第三篇 污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)

1、第三篇 污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)第八章 生物膜法第六節(jié)生物轉(zhuǎn)盤 第三篇第八章 生物膜法第六節(jié)生物轉(zhuǎn)盤 一、構(gòu)造生物轉(zhuǎn)盤是一種潤壁型旋轉(zhuǎn)式處理設(shè)備，以生物膜附著在一組轉(zhuǎn)動著的圓盤上而得名。它主要由三部分組成：轉(zhuǎn)動部分、固定部分和傳動部分，圖8-12是其構(gòu)造簡圖。  生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動部分包括軸和固定在其上的圓盤組。圓盤是生物轉(zhuǎn)盤的主體，它是按膜介質(zhì)。制作圓盤的材料有塑料板、玻璃鋼板、鋁板等，一殷要求質(zhì)輕、堅固、抗蝕和無毒。圓盤直徑多為l3m，厚度為0.720mm。直徑過大者，制作困難，且易撓曲變形。厚度過大者，將占用過多的有效容積。圓盤組平行安裝于軸上，盤問凈距采用1525mm。凈距過小，

2、兩盤面的生物膜有可能互相搭接，妨礙正常的通風(fēng)，凈距過大，同樣會占用過多的有效容積。多級處理時，前面兩級的盤間凈距可以較大些，在利用藻類進(jìn)行廢水高級處理的場合，為了有利于陽光透射盤面，盤間凈距應(yīng)加大到5060mm。直徑大者，凈距也應(yīng)適當(dāng)加大。當(dāng)直徑大到易引起盤面變形時，可在盤面加肋條，或用34根鋼筋將圓盤互相串聯(lián)固定起來。轉(zhuǎn)軸必須堅固耐用，不產(chǎn)生彎曲變形。 固定部分包括廢水槽和進(jìn)出水設(shè)備。廢水槽位于轉(zhuǎn)盤組的正下方，小型者可用鋼板制作或磚石砌筑，大型者多采用混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。廢水槽的斷面最好和圓盤相適應(yīng)，采用半圓形，以防產(chǎn)生死角，造成局部淤積或水質(zhì)腐化。轉(zhuǎn)盤和槽面之間的距離一般為2

3、050mm?？瑑?nèi)水面應(yīng)維持在轉(zhuǎn)軸以下1520mm處。水面超過轉(zhuǎn)軸，會使靠軸處的盤面無法接觸空氣；水面過低，會減少轉(zhuǎn)盤的有效掛膜面積。槽底應(yīng)設(shè)放空管。進(jìn)水槽可設(shè)于廢水槽的一側(cè)或一端，通過溢流堰控制槽內(nèi)水位和出水的均勻性。當(dāng)采用單軸多級處理裝置時，各級之間應(yīng)有連接渠。 傳動部分包括電機和變速裝置。圓盤的轉(zhuǎn)速采用0.83rpm，最線速以不超過20mmin為宜。 二、工作過程 在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)盤面某部分浸沒在廢水中時，盤上的生物膜便對廢水中的有機物進(jìn)行吸附；當(dāng)其暴露于空氣中時，氧氣就溶入盤面的水層中。這樣就為微生物的生長繁殖創(chuàng)造了良好條件，使之在盤面形成生物膜，使廢水

4、得以凈化。 轉(zhuǎn)盤上的生物膜也經(jīng)歷生長、增厚和老化脫落的過程。脫落的主要原因是水對盤面的剪切作用。脫落的生物膜轉(zhuǎn)化為污泥，可在二次沉淀池中除去。 生活在轉(zhuǎn)盤上的微生物群隨廢水而異，一般城市污水、生物膜厚度為13min，呈褐色，主要凈化微生物是茵膠團(tuán)、球衣菌、真菌、藻類及多種原生動物。 三、組合型式及處理流程 組合型式有：單軸單級、單軸多級和多軸多級。單軸單級處理時，廢水從槽的一側(cè)流入，平行于盤面流動，從槽的另一側(cè)流出。單軸多級處理時，則前一級的出水流入后一級。多軸多級處理時，廢水經(jīng)第一軸轉(zhuǎn)盤處理后，再進(jìn)入第二軸生物轉(zhuǎn)盤。 究竟采用哪種組合和布置方式，需視水

5、質(zhì)、水量、處理要求、場地條件等而定。經(jīng)驗表明，對同一廢水，盤面總面積不變，如將轉(zhuǎn)盤分威多級串聯(lián)，可以提高出水水質(zhì)和溶解氨含量。對于城市污水和印染廢水，需23級串聯(lián)，處理要求高的，至少得4級。 生物轉(zhuǎn)盤處理廢水的流程同樣包括預(yù)處理設(shè)施，初次沉淀池、生物轉(zhuǎn)盤、二次沉淀池，其中無需污泥回流。處理高濃度廢水時，也可采用如下流程：初次沉淀池、一級轉(zhuǎn)盤池、中間沉淀池、二級轉(zhuǎn)盤池、二次沉淀池。處理結(jié)果可使BOD5由30004000mgL降至10mgL。 四、處理特點 轉(zhuǎn)盤上生長的微生物量很大，處理城市污水時，單位面積轉(zhuǎn)盤上的微生物量最高可達(dá)5mgcm2，折算成氧化槽(廢水槽)混

