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關于厭氧反應器的16個技術問答!

2019-07-03 09:03:45來源:微LINK化工 閱讀量:15148

導讀:隨著科學的發展,科研的不斷深入,許多新技術,新材料,新理念被廣泛運用于環境保護行業,使我國環境保護技術得到的長足的發展。食品、生物、化工等行業排放大部分廢水都屬于高濃度有機廢水,利用常規的物化、生化處理難達到處理目的,同時存在操作管理,投資大,運行成本高等一系統問題。厭氧反應器是一種高效的生物膜法處理方法,本文整理了關于其運行和操作等方面的16個問題。
  1、厭氧反應器內出現泡沫、化學沉淀等不良現象的原因是什么?
 
  厭氧反應器中有時會產生大量泡沫,泡沫呈半液半固狀,嚴重時可充滿氣相空間并帶入沼氣管道,導致沼氣系統的運行困難。
 
  產生泡沫的主要原因是厭氧系統運行不穩定,因為泡沫主要是由于CO2產量太大形成的,當反應器內溫度波動或負荷發生突變等情況發生時,均可導致系統運行的不穩定和CO2的產量增加,進而導致泡沫的產生。如果將運行不穩定因素及時排除,泡沫現象一般也會隨之消失。在厭氧污泥培養初期,由于CO2產量大而甲烷產量少,也會出現泡沫,隨著甲烷菌的培養成熟,CO2產量減少,泡沫一般也會逐漸消失。進水中含有蛋白質是產生泡沫的一個原因,而微生物本身新陳代謝過程中產生的一些中間產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氣會產生類似好氧處理的曝氣作用而形成氣泡問題,負荷突然升高所帶來的產氣量突然增加也可能出現泡沫問題。
 
  碳酸鈣(CaCO3)沉淀:處理廢水鈣含量高或利用石灰補充堿度,都會增加產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。厭氧處理系統鳥糞石沉淀主要在管道彎頭、水泵入口和二沉池進出口等處出現。
 
  2、厭氧生物處理的三個階段是怎樣的?
 
  理論研究認為三個階段,即厭氧消化過程分為水解發酵階段、產乙酸產氫階段、產甲烷階段三部分。
 
  水解發酵階段和產乙酸產氫階段又可合稱為酸性發酵階段。在這個階段,污水中的復雜有機物,在酸性腐化菌或產酸菌的作用下,分解成簡單的有機物,如有機酸,醇類等,以及CO2、NH3和H2S等無機物。由于有機酸的積累,污水的pH值下降到6以下。此后,由于有機酸和含氮化合物的分解,產生碳酸鹽和氨等使酸性減退,pH值回升到6.6~6.8左右。
 
 ?、?水解酸化階段。污水中復雜的大分子、不溶性的有機物在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物,然后滲入細胞體內,水解產生揮發性有機酸、醇類及醛類等。
 
 ?、?產氫產乙酸階段。在產氫產酸菌的作用下,各種有機酸分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。
 
 ?、?產甲烷階段。產甲烷菌將乙酸、氫及二氧化碳轉化為甲烷。
 
  3、厭氧消化的三個階段和COD轉化率有多少?


  4、水解酸化法的優點是什么?
 
 ?、?池體不需要密閉,也不需要三相分離器,運行管理方便簡單。
 
 ?、?大分子有機物經水解酸化后,生成小分子有機物,可生化性較好,即水解酸化可以改變原污水的可生化性,從而減少反應時間和處理能耗。
 
 ?、?水解酸化屬于厭氧處理的前期,沒有達到厭氧發酵的最終階段,因而出水中也就沒有厭氧發酵所產生的難聞氣味,改善了污水處理廠的環境。
 
 ?、?水解酸化反應所需時間較短,因此所需構筑物體積很小,一般與沉淀池相當,可節約基建投資。
 
 ?、?時間酸化對固體有機物的降解效果較好,而且產生的剩余污泥很少,實現了污泥、污水一次處理,具有消化池的部分功能。
 
  5、厭氧生物處理的主要特點有哪些?
 
