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关于厌氧反应器的16个技术问答!

2019-07-03 09:03:45来源:微LINK化工 阅读量:15440

导读:随着科学的发展,科研的不断深入,许多新技术,新材料,新理念被广泛运用于环境保护行业,使我国环境保护技术得到的长足的发展。食品、生物、化工等行业排放大部分废水都属于高浓度有机废水,利用常规的物化、生化处理难达到处理目的,同时存在操作管理,投资大,运行成本高等一系统问题。厌氧反应器是一种高效的生物膜法处理方法,本文整理了关于其运行和操作等方面的16个问题。
  1、厌氧反应器内出现泡沫、化学沉淀等不良现象的原因是什么?
 
  厌氧反应器中有时会产生大量泡沫,泡沫呈半液半固状,严重时可充满气相空间并带入沼气管道,导致沼气系统的运行困难。
 
  产生泡沫的主要原因是厌氧系统运行不稳定,因为泡沫主要是由于CO2产量太大形成的,当反应器内温度波动或负荷发生突变等情况发生时,均可导致系统运行的不稳定和CO2的产量增加,进而导致泡沫的产生。如果将运行不稳定因素及时排除,泡沫现象一般也会随之消失。在厌氧污泥培养初期,由于CO2产量大而甲烷产量少,也会出现泡沫,随着甲烷菌的培养成熟,CO2产量减少,泡沫一般也会逐渐消失。进水中含有蛋白质是产生泡沫的一个原因,而微生物本身新陈代谢过程中产生的一些中间产物也会降低水的表面张力而生成气泡。厌氧生物处理过程中大量产气会产生类似好氧处理的曝气作用而形成气泡问题,负荷突然升高所带来的产气量突然增加也可能出现泡沫问题。
 
  碳酸钙(CaCO3)沉淀:处理废水钙含量高或利用石灰补充碱度,都会增加产生碳酸钙沉淀的可能性。高浓度的碳酸氢盐和磷酸盐都有利于钙的沉淀。
 
  鸟粪石(MgNH4PO4)沉淀:进水中含有较高浓度的溶解性正磷酸盐、氨氮和 镁离子时,就会生成鸟粪石沉淀。厌氧处理系统鸟粪石沉淀主要在管道弯头、水泵入口和二沉池进出口等处出现。
 
  2、厌氧生物处理的三个阶段是怎样的?
 
  理论研究认为三个阶段,即厌氧消化过程分为水解发酵阶段、产乙酸产氢阶段、产甲烷阶段三部分。
 
  水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段又可合称为酸性发酵阶段。在这个阶段,污水中的复杂有机物,在酸性腐化菌或产酸菌的作用下,分解成简单的有机物,如有机酸,醇类等,以及CO2、NH3和H2S等无机物。由于有机酸的积累,污水的pH值下降到6以下。此后,由于有机酸和含氮化合物的分解,产生碳酸盐和氨等使酸性减退,pH值回升到6.6~6.8左右。
 
  ⑴ 水解酸化阶段。污水中复杂的大分子、不溶性的有机物在细胞外酶的作用下水解为小分子、溶解性有机物,然后渗入细胞体内,水解产生挥发性有机酸、醇类及醛类等。
 
  ⑵ 产氢产乙酸阶段。在产氢产酸菌的作用下,各种有机酸分解转化为乙酸、氢和二氧化碳。
 
  ⑶ 产甲烷阶段。产甲烷菌将乙酸、氢及二氧化碳转化为甲烷。
 
  3、厌氧消化的三个阶段和COD转化率有多少?


  4、水解酸化法的优点是什么?
 
  ⑴ 池体不需要密闭,也不需要三相分离器,运行管理方便简单。
 
  ⑵ 大分子有机物经水解酸化后,生成小分子有机物,可生化性较好,即水解酸化可以改变原污水的可生化性,从而减少反应时间和处理能耗。
 
  ⑶ 水解酸化属于厌氧处理的前期,没有达到厌氧发酵的最终阶段,因而出水中也就没有厌氧发酵所产生的难闻气味,改善了污水处理厂的环境。
 
  ⑷ 水解酸化反应所需时间较短,因此所需构筑物体积很小,一般与沉淀池相当,可节约基建投资。
 
  ⑸ 时间酸化对固体有机物的降解效果较好,而且产生的剩余污泥很少,实现了污泥、污水一次处理,具有消化池的部分功能。
 
  5、厌氧生物处理的主要特点有哪些?
 