6、和液濃度大體為1000020000mgL。所以BOD5負(fù)荷可達(dá)1020gm2(盤面)·d，轉(zhuǎn)盤水槽容積負(fù)荷達(dá)1.53.0kg/m3·d，高出活性污泥法一倍多。另外，由于微生物濃度高，所以FM值低，一般在0.0020.5左右。微生物基本地于內(nèi)源呼吸期，脫落污泥量少。 生物轉(zhuǎn)盤對沖擊負(fù)荷的適應(yīng)力也強?？蛇m應(yīng)pH值在4.89.5范圍內(nèi)的變化，但pH值若急劇變化，則會破壞轉(zhuǎn)盤的工作。溫度在1323范圍內(nèi)時，對處理效果影響不大；在此溫度范圍之外，若按正常條件設(shè)計，則盤片面積應(yīng)乘以溫度校正系數(shù)f，見圖813。 此外，生物轉(zhuǎn)盤還有工作可靠、不易堵塞、污泥不易膨脹、氧利

7、用率高等特點，適于處理流量小的工業(yè)廢水。 五、設(shè)計 生物轉(zhuǎn)盤目前尚無成熟的計算方法，一般以BOD負(fù)菏或水力負(fù)荷進(jìn)行估算，以停留時間進(jìn)行校核。 (1)轉(zhuǎn)盤面積(F) 轉(zhuǎn)盤面積按下式計算：                                 

8、                        (8-19) 式中Sr-每平方米盤面上每天所能去除的BOD量，gm2·d。 盤片面積亦可按單位面積盤片有機物負(fù)荷(N1)來計算：             

9、0;                                                (8-20) 式中的Nl與式(

10、8-19)中的Sr的關(guān)系如下： 當(dāng)Nl30gm2·d時，                                (8-21)  當(dāng)N13080gm2·d時，      &#

11、160;                       (8-22) 以上各式適于原廢水或沉淀廢水。 (2)轉(zhuǎn)盤片數(shù)(m)轉(zhuǎn)盤片數(shù)的計算方法如下：                   

12、;                                       (8-23) 式中D-轉(zhuǎn)盤的直徑，m，注意每一個轉(zhuǎn)盤有兩個表面積。 (3)廢水槽的有效長度(L) 廢水槽的有效長度按下式

13、計算：                                                  &#

14、160;     (8-24)    式中   a-盤片厚度，m； b-兩盤片的凈距，m。 (4)廢水槽的有效容積(W) 廢水槽的有效容積按下式計算：                               

15、;                       (8-25) K是系數(shù)，由轉(zhuǎn)盤軸線與水面的距離h和轉(zhuǎn)盤直徑D的相對大小來確定：當(dāng)hD0.1時，K0.294；當(dāng)hD0.08時，K0.355。h取1025mm。占為轉(zhuǎn)盤邊緣到槽壁間的距離，一般取1020mm。 (5)轉(zhuǎn)盤的最小轉(zhuǎn)速(n) 轉(zhuǎn)盤每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)n按下式計算：    

16、;                r/min                            (8-26) qV是廢水槽水力容積負(fù)荷(m3(廢水)m3(槽)

17、3;d)。一般認(rèn)為，轉(zhuǎn)盤的線速度以控制在20mmin以內(nèi)為宜。 (6)停留時間(t) t按下式計算：                   h                       &#

18、160;                   (8-27) 一般t不宜小于0.2h。 例8-2今有一廢水BOD含量為200mgL，水量為500m3d，決定用生物轉(zhuǎn)盤處理，盤片面積5000m2，浸水面積40%，試求處理水的BOD濃度和BOD降解率。 解 (1)生物轉(zhuǎn)盤的BOD負(fù)荷量：   (2)單位面積盤片去除的BOD量(Sr)： 由于Nl20g(BOD)m2

19、(盤片)·d30g(BOD)m2·d，所以用公式(8-21)即得： Sr1.146×200.9043=1.146×15.01 17.2(g(BOD)m2(盤片)·d) (3)單位面積盤片上殘留的BOD負(fù)荷(Ne)為： 2017.22.8(g(BOD)m2(盤片)·d) (4)處理水BOD濃度：   (5)BOD降解率：   六、生物轉(zhuǎn)盤的實踐 在我國，生物轉(zhuǎn)盤主要用于處理工業(yè)廢水，在化學(xué)纖維、石油化工、印染、皮革和煤氣發(fā)生站簿行業(yè)的工業(yè)廢水處理方面均得到應(yīng)