 ?、?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,還能產生具有較高熱值的甲烷氣(CH4)。每去除1gCODcr可以產生0.35標準升甲烷或0.7標準升沼氣。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 。
 
 ?、?污泥產量低:因為厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多,好氧生物處理系統每處理1kgCODcr產生的污泥量為0.25~0.6kg,而厭氧生物處理系統每處理1kgCODcr產生的污泥量只有0.02~0.18kg。
 
 ?、强蓪醚跎锾幚硐到y不能降解的一些大分子有機物進行徹底降解或部分降解。
 
 ?、?厭氧微生物對溫度、PH等環境因素的變化更為敏感,運行管理好厭氧生物處理系統的難度較大。
 
 ?、?水溫適應廣:好氧處理水溫在10~35℃之間,當高溫時就需采取降溫措施;而厭氧處理水溫適應廣泛,分低溫厭氧(10~30℃)、中溫厭氧(30~40℃)和高溫厭氧(50~60℃)。
 
  6、厭氧生物處理的影響因素有哪些?
 
 ?、?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這兩個最佳溫度范圍。
 
 ?、?pH值。厭氧消化最佳pH值范圍為6.8~7.2。
 
 ?、?有機負荷。由于厭氧生物處理幾乎對污水中的所有有機物都有降解作用,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。厭氧處理的有機負荷通常以容積負荷和一定的CODcr去除率來表示。
 
 ?、?營養物質。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。有時需補充某些必需的特殊營養元素,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。
 
 ?、?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的環境下生存,而適合產甲烷菌活動的氧化還原電位要低于-150mV,在培養甲烷菌的初期,氧化還原電位要不高于-330mV。
 
 ?、?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器內的堿度適中。
 
 ?、?有毒物質。
 
 ?、?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出來的。一方面,較高的水流速度可以提高污水系統內進水區的擾動性,從而增加生物污泥與進水有機物之間的接觸,提高有機物的去除率。另一方面,為了維持系統中能擁有足夠多的污泥,上流速度又不能超過一定限值。
 
  7、營養物質對厭氧生物處理的影響體現在哪些方面?
 
  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分的利用率比好氧微生物低,一般認為,厭氧法中碳氮磷的比值控制在CODcr:N:P=(200~300):5:1即可。還要根據具體情況,補充某些必需的特殊營養元素,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,還有利于提高反應器的緩沖能力。如果氮源不足,即碳氮比太高,不僅導致厭氧菌增殖緩慢,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,將導致系統中氮的積累,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的范圍內才能維持甲烷菌的活性。
 
  8、pH值對厭氧處理的影響體現在哪些方面?
 
  厭氧微生物對其活動范圍內的pH值有一定的要求,產酸菌對pH值的適應范圍較廣,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,尤其是產酸和產甲烷在一個構筑物內進行時,通常要保持反應器內的pH值在6.5~7.2之間,最好保持在6.8~7.2的范圍內。
 
  厭氧處理要求的最佳pH值指的是反應器內混合液的pH值,而不是進水的pH值,因為生物化學過程和稀釋作用可以迅速改變進水的pH值。反應器出水的pH值一般等于或接近反應器內部的pH值。
 
  含有大量溶解性碳水化合物的廢水進入厭氧反應器后,會因產生乙酸而引起pH值的迅速降低,而經過酸化的廢水進入反應器后,pH值將會上升。含有大量蛋白質或氨基酸的廢水,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器所要求的pH值。
 
  9、維持厭氧反應器內有足夠堿度的措施有哪些?
 
 ?、?投加堿源:增大系統緩沖能力的堿源可以使用碳酸氫鈉和石灰等。
 
 ?、?提高回流比:正常厭氧消化處理設施的出水中含有一定的堿度,將出水回流可以有效補充反應器內的堿度。
 
  10、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內的揮發性有機酸的含量,ALK則表示的是厭氧處理系統內的堿度。
 
  厭氧消化系統正常運行時,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酸濃度之間的平衡,使消化液pH保持在6.5~7.5的范圍內。只要堿度和揮發酸濃度能保持平衡,當堿度超過4000mg/L時,即使VFA超過1200mg/L,系統也能正常運行。而堿度與酸度能保持平衡的主要標志就是VFA與ALK的比值保持在一定的范圍內。
 