  ⑴ 能耗较低:因为厌氧生物处理不需要供氧,能源消耗约为好氧活性污泥法的1/10,还能产生具有较高热值的甲烷气(CH4)。每去除1gCODcr可以产生0.35标准升甲烷或0.7标准升沼气。沼气的热值为22.7KJ/L,甲烷的热值为39300KJ/m3,一般天然气的热值为34300KJ/m3 。
 
  ⑵ 污泥产量低:因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多,好氧生物处理系统每处理1kgCODcr产生的污泥量为0.25~0.6kg,而厌氧生物处理系统每处理1kgCODcr产生的污泥量只有0.02~0.18kg。
 
  ⑶可对好氧生物处理系统不能降解的一些大分子有机物进行彻底降解或部分降解。
 
  ⑷ 厌氧微生物对温度、PH等环境因素的变化更为敏感,运行管理好厌氧生物处理系统的难度较大。
 
  ⑸ 水温适应广:好氧处理水温在10~35℃之间,当高温时就需采取降温措施;而厌氧处理水温适应广泛,分低温厌氧(10~30℃)、中温厌氧(30~40℃)和高温厌氧(50~60℃)。
 
  6、厌氧生物处理的影响因素有哪些?
 
  ⑴ 温度。存在两个不同的最佳温度范围(55℃左右,35℃左右)。通常所称高温厌氧消化和低温厌氧消化即对应这两个最佳温度范围。
 
  ⑵ pH值。厌氧消化最佳pH值范围为6.8~7.2。
 
  ⑶ 有机负荷。由于厌氧生物处理几乎对污水中的所有有机物都有降解作用,因此讨论厌氧生物处理时,一般都以CODcr来分析研究,而不象好氧生物处理那样必须以BOD5为依据。厌氧处理的有机负荷通常以容积负荷和一定的CODcr去除率来表示。
 
  ⑷ 营养物质。厌氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200~300):5:1即可。甲烷菌对硫化氢的最佳需要量为11.5mg/L。有时需补充某些必需的特殊营养元素,甲烷菌对硫化物和磷有专性需要,而铁、镍、锌、钴、钼等对甲烷菌有激活作用。
 
  ⑸ 氧化还原电位。氧化还原电位可以表示水中的含氧浓度,非甲烷厌氧微生物可以在氧化还原电位小于+100mV的环境下生存,而适合产甲烷菌活动的氧化还原电位要低于-150mV,在培养甲烷菌的初期,氧化还原电位要不高于-330mV。
 
  ⑹ 碱度。废水的碳酸氢盐所形成的碱度对pH值的变化有缓冲作用,如果碱度不足,就需要投加碳酸氢钠和石灰等碱剂来保证反应器内的碱度适中。
 
  ⑺ 有毒物质。
 
  ⑻ 水力停留时间。水力停留时间对于厌氧工艺的影响主要是通过上流速度来表现出来的。一方面,较高的水流速度可以提高污水系统内进水区的扰动性,从而增加生物污泥与进水有机物之间的接触,提高有机物的去除率。另一方面,为了维持系统中能拥有足够多的污泥,上流速度又不能超过一定限值。
 
  7、营养物质对厌氧生物处理的影响体现在哪些方面?
 
  厌氧微生物的生长繁殖需要摄取一定比例的CNP及其他微量元素,但由于厌氧微生物对碳素养分的利用率比好氧微生物低,一般认为,厌氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200~300):5:1即可。还要根据具体情况,补充某些必需的特殊营养元素,比如硫化物、铁、镍、锌、钴、钼等。
 
  在厌氧处理时提供氮源,除了满足合成菌体之外,还有利于提高反应器的缓冲能力。如果氮源不足,即碳氮比太高,不仅导致厌氧菌增殖缓慢,而且使消化液的缓冲能力降低,引起pH值下降。相反,如果氮源过剩,碳氮比太低、氮不能被充分利用,将导致系统中氮的积累,引起pH值上升;如果pH值上升到8以上,就会抑制产甲烷菌的生长繁殖,使消化效率降低。一般说来,氮的浓度必须保持在40~70mg/L的范围内才能维持甲烷菌的活性。
 
  8、pH值对厌氧处理的影响体现在哪些方面?
 