20、用，效果良好，并取得一定的操作運行經(jīng)驗。表8-5為國內(nèi)部分生物轉(zhuǎn)盤處理工業(yè)廢水的運行資料。 表8-5  部分工業(yè)廢水設(shè)計負(fù)荷廢水類型進(jìn)水BOD(mg/L)進(jìn)水COD(mg/L)水力負(fù)荷(m3/m2.d)BOD負(fù)荷(m/m.d)COD負(fù)荷(g/m2.d)停留時間(h)廢水水溫()  含酚廢水  印染廢水  煤氣站含酚廢水  酚醛廢水  酚氰廢水   苯胺廢水  苧麻煮煉黑液酚50250(152)100280(158)130765(365)442700(600)酚4090CN2040苯胺53367280676

21、(495)250500(392) 5310.050.113(0.070)0.040.24(0.12)0.0190.1(0.055)0.0310.10.030.066 1223.2(16.2)12.27.1522.6(15.7)15.535.5(22.8)10.343.9(28.1)26.4011.724.5(17.8)1.52.7(2.6)0.61.31.34.0(2.95)3.02.02.31.6>15(10.5)>10>20=24  =2128生物轉(zhuǎn)盤的主要優(yōu)點是動力消耗低、抗沖擊負(fù)荷能力強、無需回流污泥、管理運行方便；缺點是占地面

22、積大、散發(fā)臭氣、寒冷地區(qū)保溫困難影響處理效率。第三篇 污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)第八章 生物膜法第七節(jié)其它型式生物膜法 第三篇 第八章 生物膜法第七節(jié)其它型式生物膜法 一、接觸氧化法接觸氧化法是一種浸沒型生物膜法，實際上是生物濾池和暇氣池的綜合體。生物接觸氧化法又稱浸沒曝氣式生物濾池(圖8-14) 。在池中裝滿各種掛膜介質(zhì)，全部濾料浸沒在廢水中。在濾料文承下部設(shè)置曝氣管，用壓縮空氣鼓泡充氧，廢水中的有機物被吸附(接觸)于濾料表面的生物膜上，被微生物分解氧化。和其它生物膜一樣，該法的生物膜也經(jīng)歷掛膜、生長、增厚、脫落等更替過程。一部分生物膜脫落后變成活性污泥，在循環(huán)流動過程中，吸附和氧化分解廢水中

23、的有機物，多余的脫落生物膜在二次沉淀池中除去?？諝馔ㄟ^設(shè)在池底的穿孔布?xì)夤苓M(jìn)入水流，當(dāng)氣泡上升時向廢水供應(yīng)氧氣，有時并借以回流池水(圖8-15) 。  接觸氧化法的優(yōu)點是：容易管理，忍受負(fù)荷、水溫變動的沖擊力強；剩余污泥量少；比較容易去除難分解和分解速度怪的物質(zhì)。它的缺點是濾料間水流緩慢，接觸時間長，水力沖刷力小，生物膜只能自行脫落；剩余污泥往往惡化處理水質(zhì)；動力費高。 為了防止堵塞，可采用全面曝氣式(圖8-14)，使生物膜直接受上升氣流的強烈攪動，以加速生物膜更新。由于微生物棲息填料上，因此，不需回流污泥，不產(chǎn)生活泥膨脹問題。 填料的材料，要求比表面積大、空隙率

24、大、水力阻力小、強度大、化學(xué)和生物穩(wěn)定性好、能經(jīng)久耐用。目前常采用的填料是聚氯乙烯塑料，環(huán)氧玻璃鋼等做成的蜂窩狀和波紋板狀填料。這些填料的缺點是：在局部平滑面上生物膜附著較慢，稍有沖擊即剝離，填料之間不具備通道，使水流單調(diào)。把接觸填料做成網(wǎng)狀塑料組件(圖8-16)，采用正向排列，即可防止堵塞，又可提高接觸效率。 二、生物流化床 生物流化床是以砂、焦炭、活性炭等顆粒材料為裁體，裁體表面附著生物膜。充氧廢水白下而上以一定速度流動，使載體處于流化狀態(tài)，生物膜與廢水充分接觸，并降解廢水 中有機污染物。其優(yōu)點是可防止生物膜引起的堵塞現(xiàn)象。圖8-17 為其流程圖。 生物流化床

25、主要工藝有空氣流化床工藝、純氧流化床工藝、三相流化床工藝和厭氧-兼性流化床工藝。流化床處理城市污水達(dá)二級標(biāo)準(zhǔn)時，BOD5容積負(fù)荷可達(dá)7kgm3·d以上。 三、活性生物穩(wěn)池 活性生物濾池將生物濾塔、曝氣池和二沉池結(jié)合為一體，其特點是將生物濾塔的部分出水回流，匯同二沉池的回流污泥一起進(jìn)入生物濾塔，其工藝流程見圖8-18。該工藝用于生活污水和食品加工廢水處理的試驗可知，具有處理效率高、BOD容積負(fù)荷大、不發(fā)生污泥膨脹和耐沖擊負(fù)荷等優(yōu)點。第三篇 污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)第九章 厭氧生物處理法第一節(jié) 厭氧消化原理 第三篇第九章 厭氧生物處理法第一節(jié) 厭氧消化原理 在斷絕與空

