素,比如硫化物、鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等。


在厭氧處理時提供氮源,除了滿足合成菌體之外,還有利于提高反應(yīng)器的緩沖能力。如果氮源不足,即碳氮比太高,不僅導(dǎo)致厭氧菌增殖緩慢,而且使消化液的緩沖能力降低,引起pH值下降。相反,如果氮源過剩,碳氮比太低、氮不能被充分利用,將導(dǎo)致系統(tǒng)中氮的積累,引起pH值上升;如果pH值上升到8以上,就會抑制產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖,使消化效率降低。一般說來,氮的濃度必須保持在40~70mg/L的范圍內(nèi)才能維持甲烷菌的活性。


pH值對厭氧處理的影響體現(xiàn)在哪些方面?


厭氧微生物對其活動范圍內(nèi)的pH值有一定的要求,產(chǎn)酸菌對pH值的適應(yīng)范圍較廣,一般在4.5~8.0之間都能維持較高的活性。而甲烷菌對pH值較為敏感,適應(yīng)范圍較窄,在6.6~7.4之間較為適宜,最佳pH值為7.0~7.2。因此,在厭氧處理過程中,尤其是產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷在一個構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行時,通常要保持反應(yīng)器內(nèi)的pH值在6.5~7.2之間,最好保持在6.8~7.2的范圍內(nèi)。


厭氧處理要求的最佳pH值指的是反應(yīng)器內(nèi)混合液的pH值,而不是進(jìn)水的pH值,因為生物化學(xué)過程和稀釋作用可以迅速改變進(jìn)水的pH值。反應(yīng)器出水的pH值一般等于或接近反應(yīng)器內(nèi)部的pH值。


含有大量溶解性碳水化合物的廢水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器后,會因產(chǎn)生乙酸而引起pH值的迅速降低,而經(jīng)過酸化的廢水進(jìn)入反應(yīng)器后,pH值將會上升。含有大量蛋白質(zhì)或氨基酸的廢水,由于氨的形成,pH可能會略有上升。因此,對不同特性的廢水,可控制不同的pH值,可能低于或高于反應(yīng)器所要求的pH值。


維持厭氧反應(yīng)器內(nèi)有足夠堿度的措施有哪些?


1.投加堿源:增大系統(tǒng)緩沖能力的堿源可以使用碳酸氫鈉和石灰等。


2.提高回流比:正常厭氧消化處理設(shè)施的出水中含有一定的堿度,將出水回流可以有效補(bǔ)充反應(yīng)器內(nèi)的堿度。


什么是VFA和ALK?VFA與ALK的比值有什么意義?


VFA表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)酸的含量,ALK則表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的堿度。


厭氧消化系統(tǒng)正常運(yùn)行時,ALK一般在1000~5000 mg/L(以CaCO3計)之間,典型值在2500~3500mg/L之間,VFA一般在50~2500mg/L之間,必須維持堿度和揮發(fā)酸濃度之間的平衡,使消化液pH保持在6.5~7.5的范圍內(nèi)。只要堿度和揮發(fā)酸濃度能保持平衡,當(dāng)堿度超過4000mg/L時,即使VFA超過1200mg/L,系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。而堿度與酸度能保持平衡的主要標(biāo)志就是VFA與ALK的比值保持在一定的范圍內(nèi)。


VFA/ALK反應(yīng)了厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)中間代謝產(chǎn)物的積累程度,正常運(yùn)行的厭氧處理裝置的VFA/ALK一般在0.3以下,如果VFA/ALK突然升高,往往表明中間代謝產(chǎn)物不能被甲烷菌及時分解利用,即系統(tǒng)已出現(xiàn)異常,需要采取措施進(jìn)行解決。


如果VFA/ALK剛剛超過0.3,在一定時間內(nèi),還不至于導(dǎo)致pH值下降,還有時間分析造成VFA/ALK升高的原因和進(jìn)行控制。如果VFA/ALK超過0.5,沼氣中的CO2含量開始升高,如果不及時采取措施予以控制,會很快導(dǎo)致pH值下降,使甲烷菌的活動受到抑制。此時應(yīng)加入部分堿源,增加反應(yīng)器內(nèi)的堿度使pH值回升,為尋找確切的原因并采取控制措施提供時間。如果VFA/ALK超過0.8,厭氧反應(yīng)器內(nèi)pH值開始下降,沼氣中甲烷的含量往往只有42%~45%,沼氣已不能燃燒。這時候必須向反應(yīng)器內(nèi)大量投入堿源,控制住pH值的下降并使之回升,如果pH值持續(xù)下降到5以下,甲烷菌將全部失去活性,需要重新培養(yǎng)厭氧污泥。


為什么VFA是反映厭氧生物反應(yīng)器效果的重要指標(biāo)?