  厌氧微生物对其活动范围内的pH值有一定的要求,产酸菌对pH值的适应范围较广,一般在4.5~8.0之间都能维持较高的活性。而甲烷菌对pH值较为敏感,适应范围较窄,在6.6~7.4之间较为适宜,最佳pH值为7.0~7.2。因此,在厌氧处理过程中,尤其是产酸和产甲烷在一个构筑物内进行时,通常要保持反应器内的pH值在6.5~7.2之间,最好保持在6.8~7.2的范围内。
 
  厌氧处理要求的最佳pH值指的是反应器内混合液的pH值,而不是进水的pH值,因为生物化学过程和稀释作用可以迅速改变进水的pH值。反应器出水的pH值一般等于或接近反应器内部的pH值。
 
  含有大量溶解性碳水化合物的废水进入厌氧反应器后,会因产生乙酸而引起pH值的迅速降低,而经过酸化的废水进入反应器后,pH值将会上升。含有大量蛋白质或氨基酸的废水,由于氨的形成,pH可能会略有上升。因此,对不同特性的废水,可控制不同的pH值,可能低于或高于反应器所要求的pH值。
 
  9、维持厌氧反应器内有足够碱度的措施有哪些?
 
  ⑴ 投加碱源:增大系统缓冲能力的碱源可以使用碳酸氢钠和石灰等。
 
  ⑵ 提高回流比:正常厌氧消化处理设施的出水中含有一定的碱度,将出水回流可以有效补充反应器内的碱度。
 
  10、什么是VFA和ALK?VFA与ALK的比值有什么意义?
 
  VFA表示的是厌氧处理系统内的挥发性有机酸的含量,ALK则表示的是厌氧处理系统内的碱度。
 
  厌氧消化系统正常运行时,ALK一般在1000~5000 mg/L(以CaCO3计)之间,典型值在2500~3500mg/L之间,VFA一般在50~2500mg/L之间,必须维持碱度和挥发酸浓度之间的平衡,使消化液pH保持在6.5~7.5的范围内。只要碱度和挥发酸浓度能保持平衡,当碱度超过4000mg/L时,即使VFA超过1200mg/L,系统也能正常运行。而碱度与酸度能保持平衡的主要标志就是VFA与ALK的比值保持在一定的范围内。
 
  VFA/ALK反应了厌氧处理系统内中间代谢产物的积累程度,正常运行的厌氧处理装置的VFA/ALK一般在0.3以下,如果VFA/ALK突然升高,往往表明中间代谢产物不能被甲烷菌及时分解利用,即系统已出现异常,需要采取措施进行解决。
 
  如果VFA/ALK刚刚超过0.3,在一定时间内,还不至于导致pH值下降,还有时间分析造成VFA/ALK升高的原因和进行控制。如果VFA/ALK超过0.5,沼气中的CO2含量开始升高,如果不及时采取措施予以控制,会很快导致pH值下降,使甲烷菌的活动受到抑制。此时应加入部分碱源,增加反应器内的碱度使pH值回升,为寻找确切的原因并采取控制措施提供时间。如果VFA/ALK超过0.8,厌氧反应器内pH值开始下降,沼气中甲烷的含量往往只有42%~45%,沼气已不能燃烧。这时候必须向反应器内大量投入碱源,控制住pH值的下降并使之回升,如果pH值持续下降到5以下,甲烷菌将全部失去活性,需要重新培养厌氧污泥。
 
  11、为什么VFA是反映厌氧生物反应器效果的重要指标?
 