  VFA/ALK反應了厭氧處理系統內中間代謝產物的積累程度,正常運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物不能被甲烷菌及時分解利用,即系統已出現異常,需要采取措施進行解決。
 
  如果VFA/ALK剛剛超過0.3,在一定時間內,還不至于導致pH值下降,還有時間分析造成VFA/ALK升高的原因和進行控制。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,會很快導致pH值下降,使甲烷菌的活動受到抑制。此時應加入部分堿源,增加反應器內的堿度使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,厭氧反應器內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。這時候必須向反應器內大量投入堿源,控制住pH值的下降并使之回升,如果pH值持續下降到5以下,甲烷菌將全部失去活性,需要重新培養厭氧污泥。
 
  11、為什么VFA是反映厭氧生物反應器效果的重要指標?
 
  VFA表示的是厭氧處理系統內的揮發性有機酸的含量,而揮發性有機酸是厭氧生物處理系統的中間產物。
 
  厭氧生物處理系統實現對廢水中或污泥中有機物的有效處理,最終是通過產甲烷過程來實現的,而產甲烷菌所能利用的有機物就是揮發性有機酸VFA。如果厭氧生物反應器的運轉正常,那么其中的VFA含量就會維持在一個相當穩定的范圍內。
 
  VFA過低會使甲烷能利用的物料減少,厭氧反應器對有機物的分解程度降低;而VFA過高超過甲烷菌所能利用的數量,又會造成VFA的過度積累,進而使反應器內的pH下降,影響甲烷菌正常功能的發揮。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。
 
  因此,所有的厭氧反應器都應把VFA作為一個控制指標來分析化驗和及時掌握。
 
  12、什么是升流式厭氧污泥反應器UASB?
 
  升流式厭氧污泥反應器的英文是Upflow  Anaerobic  Sludge  Blan-ket,簡稱為UASB,其基本特征是在反應器的上部設置氣、固、液三相分離器,下部為污泥懸浮區和污泥床區。
 
  13、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反應器的基礎上發展而來的。EGSB反應器與UASB反應器的結構非常相似,所不同的是EGSB反應器中采用高達2.5~6m3/(m2·h)的水力負荷,這遠大于UASB常用的約0.5~2.5m3/(m2·h)的水力負荷。因此,在EGSB反應器中,顆粒污泥床處于部分或全部“膨脹化”狀態,即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的加大而增加。為了提高水力負荷(即上流速度),EGSB反應器采用較大的高度與直徑比和較大的回流比。
 
  14、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物的產甲烷活性。
 
  在光學顯微鏡下觀察,顆粒污泥呈多孔結構,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胞密度較大,內部結構松散、細胞密度較小,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部營養不足使細胞自溶而引起的。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核,一些大的顆粒污泥還會因內部產生的氣體不易釋放出去而容易上浮。
 
  15、使升流式厭氧反應器內出現顆粒污泥的方法有哪幾種?
 
  UASB反應器運行成功的關鍵是具有顆粒污泥,使UASB反應器內出現顆粒污泥的方法有以下三種:
 
 ?、?直接接種法:從正在運行的其它UASB反應器中取出一定量的顆粒污泥直接投入新的UASB反應器后,由少到多逐步加大處理的污水水量,直到設計水量。這種方法反應器投產所需時間最快,但一般只有在啟動小型UASB反應器采用這種方法。
 
 ?、?間接接種法:將取自正在運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反應器后,創造厭氧微生物最佳的生長條件,有人工配制的、含有適當營養成分的營養水進行培養,形成顆粒污泥后,再由少到多逐步加大被處理的污水水量,直到設計水量。
 
 ?、?直接培養法:將取自正在運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反應器后,用被處理污水直接培養,形成顆粒污泥后,再逐步加大被處理的污水水量,直到設計水量。這種方法反應器投產所需時間較多,可長達3~4個月,大型UASB反應器常采用這種方法。
 
  16、厭氧污泥培養成熟后有何特征?
 
  培養結束后,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。對進水的處理效果高,產氣量大,沼氣中甲烷成分高。培養成熟的厭氧消化污泥的基本指標和參數見下表。

 
  原標題:關于厭氧反應器的16個技術問答!

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