文档介绍：第十五章厌氧生化法
第一节厌氧法的基本原理
第二节厌氧法的影响因素
第三节厌氧法的工艺和设备
第四节厌氧产气量的计算与反应器设计
第五节厌氧设备的运行管理
厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优点:
(1)既适用于高浓度废水,又适用于中低浓度废水。
(2)能耗低:厌氧法产生的沼气可作为能源。
(3)负荷高:厌氧法为2~10kgCOD/m3·d。
(4)剩余污泥量少,且其浓缩性、脱水性良好。
(5)氮、磷营养需要量少:厌氧法的C:N:P为100::
(6)厌氧处理过程有一定的杀菌作用。
(7)厌氧活性污泥可以长期贮存。
厌氧生物处理法也存在下列缺点:
(1)厌氧微生物增殖缓慢,设备启动时间长。
(2)出水往往达不到排放标准,需要进一步处理。
(3)厌氧处理系统操作控制因素较为复杂。
第一节厌氧法的基本原理
废水厌氧生物处理是指在无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用,将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程,也称为厌氧消化。与好氧过程的根本区别在于不以分子态氧作为受氢体,而以化合态氧、碳、硫、氢等为受氢体。
厌氧生物处理是一个依靠三大主要类群的细菌完成的复杂的微生物学过程。将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段: 第一阶段为水解酸化阶段 第二阶段为产氢产乙酸阶段 第三阶段为产甲烷阶段
第一阶段水解酸化阶段
复杂的大分子、不溶性有机物先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,分解产生挥发性有机酸、醇类、醛类等。这个阶段主要产生较高级脂肪酸。
碳水化合物、脂肪和蛋白质的水解酸化过程
第二阶段产氢产乙酸阶段
在产氢产乙酸细菌的作用下,第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸和H2,在降解奇数碳素有机酸时还形成CO2。
第三阶段产甲烷阶段
产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、CO2和H2等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱控产生甲烷,前者约占总量的1/3,后者约占2/3。
第二节厌氧法的影响因素
甲烷发酵阶段是厌氧消化反应的控制阶段,因此厌氧反应的各项影响因素也以对甲烷菌的影响因素为准。
一、温度条件
温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一。各类微生物适宜的温度范围是不同的,一般认为,产甲烷菌的温度范围为5~60℃,在35℃和53℃上下可以分别获得较高的消化效率,温度为40~45℃时,氧消化效率较低。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时间内温度升降5℃,沼气产量明显下降,波动的幅度过大时,甚至停止产气。温度的波动,不仅影响沼气产量,还影响沼气中的甲烷含量,此其高温消化对温度变化更为敏感。
二、pH值
pH值条件失常首先使产氢产乙酸作用和产甲烷作用受抑制,使产酸过程所形成的有机酸不能被正常地代谢降解,从而使整个消化过程的各阶段间的协调平衡丧失。若pH值降到5以下,对产甲烷菌毒性较大,同时产酸作用本身也受抑制,整个厌氧消化过程即停滞。,厌氧装置的处理能力仍不易恢复;而在稍高pH值时,只要恢复中性,产甲烷菌能较快地恢复活性。所以厌氧装置适宜在中性或稍偏碱性的状态下运行。~,~。
三、氧化还原电位
无氧环境是严格厌氧的产甲烷菌繁殖的最基本条件之一,产甲烷菌对氧和氧化剂非常敏感。产甲烷菌初始繁殖的环境条件是氧化还原电位不能高于-330mV, ×1056L水中有1mol氧。
在厌氧消化全过程中,不产甲烷阶段可在兼氧条件下完成,氧化还原电位为+~-,而在产甲烷阶段,氧化还原电位须控制为-~-(中温消化)与-~(高温消化),常温消化与中温相近。产甲烷阶段氧化还原电位的临界值为-。
四、有机负荷
在一定范围内,随着有机负荷的提高,产气率趋向下降,而消化器的容积产气量则增多,反之亦然。
若有机负荷过高,则产酸率将大于用酸(产甲烷)率,挥发酸将累积而使pH值下降、破坏产甲烷阶段的正常进行,严重时产甲烷作用停顿,系统失败,并难以调整复苏。此外,有机负荷过高,则过高的水力负荷还会使消化系统中污泥的流失速率大于增长速率而降低消化效率。若有机负荷过低,物料产气率或有机物去除率虽可提高,但容积产气率降低,反应器容积将增大,使消化设备利用效率降低,投资和运行费用提高。