VFA表示的是厭氧處理系統(tǒng)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)酸的含量,而揮發(fā)性有機(jī)酸是厭氧生物處理系統(tǒng)的中間產(chǎn)物。


厭氧生物處理系統(tǒng)實現(xiàn)對廢水中或污泥中有機(jī)物的有效處理,最終是通過產(chǎn)甲烷過程來實現(xiàn)的,而產(chǎn)甲烷菌所能利用的有機(jī)物就是揮發(fā)性有機(jī)酸VFA。如果厭氧生物反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)正常,那么其中的VFA含量就會維持在一個相當(dāng)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。


VFA過低會使甲烷能利用的物料減少,厭氧反應(yīng)器對有機(jī)物的分解程度降低;而VFA過高超過甲烷菌所能利用的數(shù)量,又會造成VFA的過度積累,進(jìn)而使反應(yīng)器內(nèi)的pH下降,影響甲烷菌正常功能的發(fā)揮。同時甲烷菌因各種原因受到傷害后,也會降低對VFA的利用率,反過來造成VFA的積累,形成惡性循環(huán)。


因此,所有的厭氧反應(yīng)器都應(yīng)把VFA作為一個控制指標(biāo)來分析化驗和及時掌握。


什么是升流式厭氧污泥反應(yīng)器UASB?


升流式厭氧污泥反應(yīng)器的英文是Upflow Anaerobic Sludge Blan-ket,簡稱為UASB,其基本特征是在反應(yīng)器的上部設(shè)置氣、固、液三相分離器,下部為污泥懸浮區(qū)和污泥床區(qū)。


什么是膨脹顆粒污泥床EGSB?


膨脹顆粒污泥床的英文是Expanded Granular Sludge bed,簡寫為EGSB,是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。EGSB反應(yīng)器與UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)非常相似,所不同的是EGSB反應(yīng)器中采用高達(dá)2.5~6m3/(m2·h)的水力負(fù)荷,這遠(yuǎn)大于UASB常用的約0.5~2.5m3/(m2·h)的水力負(fù)荷。因此,在EGSB反應(yīng)器中,顆粒污泥床處于部分或全部“膨脹化”狀態(tài),即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的加大而增加。為了提高水力負(fù)荷(即上流速度),EGSB反應(yīng)器采用較大的高度與直徑比和較大的回流比。


什么是顆粒污泥?


顆粒污泥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(guī)則的球形或橢圓形黑色顆粒。顆粒污泥的粒徑一般為0.1~3mm,個別大的有5mm,密度為1.04~1.08g/cm3,比水略重,具有良好的沉降性能和降解水中有機(jī)物的產(chǎn)甲烷活性。


在光學(xué)顯微鏡下觀察,顆粒污泥呈多孔結(jié)構(gòu),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(xì)胞密度較大,內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散、細(xì)胞密度較小,粒徑較大的顆粒污泥往往有一個空腔,這是由于顆粒污泥內(nèi)部營養(yǎng)不足使細(xì)胞自溶而引起的。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(nèi)核,一些大的顆粒污泥還會因內(nèi)部產(chǎn)生的氣體不易釋放出去而容易上浮。


使升流式厭氧反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法有哪幾種?


UASB反應(yīng)器運(yùn)行成功的關(guān)鍵是具有顆粒污泥,使UASB反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥的方法有以下三種:


1. 直接接種法:從正在運(yùn)行的其它UASB反應(yīng)器中取出一定量的顆粒污泥直接投入新的UASB反應(yīng)器后,由少到多逐步加大處理的污水水量,直到設(shè)計水量。這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)所需時間最快,但一般只有在啟動小型UASB反應(yīng)器采用這種方法。


2.間接接種法:將取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥,如城市污水處理廠的消化污泥,投入UASB反應(yīng)器后,創(chuàng)造厭氧微生物最佳的生長條件,有人工配制的、含有適當(dāng)營養(yǎng)成分的營養(yǎng)水進(jìn)行培養(yǎng),形成顆粒污泥后,再由少到多逐步加大被處理的污水水量,直到設(shè)計水量。


3.直接培養(yǎng)法:將取自正在運(yùn)行的厭氧處理裝置的厭氧活性污泥,如城市污水處理廠的消化污泥,投入UASB反應(yīng)器后,用被處理污水直接培養(yǎng),形成顆粒污泥后,再逐步加大被處理的污水水量,直到設(shè)計水量。這種方法反應(yīng)器投產(chǎn)所需時間較多,可長達(dá)3~4個月,大型UASB反應(yīng)器常采用這種方法。


厭氧污泥培養(yǎng)成熟后有何特征?


培養(yǎng)結(jié)束后,成熟的污泥呈深灰到黑色,有焦油氣味但無硫化氫氣味,pH值在7.0~7.5之間,污泥容易脫水和干化。對進(jìn)水的處理效果高,產(chǎn)氣量大,沼氣中甲烷成分高。培養(yǎng)成熟的厭氧消化污泥的基本指標(biāo)和參數(shù)見下表。





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