26、氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對有機物進(jìn)行生化降解的過程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。若有機物的降解產(chǎn)物主要是有機酸，則此過程稱為不完全的厭氧消化，簡稱為酸發(fā)酵或酸化。若進(jìn)一步將有機酸轉(zhuǎn)化為以甲烷為主的生物氣，此全過程稱為完全的厭氧消化，簡稱為甲烷發(fā)酵或沼氣發(fā)酵。  厭養(yǎng)生物處理法的處理對象是：高濃度有機工業(yè)廢水.城鎮(zhèn)污水的污泥.動植物殘體及糞便等。朝期的處理構(gòu)筑物有雙層沉淀池、普通消化池和高速消化池。近年來又發(fā)展了一些新型的工藝，如厭氧接觸系統(tǒng)、厭氧生物濾池、厭氧污泥床等。 厭氧生物處理的方法和基本功能有二： （1）酸發(fā)酵的目的是為進(jìn)一步進(jìn)

27、行生物處理提供生物降解的基質(zhì)； （2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料。完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機物和生產(chǎn)氣體燃料的雙重功能，因而得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 一、 厭氧消化的生化階段 復(fù)雜有機物的厭氧消化過程要經(jīng)歷數(shù)個階段，由不同的細(xì)菌群接替完成。跟據(jù)復(fù)雜有機物在此過程中的物態(tài)及物性變化，可分三個階段（表91）。 表9-1  有機物厭氧消化過程生化階段物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過程  不溶態(tài)       溶解態(tài)   

28、60;                        大分子有 小分子有機物         機物               &

29、#160;                                                  

30、                         菌群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工程甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵在第一階段（既水解階段），廢水及污泥中的不溶性大分子有機物如蛋白質(zhì).多糖類.脂類等經(jīng)發(fā)酵細(xì)菌水解后，分別轉(zhuǎn)化為氨基酸.葡萄糖和甘油等水溶性的小分子有機物。緊接著是第二生化階段（既酸化階段），它包括兩次酸化過程。在酸化（1）中，發(fā)酵細(xì)菌將小分子有機物進(jìn)一步

31、轉(zhuǎn)化為以下兩類簡單有機物：第1類為能被甲烷細(xì)菌直接利用的有機物,如丙酸.丁酸.乳酸.乙酸等。不完全厭氧消化或酸發(fā)酵到此結(jié)束。 在第二生化階段的酸化（2）中，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將上述的第2類有機物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氫氣和乙酸。 在第三生化階段中，甲烷細(xì)菌把甲酸.乙酸.甲胺.甲醇和（CO2+H2）等基質(zhì)通過不同的徑路轉(zhuǎn)化為甲烷其中最主要的為乙酸和（CO2+H2）。 從發(fā)酵原料的物形變化來看，水解的結(jié)果使懸浮的固體態(tài)有機物溶解了，稱之為"液化"。發(fā)酵細(xì)菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌依次將水解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為有機酸，使溶液顯酸性，稱之為"酸化"。甲烷細(xì)菌將乙酸等轉(zhuǎn)化為甲烷

32、和二氧化碳等氣體，稱之為"氣化"。 一般而言，在水解和酸化階段，廢水中的BOD或COD值變化不大。僅在氣化階段，由于構(gòu)成BOD或COD的有機碳多以CO2和CH4的形式逸出，才使廢水中的BOD或COD值始有明顯降低。 參與厭氧消化的細(xì)菌，除以上三種群外，還有一個同型產(chǎn)乙酸細(xì)菌種群。這類細(xì)菌可將中間代謝產(chǎn)物的H2和CO2（甲烷細(xì)菌能直接利用的一組基質(zhì)）轉(zhuǎn)化為乙酸（甲烷細(xì)菌能直接利用的另一種基質(zhì)）。由于它是中間產(chǎn)物的橫向轉(zhuǎn)換，因而沒有將它算作獨立的有機物縱向降解的階段。 參與厭氧消化的四個微生物種群和轉(zhuǎn)化有機物的全過程見圖9-1。  二. 發(fā)酵的控制