  VFA表示的是厌氧处理系统内的挥发性有机酸的含量,而挥发性有机酸是厌氧生物处理系统的中间产物。
 
  厌氧生物处理系统实现对废水中或污泥中有机物的有效处理,最终是通过产甲烷过程来实现的,而产甲烷菌所能利用的有机物就是挥发性有机酸VFA。如果厌氧生物反应器的运转正常,那么其中的VFA含量就会维持在一个相当稳定的范围内。
 
  VFA过低会使甲烷能利用的物料减少,厌氧反应器对有机物的分解程度降低;而VFA过高超过甲烷菌所能利用的数量,又会造成VFA的过度积累,进而使反应器内的pH下降,影响甲烷菌正常功能的发挥。同时甲烷菌因各种原因受到伤害后,也会降低对VFA的利用率,反过来造成VFA的积累,形成恶性循环。
 
  因此,所有的厌氧反应器都应把VFA作为一个控制指标来分析化验和及时掌握。
 
  12、什么是升流式厌氧污泥反应器UASB?
 
  升流式厌氧污泥反应器的英文是Upflow  Anaerobic  Sludge  Blan-ket,简称为UASB,其基本特征是在反应器的上部设置气、固、液三相分离器,下部为污泥悬浮区和污泥床区。
 
  13、什么是膨胀颗粒污泥床EGSB?
 
  膨胀颗粒污泥床的英文是Expanded  Granular  Sludge  bed,简写为EGSB,是在UASB反应器的基础上发展而来的。EGSB反应器与UASB反应器的结构非常相似,所不同的是EGSB反应器中采用高达2.5~6m3/(m2·h)的水力负荷,这远大于UASB常用的约0.5~2.5m3/(m2·h)的水力负荷。因此,在EGSB反应器中,颗粒污泥床处于部分或全部“膨胀化”状态,即污泥床的体积由于颗粒之间的平均距离的加大而增加。为了提高水力负荷(即上流速度),EGSB反应器采用较大的高度与直径比和较大的回流比。
 
  14、什么是颗粒污泥?
 
  颗粒污泥的形成实际上是微生物固定化的一种形式,其外观为具有相对规则的球形或椭圆形黑色颗粒。颗粒污泥的粒径一般为0.1~3mm,个别大的有5mm,密度为1.04~1.08g/cm3,比水略重,具有良好的沉降性能和降解水中有机物的产甲烷活性。
 
  在光学显微镜下观察,颗粒污泥呈多孔结构,表面有一层透明胶状物,其上附着甲烷菌。颗粒污泥靠近外表面部分的细胞密度较大,内部结构松散、细胞密度较小,粒径较大的颗粒污泥往往有一个空腔,这是由于颗粒污泥内部营养不足使细胞自溶而引起的。大而空的颗粒污泥容易破碎,其破碎的碎片成为新生颗粒污泥的内核,一些大的颗粒污泥还会因内部产生的气体不易释放出去而容易上浮。
 
  15、使升流式厌氧反应器内出现颗粒污泥的方法有哪几种?
 
  UASB反应器运行成功的关键是具有颗粒污泥,使UASB反应器内出现颗粒污泥的方法有以下三种:
 
  ⑴ 直接接种法:从正在运行的其它UASB反应器中取出一定量的颗粒污泥直接投入新的UASB反应器后,由少到多逐步加大处理的污水水量,直到设计水量。这种方法反应器投产所需时间最快,但一般只有在启动小型UASB反应器采用这种方法。
 
  ⑵ 间接接种法:将取自正在运行的厌氧处理装置的厌氧活性污泥,如城市污水处理厂的消化污泥,投入UASB反应器后,创造厌氧微生物最佳的生长条件,有人工配制的、含有适当营养成分的营养水进行培养,形成颗粒污泥后,再由少到多逐步加大被处理的污水水量,直到设计水量。
 
  ⑶ 直接培养法:将取自正在运行的厌氧处理装置的厌氧活性污泥,如城市污水处理厂的消化污泥,投入UASB反应器后,用被处理污水直接培养,形成颗粒污泥后,再逐步加大被处理的污水水量,直到设计水量。这种方法反应器投产所需时间较多,可长达3~4个月,大型UASB反应器常采用这种方法。
 
  16、厌氧污泥培养成熟后有何特征?
 
  培养结束后,成熟的污泥呈深灰到黑色,有焦油气味但无硫化氢气味,pH值在7.0~7.5之间,污泥容易脱水和干化。对进水的处理效果高,产气量大,沼气中甲烷成分高。培养成熟的厌氧消化污泥的基本指标和参数见下表。

 
  原标题:关于厌氧反应器的16个技术问答!

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