厭氧反應器技術(shù)問答。
厭氧反應器技術(shù)問答。
1.厭氧反應器出現(xiàn)泡沫、化學沉淀等不良現(xiàn)象的原因是什么？
厭氧反應器有時會產(chǎn)生大量泡沫，呈半液體半固體狀。嚴重時可充滿氣相空間，帶入沼氣管道，使沼氣系統(tǒng)運行困難。
產(chǎn)生泡沫的主要原因是厭氧系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，因為泡沫主要是CO2輸出過多形成的。當反應器發(fā)生溫度波動或負荷突變時，會導致系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，CO2產(chǎn)量增加，進而導致泡沫產(chǎn)生。如果操作的不穩(wěn)定因素及時消除，氣泡現(xiàn)象一般會消失。厭氧污泥培養(yǎng)初期，由于CO2產(chǎn)量大，甲烷產(chǎn)量小，也會出現(xiàn)泡沫。隨著甲烷細菌培養(yǎng)的成熟，CO2產(chǎn)量會降低，泡沫一般會逐漸消失。進水中的蛋白質(zhì)是泡沫產(chǎn)生的原因之一，微生物代謝過程中產(chǎn)生的一些中間產(chǎn)物也會降低水的表面張力，產(chǎn)生氣泡。厭氧生物處理產(chǎn)生的大量氣體會產(chǎn)生類似于好氧處理的曝氣形成氣泡，負荷突然增加導致的產(chǎn)氣量突然增加也可能產(chǎn)生氣泡。
碳酸鈣(CaCO3)沉淀:處理后的廢水中鈣含量高或使用石灰補充堿度會增加碳酸鈣沉淀的可能性。高濃度的碳酸氫鹽和磷酸鹽有利于鈣的沉淀。
鳥糞石沉淀:當進水中含有高濃度的溶解正磷酸鹽、氨氮和鎂離子時，會產(chǎn)生鳥糞石沉淀。厭氧處理系統(tǒng)中鳥糞石沉淀主要發(fā)生在管道彎頭、水泵進口和二沉池進出口處。
2.厭氧生物處理的三個階段是什么？
理論研究認為，厭氧消化過程分為三個階段:水解發(fā)酵階段、產(chǎn)乙酸制氫階段和產(chǎn)甲烷階段。
水解發(fā)酵階段和醋酸制氫階段也可稱為酸發(fā)酵階段。在這個階段，污水中復雜的有機物分解為簡單的有機物，如有機酸、醇類等。，以及無機物如CO2、NH3、H2S等。，在酸分解菌或產(chǎn)酸菌的作用下。由于有機酸的積累，污水的pH值降到6以下。之后，由于有機酸和含氮化合物的分解，產(chǎn)生碳酸鹽和氨，使酸度降低，pH值提高到6.6~6.8左右。
(1)水解酸化階段。污水中的復雜大分子和不溶性有機物在胞外酶的作用下水解成小分子和可溶性有機物，然后滲入細胞，水解產(chǎn)生揮發(fā)性有機酸、醇和醛類等。
⑵制氫和醋酸生產(chǎn)階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)酸細菌的作用下，各種有機酸分解轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。
(3)產(chǎn)甲烷階段。產(chǎn)甲烷菌將乙酸、氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。
3.厭氧消化和COD轉(zhuǎn)化率的三個階段是什么？
4.水解酸化有什么優(yōu)勢？
(1)罐體不需要密封或三相分離器，操作管理方便簡單。
⑵大分子有機物水解酸化形成生物降解性好的小分子有機物，即水解酸化可以改變原污水的生物降解性，從而減少反應時間和處理能耗。
⑶水解酸化屬于厭氧處理的前期，沒有達到厭氧發(fā)酵的末期，所以出水沒有厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的難聞氣味，改善了污水處理廠的環(huán)境。
(4)水解酸化反應時間短，所需構(gòu)筑物體積小，一般相當于沉淀池，可以節(jié)省資金投入。