33、條件 以下重點討論甲烷發(fā)酵的控制條件。酸發(fā)酵的控制條件參看第三節(jié)的兩相厭氧消化系統(tǒng)。 （一）營養(yǎng)與環(huán)境條件 廢水污泥及廢料中的有機物種類繁多，只要未達(dá)到抑制濃度，都可連續(xù)進(jìn)行厭氧生物處理。對生物可降解性有機物的濃度并無嚴(yán)格限制，但如濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟(jì)上不合算；水利停留時間短，生物污泥易流失，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。一般要求COD大于 1000mg/L。 和好氧生物處理一樣，厭氧生物處理也要求供給全面的營養(yǎng)。但前者的細(xì)菌增殖快，約5060%的BOD用于細(xì)菌增生，故對氮和磷要求高；而后者的細(xì)菌增殖慢，供應(yīng)的BOD中僅有510%用于合成菌體，故對氮磷要求低

34、，即COD:N:P=200:5:1或C:N=1216。 厭氧生物處理過程對環(huán)境條件的要求比較嚴(yán)格，主要的環(huán)境條件如下。 （1）氧化還原電位(ORP或He)厭氧環(huán)境是厭氧消化過程賴以正常進(jìn)行的最重要的條件。厭氧環(huán)境，主要以體系中的氧化還原電位反映。      一般情況下，氧的溶入無疑是引起發(fā)酵系統(tǒng)的氧化還原電位升高的最主要和最直接的原因。但是，除氧以外，其它一些氧化劑或氧化態(tài)物質(zhì)的存在(如某些工業(yè)廢水中含有的Fe3+.Cr2O72-.NO3-.SO42-以及酸性廢水中的H+等)，同樣能使體系中的氧化還原電位升高。當(dāng)其濃度達(dá)到一定程度時，

35、同樣會危害厭氧消化過程的進(jìn)行。 不同的厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原的電位不盡相同。同一系統(tǒng)中，不同細(xì)菌要求的氧化還原電位也不盡相同。有些研究資料表明，高溫厭氧消化系統(tǒng)適宜的氧化還原電位為-500-600mV；中溫厭氧消化系統(tǒng)及浮動溫度厭氧消化系統(tǒng)要求的氧化還原電位應(yīng)低于-300-380mV。產(chǎn)酸細(xì)菌對氧化還原電位的要求不甚嚴(yán)格，甚至可在+100-100mV的兼性條件下生長繁殖；而甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低。就大多數(shù)生活污水的污泥及性質(zhì)相近的高濃度有機廢水而言，只要嚴(yán)密隔斷于空氣的接觸，即可保證必要的ORP值。 （2）溫度溫度是影響微生物生命活動過程的重要

36、因素之一。溫度主要影響微生物的生化反應(yīng)速度，因而與有機物的分解速率有關(guān)。 經(jīng)過許多科學(xué)家的不懈努力，得出的最重要的結(jié)論是：好氧生物處理過程只有一個最適溫度，而厭氧消化過程存在兩個最適溫度。由圖9-2可以看出，在535度的范圍內(nèi),好氧過程的產(chǎn)氣量(主要為CO2)隨溫度的上升而上升。溫度高于35度之后，生化速率迅猛下降，并在接近45度時，基本上停止了正常的生化反應(yīng)。但是，厭氧消化過程在35度和60度附近各出現(xiàn)一個產(chǎn)氣量（CH4和CO2）高的最適溫度區(qū),明顯地形成一條產(chǎn)氣量隨溫度而變化的雙峰曲線，且后一峰高于前一峰。兩峰之間存在一個產(chǎn)氣低。 工程上控制的中溫消化溫度為3038度(以3335

37、度為多),高溫消化溫度為5055度。厭氧消化對溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于±2度。溫度突變幅度太大，會招致系統(tǒng)的停止產(chǎn)氣。 （3）pH值及酸堿度由于發(fā)酵系統(tǒng)中的CO2分壓很高（20.340.5kpa），發(fā)酵液的實際pH值比在大氣條件下的實測值為低。一般認(rèn)為，實測值應(yīng)7.27.4之間為好。低于7.0時，pH值并不穩(wěn)定，有繼續(xù)下降的趨勢。低于6.5時，將使正常的處理系統(tǒng)遭到破壞。PH值主要取決于三個生化階段的平衡狀態(tài)，與原水或污泥的pH值也有一定關(guān)系。如果有機物負(fù)荷太大，水解和產(chǎn)酸過程的生化速率大大超過氣化速率，將導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸的積累和pH值的下降，抑制甲烷細(xì)菌的生理

38、機能。最終使氣化速率銳減，甚止停止。如果原液pH值高于9或低于5，會導(dǎo)致處理系統(tǒng)的pH值很快偏移。一般希望原液的pH值為68。系統(tǒng)中揮發(fā)性脂肪酸濃度（以乙酸記）以不超過3000mg/L為佳。 重碳酸鹽及氨氮等物質(zhì)是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要物質(zhì)。高的堿度具有較強的緩沖能力，對保持穩(wěn)定的pH值有重要作用。一般要求系統(tǒng)中堿度在2000mg/L以上,氨氮濃度以介于50200ng/L為佳。 （4）毒物凡對厭氧過程起抑制或毒害作用的物質(zhì)，都可稱為毒物。一些研究表明，無機酸的濃度不應(yīng)使消化液的pH值降到6.8以下；氨氮濃度不宜高于1500mg/L。其它化學(xué)物質(zhì)的抑制濃度見表9-2。一般