⑸時間酸化對固體有機物有很好的降解效果，產(chǎn)生的剩余污泥很少，實現(xiàn)了污泥和污水的一次性處理，具有消化池的部分功能。
5.厭氧生物處理的主要特點是什么？
(1)能耗低:由于厭氧生物處理不需要供氧，能耗約為好氧活性污泥法的1/10，還可以產(chǎn)生熱值較高的甲烷氣體(CH4)。每去除1個1gCODcr，可產(chǎn)生0.35標準升甲烷或0.7標準升沼氣。沼氣熱值為22.7KJ/L，甲烷熱值為39300kJ/m3，天然氣熱值為34300kJ/m3。
⑵污泥產(chǎn)量低:由于厭氧微生物的增殖率遠低于好氧微生物，好氧生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥為每1kggcodcr0.25~0.6kg，而厭氧生物處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥僅為每1kggcodcr0.02~0.18kg。
⑶能完全或部分降解一些好氧生物處理系統(tǒng)無法降解的大分子有機物。
⑶厭氧微生物對溫度、PH等環(huán)境因素的變化更加敏感，厭氧生物處理系統(tǒng)難以運行和管理。
⑸水溫適應性廣:好氧處理水溫在10~35℃之間，溫度高時應采取降溫措施；但厭氧處理可以適應較寬的水溫范圍，包括低溫厭氧(10~30℃)、中溫厭氧(30~40℃)、高溫厭氧(50~60℃)。
6.厭氧生物處理的影響因素有哪些？
(1)溫度。有兩個不同的溫度范圍(約55℃，約35℃)。通常稱為高溫厭氧消化和低溫厭氧消化對應這兩個溫度范圍。
⑵pH值。厭氧消化的pH值為6.8~7.2。
⑶有機負荷。由于厭氧生物處理幾乎可以降解污水中的所有有機物，所以在討論厭氧生物處理時，CODcr一般用于分析研究，不像好氧生物處理，必須以BOD5為基礎(chǔ)。厭氧處理的有機負荷通常用體積負荷和一定的CODcr去除率來表示。
(4)營養(yǎng)素。厭氧過程中碳、氮、磷的比例應控制在CODcr:n:p=(200~300):5:1。甲烷細菌對硫化氫的最適要求為11.5mg/L。有時需要補充一些必要的特殊營養(yǎng)元素。甲烷桿菌對硫化物和磷有特定的需求，而鐵、鎳、鋅、鈷、鉬能激活甲烷細菌。
⑸氧化還原電位。氧化還原電位可以指示水中的氧濃度。非甲烷厭氧微生物可以在氧化還原電位低于+100mV的環(huán)境中存活，而適合產(chǎn)甲烷菌的氧化還原電位低于-150mV。產(chǎn)甲烷菌培養(yǎng)初期，氧化還原電位不應高于-330mV。
(6)堿度。廢水碳酸氫鹽形成的堿度可以緩沖pH值的變化。如果堿度不足，需要加入碳酸氫鈉、石灰等堿劑，以保證反應器內(nèi)堿度適中。
(7)有毒物質(zhì)。
⑻水力停留時間。水力停留時間對厭氧過程的影響主要表現(xiàn)為上升流速。一方面，較高的水流速度可以改善污水系統(tǒng)進水面積的擾動，從而增加生物污泥與進水有機物的接觸，提高有機物的去除率。另一方面，為了保持系統(tǒng)中有足夠的污泥，升流速度不能超過一定的極限。
7.營養(yǎng)物質(zhì)對厭氧生物處理有什么影響？
厭氧微生物的生長繁殖需要吸收一定比例的CNP等微量元素。但由于厭氧微生物對碳養(yǎng)分的利用率低于好氧微生物，一般認為厭氧過程中碳、氮、磷的比例應控制在CODcr:n:p=(200~300):5:1。根據(jù)具體情況，補充一些必需的特殊營養(yǎng)元素，如硫化物、鐵、鎳、鋅、鈷、鉬等。
在厭氧處理中，提供氮源不僅可以滿足合成菌的需要，還可以提高反應器的緩沖能力。如果氮源不足，即碳氮比過高，不僅會導致厭氧菌增殖緩慢，還會降低消化液的緩沖能力，導致pH值下降。反之，如果氮源過量，碳氮比過低，氮得不到充分利用，就會導致系統(tǒng)中氮的積累，導致pH值升高；如果pH值上升到8以上，會抑制產(chǎn)甲烷菌的生長和繁殖，降低消化效率。一般來說，氮的濃度必須保持在40~70毫克/升的范圍內(nèi)，以維持甲烷細菌的活性。