39、來說，多數(shù)毒物對甲烷細(xì)菌的毒性比對其它細(xì)菌的毒性要大。  表9-2  一些化學(xué)物質(zhì)的一直濃度物   質(zhì)抑制濃度物   質(zhì)抑制濃度S2-Cl-Cr+6Cu2+Cr3+CN-100200310025025210AlTNTNa2S2O3去垢劑去垢劑HCHO-    50    60    200    100（陽離子型）    500（陰離子型）   

40、<100（二）工業(yè)操作條件 （1）生物量參與厭氧處理的微生物結(jié)成絮體存在于反應(yīng)器內(nèi)。當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)無填料時，生物絮體或聚集于池底或懸浮于液內(nèi)。當(dāng)有填料時，便在填料表面生成生物膜；有時還以泥粒型式截留于填料間隙。一般而言，消化液中的游離細(xì)菌為數(shù)較少。 生物量的大小以泥污濃度表示，他對消化裝置處理能力的影響很大。一般而言，泥污濃度大的時候，消化裝置的最大處理能力也大。圖 9-3為酒精蒸餾廢液的試驗資料。由圖知，不論是高溫消化還是中溫消化，有機物的最大去除能力，在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)都和泥污濃度（以污泥體積沉降比表示）成正比。如果各種試樣污泥沉降層中的含水率保持一定，則單位重量污泥固

41、體能去除的有機物量為一常數(shù)。顯然，污泥活性和環(huán)境條件好的消化裝置，這一常數(shù)值較大。 圖9-3的折線表明，當(dāng)污泥濃度超過某一限度后，單位重量污泥所能去除的有機物量就不再升高。這表明，存在著一個最大污泥濃度（該圖中約為20%）。各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般節(jié)于1030gVSS/L之間。 為了保持反應(yīng)器的生物量不致因流失而減少，可采用多種措施，如安裝三相分離器.設(shè)置掛膜介質(zhì).降低水流速度和回流污泥量等。（2）負(fù)荷率負(fù)荷率是表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)。負(fù)荷率有三種表示方法：容積負(fù)荷率、污泥負(fù)荷率、投配率。反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為容積負(fù)荷率，單位為kg/m3

42、83;d或g/L·d。有機物量可用COD.BOD.S和VSS表示。反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機物量，稱為污泥負(fù)荷率，單位為kg/kg·d或g/g·d。每天向單位有效容積投加的新料的體積，稱為投配率，單位為m3/m·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d。投配率有時也可用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%。      負(fù)荷率既然反映有機物（食物）與微生物之間的供需平衡關(guān)系，因而最能直觀和確切地表示這種供需關(guān)系的工藝參數(shù)當(dāng)然是污泥負(fù)荷率了。但是

43、，要確切計量某些反應(yīng)器內(nèi)的污泥量（例如生物膜量）卻并非易事，因而工程上比較常用"容積負(fù)荷率"這一參數(shù)。當(dāng)進(jìn)料的有機物濃度比較穩(wěn)定時，應(yīng)用投配率既有計量準(zhǔn)確.又有操作方便的優(yōu)點。實際上，許多配置的進(jìn)料都是折算成投配率后進(jìn)行試驗研究和操作的。  厭氧消化裝置的負(fù)荷率是怎樣確定的呢？一個重要的 原則是：在兩個轉(zhuǎn)化（酸化和氣化）速率保持穩(wěn)定平衡的條件下，求得最大的處理目標(biāo)（最大處理量回最大產(chǎn)氣量）。 一般而言，厭氧消化微生物進(jìn)行酸化轉(zhuǎn)化的能力強，速率快，對環(huán)境條件的適應(yīng)能力也強；而進(jìn)行氣化轉(zhuǎn)化的能力相對較弱，速率也較慢，對環(huán)境的適應(yīng)能力也較脆弱。這種前

44、強后弱的特征使兩個轉(zhuǎn)化速率保持穩(wěn)定平衡頗為困難，因而形成了三種發(fā)酵狀態(tài)。 當(dāng)有機物負(fù)荷率很高時，由于供給產(chǎn)酸菌的食物相當(dāng)充分，致使作為其代謝產(chǎn)物的有機酸產(chǎn)量很大超過了甲烷細(xì)菌的吸收利用能力，導(dǎo)致有機酸在消化液中的積累和pH值（以下均指大氣壓條件下的實測值）下降，其結(jié)果是使消化液顯酸性（pH<7）。這種在酸性條件下進(jìn)行的厭氧消化過程稱為酸性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種低效而又不穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，應(yīng)盡量避免。 當(dāng)有機物負(fù)荷率適中時，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時消化液中pH值維持在77.5之間，溶液呈堿性。