8.pH值對厭氧處理有什么影響？
厭氧微生物對其活性范圍內(nèi)的pH值有一定的要求，而產(chǎn)酸細菌對pH值的適應范圍較廣，一般能在4.5-8.0之間保持較高的活性。而產(chǎn)甲烷菌對pH值敏感，適應范圍較窄，為6.6~7.4，pH值為7.0~7.2。因此，在厭氧處理過程中，特別是當在一個結(jié)構(gòu)中進行產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷時，反應器中的酸堿度應保持在6.5至7.2之間，優(yōu)選在6.8至7.2之間。
9.厭氧反應器保持足夠堿度的措施有哪些？
(1)添加堿源:碳酸氫鈉和石灰可以作為堿源，增加系統(tǒng)的緩沖能力。
⑵提高回流比:正常厭氧消化設(shè)施的出水含有一定的堿度，回流出水可以有效補充反應器內(nèi)的堿度。
10.什么是VFA和ALK？VFA和ALK的比例有什么意義？
VFA代表厭氧處理系統(tǒng)中揮發(fā)性有機酸的含量，而ALK代表厭氧處理系統(tǒng)中的堿度。
厭氧消化系統(tǒng)正常運行時，ALK一般在1000~5000毫克/升之間(按碳酸鈣計算)，典型值在2500~3500毫克/升之間，VFA一般在50~2500毫克/升之間。需要保持堿度和揮發(fā)酸濃度之間的平衡，以保持消化液的酸堿度在6.5~7.5范圍內(nèi)。只要堿度和揮發(fā)酸濃度能保持平衡，當堿度超過4000毫克/升時，即使VFA超過1200毫克/升，系統(tǒng)也能正常運行。堿度和酸度能保持平衡的主要標志是VFA與ALK的比值保持在一定范圍內(nèi)。
VFA/ALK反映了中間代謝物在厭氧處理系統(tǒng)中的積累程度，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指數(shù)突然上升，通常表明中間代謝產(chǎn)物不能被甲烷細菌及時分解和利用，即系統(tǒng)出現(xiàn)異常，應采取措施解決。
如果VFA/ALK剛好超過0.3，在一定時間內(nèi)不會導致pH值下降，還有時間分析VFA/ALK上升的原因并加以控制。如果VFA/ALK超過0.5，沼氣中的CO2含量將開始增加。如果不及時采取措施控制，pH值很快就會下降，甲烷細菌的活性受到抑制。此時，應加入一些堿源，并增加反應器中的堿度，以提高pH值，從而為找到確切的原因和采取控制措施提供時間。如果VFA/ALK超過0.8，厭氧反應器中的pH值開始下降，沼氣中的甲烷含量往往只有42%~45%，因此沼氣不能再燃燒。此時，必須向反應器中投入大量的堿源來控制pH值的下降，使其再次上升。如果pH值持續(xù)下降到5以下，所有的產(chǎn)甲烷菌都會失去活性，厭氧污泥需要重新培養(yǎng)。
11.為什么VFA是反映厭氧生物反應器效果的重要指標？
VFA代表厭氧處理系統(tǒng)中揮發(fā)性有機酸的含量，揮發(fā)性有機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)可以有效處理廢水或污泥中的有機物，最終通過產(chǎn)甲烷過程實現(xiàn)，產(chǎn)甲烷細菌可以利用的有機物是揮發(fā)性有機酸VFA。如果厭氧生物反應器運行正常，其中的VFA含量將保持在一個相當穩(wěn)定的范圍內(nèi)。
如果VFA太低，可用于甲烷的物質(zhì)會減少，厭氧反應器中有機物的分解程度會降低，但如果VFA太高，超過了甲烷細菌的可利用量，就會造成VFA的過度積累，進而降低反應器中的pH值，影響甲烷細菌的正常功能。同時，當甲烷細菌因各種原因受到傷害時，也會降低VFA的利用率，進而造成VFA的積累，形成惡性循環(huán)。