45、這種在弱堿性條件下進(jìn)行的厭氧消化過程稱之為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而由穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。 當(dāng)有機物負(fù)荷率偏小時，供給產(chǎn)酸細(xì)菌的食物不足，產(chǎn)酸量偏少，不能滿足甲烷細(xì)菌的需要。此時，消化液中的有機酸殘存量很少，pH值偏高（大于7.5）的條件下進(jìn)行的厭氧消化過程，稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。如前說述，由于負(fù)荷偏低，因而是一種雖穩(wěn)定但低效的厭氧消化狀態(tài)。 (3)加熱為把料液控制到要求的發(fā)酵溫度，則必須加熱。據(jù)估算，去除8000mg/L的COD所產(chǎn)生的沼氣，能使一升水升溫10度?？梢娺M(jìn)料溫度低且濃度小時，需要外加能量，因而難以保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運行。所以在料液溫度較高.以及

46、必須嚴(yán)格消毒的場合，才采用高溫消化法。其它情況下，宜用中溫消化。以獲取廉價能源為目的的農(nóng)村沼氣池，則用常溫消化法。 加熱的方法有池內(nèi)蒸汽噴射.料液預(yù)熱.池內(nèi)外熱水間接加熱等。 （4）pH值的控制如果料液會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)液體的pH值低于6.5或8.0高于時,則應(yīng)對料液預(yù)先中和。當(dāng)有機酸的積累而使反應(yīng)液pH值低于6.87時，應(yīng)適當(dāng)減小有機物負(fù)荷或毒物負(fù)荷，使pH值恢復(fù)到7.0以上（最好為7.27.4）。若pH低于6.5，應(yīng)停止加料，并及時投加石灰中和。第三篇 污染物的生物化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)第九章 厭氧生物處理法第二節(jié) 厭氧消化工藝設(shè)備 第三篇第九章 厭氧生物處理法第二節(jié) 厭氧消化工藝設(shè)

47、備 早期用于處理廢水的厭氧消化構(gòu)筑物是化糞池和雙層沉淀池。化糞池是一個矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水連接管接通。廢水由一端進(jìn)入，通過各室后由另一端排出。懸浮物沉于池底后進(jìn)行緩慢的厭氧發(fā)酵。各室的頂蓋上設(shè)有入孔，可定期（數(shù)月）將消化后的污泥挖出，供作農(nóng)肥。這種處理構(gòu)筑物通常設(shè)于獨立的居住或公共建筑物的下水管道上，用于初步處理糞便廢水。較大量的廢水可改用雙層沉淀池集中處理。它是一個圓形池子，上部有一個流槽，槽底呈V形。廢水沿槽緩慢流過時，懸浮物便沉降下來，并從V形槽底縫滑落于圓形池底，在那里進(jìn)行厭氧消化。這兩種處理構(gòu)筑物僅起節(jié)流和降解有機懸浮物的功用，產(chǎn)生的沼氣難以收集利用。應(yīng)

48、用十分悠久的另一種處理構(gòu)筑物是普通消化池，主要用于處理城市污水的沉淀污泥。普通消化池多建成加頂蓋的筒狀。生污泥從池頂進(jìn)入，通過攪拌與池內(nèi)污泥混合，進(jìn)行厭氧消化。分解后的污泥從池底排出。產(chǎn)生的生物氣從池頂是；收集。普通消化池需要加熱，以維持高的生化速率。這種處理構(gòu)筑物通常是每天加排料各12次，與此同時進(jìn)行數(shù)小時的攪拌混合。有關(guān)普通消化池的詳細(xì)介紹，見本書第二十二章。 近二十年來，發(fā)展了多種用于處理有機廢水的高效厭氧消化工藝設(shè)備，它們是厭氧接觸、厭氧生物、厭氧生物轉(zhuǎn)盤、厭氧污泥床、兩相厭氧消化系統(tǒng)等。  一. 厭氧接觸系統(tǒng) 普通消化池用于處理高濃度有機廢水時，為了強化有機物與池內(nèi)厭氧污泥

49、的充分接觸，必須連續(xù)攪拌；同時為了提高處理效率，必須改間斷進(jìn)水排水為連續(xù)進(jìn)水排水。但這樣一來，會照成厭氧污泥的大量流失。為了克服這一缺點，可在消化池后串聯(lián)一個沉淀池，將沉下的污泥又送回消化池，因此組成了厭氧接觸系統(tǒng)（圖9-4）。污泥回流量約為進(jìn)水23倍。消化池內(nèi)的MLVSS為610g/L。 由于消化池出流中的污泥顆粒上附著許多小氣泡，影響其在沉淀池內(nèi)的有效沉淀，因此在沉淀池前要設(shè)置一個脫水器（如真空脫水器）。 有機工業(yè)廢水的可生化性（BOD5:COD）相差很大，一般均需通過小型試驗以取得可靠的設(shè)計參數(shù)，但也可參考已有的試驗資料及生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計（表9-3）。 表9-3 