因此，所有厭氧反應器都應以VFA為控制指標，及時分析、測試和掌握。
12、什么是UASB升流式厭氧污泥反應器？
升流式厭氧污泥反應器在英語中被稱為升流式厭氧污泥反應器，簡稱UASB。其基本特征是在反應器上部設(shè)置氣、固、液三相分離器，下部設(shè)置污泥懸浮區(qū)和污泥床區(qū)。
13.什么是EGSB膨脹顆粒污泥床？
Expanded顆粒層(Expanded顆粒層)的英文是ExpandedRanulanarsludgebed，縮寫為EGSB，是在UASB反應堆的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。EGSB反應堆的結(jié)構(gòu)與UASB反應堆非常相似。不同的是，EGSB反應堆的水力負荷高達2.5~6m3/(m2·h)，遠高于UASB的0.5~2.5m3/(m2·h)。因此，在EGSB反應器中，顆粒污泥床部分或完全“膨脹”，即污泥床的體積隨著顆粒間平均距離的增加而增加。為了增加水力負荷(即上游流速)，EGSB反應器采用較大的高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，外觀是比較規(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，有些較大的為5mm，密度為1.04~1.08g/cm3，略重于水，對水中有機物具有良好的沉降性能和降解產(chǎn)甲烷活性。
在光學顯微鏡下觀察，顆粒污泥具有多孔結(jié)構(gòu)，表面有透明凝膠，其上附著有甲烷細菌。顆粒污泥外表面附近細胞密度較高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，細胞密度較低。粒徑較大的顆粒污泥往往會出現(xiàn)空腔，這是顆粒污泥中營養(yǎng)不足導致細胞自溶造成的。大而空的顆粒污泥容易破碎，其破碎的碎片成為新顆粒污泥的核心。一些大顆粒污泥很容易上浮，因為其中產(chǎn)生的氣體不容易釋放。
15.上流式厭氧反應器中出現(xiàn)顆粒污泥的方法有哪些？
UASB反應器成功運行的關(guān)鍵是要有顆粒污泥。有三種方法可以使顆粒污泥出現(xiàn)在UASB反應器中:
(1)直接接種法:從其他運行中的UASB反應器中取出一定量的顆粒污泥，直接投入新的UASB反應器中，待處理的污水量將從少到多逐漸增加，直至達到設(shè)計的污水量。這種方法使反應堆投入生產(chǎn)所需的時間最快，但通常只在啟動小型UASB反應堆時使用。
⑵間接接種法:將運行中的厭氧處理廠的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，放入UASB反應器，創(chuàng)造厭氧微生物的生長條件，用人工配制的含有適當營養(yǎng)成分的營養(yǎng)水培養(yǎng)，形成顆粒污泥，然后由少到多逐漸增加待處理污水量，直至達到設(shè)計水量。
⑶直接培養(yǎng)法:將運行中的厭氧處理廠的厭氧活性污泥，如城市污水處理廠的消化污泥，放入UASB反應器中，然后與處理后的污水直接培養(yǎng)形成顆粒污泥，再逐漸增加處理后的污水量至設(shè)計水量。這種方法需要很長時間才能使反應器投入生產(chǎn)，可以長達3~4個月。這種方法常用于大型UASB反應堆。
16.厭氧污泥成熟后有什么特點？
培養(yǎng)后，成熟污泥呈深灰色至黑色，有焦油味但無硫化氫味，pH值在7.0-7.5之間，污泥易脫水干燥。對進水處理效果好，產(chǎn)氣量大，沼氣中甲烷含量高。培養(yǎng)成熟厭氧消化污泥的基本指標和參數(shù)見下表。
污水處理設(shè)備
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