50、 國外部分生產(chǎn)性厭氧接觸工藝運行參數(shù)廢水類型運行溫度(。C)BOD5濃度(mg/L)BOD5負(fù)荷率(kg/m3.d)水力停留時間(d)BOD5去除率(%)  啤酒廠廢水  葡萄酒廠廢水  酵母廢水  檸檬酸廢水  屠宰場廢水  肉類加工廢水  乳品加工廢水3333333333333339009000304046002100138029502.05.82.13.41.42.51.52.32.02.01.31.30.52.096968787969193從表中可以看出，采用中溫發(fā)酵，BOD5濃度為13809000mg/L，其負(fù)荷率

51、約為1.45.8kg/m3·d，水力停留時間為0.52.3d，BOD5去除率為8796%。  二. 厭氧生物濾池和厭氧生物轉(zhuǎn)盤  為了防止消化池的污泥流失，可在池內(nèi)設(shè)置掛膜，使厭氧微生物生長在上面，由此出現(xiàn)了厭氧生物濾池和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。      厭氧生物濾池（圖9-5）內(nèi)裝有粒徑為3050mm的濾料（碎石.焦碳.塑料球等），或充填軟性或半軟性填料。廢水從池底連續(xù)進(jìn)入并從池頂連續(xù)排出，在通過填料層時與微生物接觸，使有機物得以降解。  有機物負(fù)荷為110kg(COD)/m3·d，優(yōu)質(zhì)填料及可生化性好的廢水的

52、負(fù)荷率可取高值。      厭氧生物濾池的最大優(yōu)點是能保持穩(wěn)定的污泥量，泥齡很長（可長達(dá)100d），故處理效果良好；因無攪拌及脫氣等裝置，故構(gòu)造簡單。但其缺點是粒狀濾池易堵塞，大型裝置的配水難以均勻。       國外部分厭氧生物濾池的運行資料見表9-4。 表9-4  國外部分大型厭氧生物濾池資料 廢水類型反應(yīng)器尺寸直徑高度(m)運     行     參     數(shù)

53、溫度(。C)進(jìn)水濃度(mg/L)COD負(fù)荷(kg/m3.d)HRT(h)去除率(%)淀粉廢水 96(1250mm巖石)32BOD5   6500COD    80004.444COD   7580化工廢水 2612.2(90mm包爾環(huán))37COD   120008122436COD   7580發(fā)酵廢水 14.512(同上)35BOD5   5000COD    56006820BOD5  707

54、5釀酒廢水 275(50150mm填料)37BOD5   5000COD   16000463248BOD5    80COD     72生活廢水 4.95.4(90mm包爾環(huán))1525BOD5  1001500.11.21218BOD5   6070COD    5071食品廢水 334(交叉管狀填料)35BOD5   2500COD    4

55、6001.52.54872BOD5   97COD    89厭氧生物轉(zhuǎn)盤與好氧生物轉(zhuǎn)盤大致相同，只是它完全淹沒在廢水中。厭氧微生物生活在旋轉(zhuǎn)的盤面上，同時在廢水中還可保持一定數(shù)量的懸浮態(tài)厭氧污泥。這種盤旋轉(zhuǎn)的盤片能促進(jìn)有機物與微生物充分接觸，并可防止堵塞。 三. 上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB） 這種反應(yīng)器是目前應(yīng)用最廣泛的一種厭氧生物處理裝置。如圖9-6所示，在反應(yīng)器底部裝有大量厭氧污泥，廢水從器底進(jìn)入，在穿過污泥層時進(jìn)行有機物與微生物的接觸。產(chǎn)生的生物氣附著在污泥顆粒上，使其懸浮于廢水中，形成下密上疏的懸浮污泥層。氣

56、泡聚集變大脫離污泥顆粒而上升，能起一定的攪拌作用。有些污泥顆粒被附著的氣泡帶到上層，撞在三相分離器上使氣泡脫離，污泥固體又沉降到污泥層，部分進(jìn)入澄清區(qū)的微小懸浮固體也由于靜沉作用而被截留下來，滑落到反應(yīng)器內(nèi)。這種反應(yīng)器的污泥濃度可維持在4080g/L，容積負(fù)荷達(dá)515kg(COD)/m3·d，有時還要高。水力停留時間一般為424h。 國外部分UASB裝置的設(shè)計數(shù)據(jù)見表9-5。 表9-5  UASB裝置的設(shè)計數(shù)據(jù)廢水類型進(jìn)水COD(mg/L)設(shè)計流量(m3/d)水力停留時間(h)COD負(fù)荷率(kg/m3.d)COD去除率(%)甜菜制糖淀粉加工土豆加工啤    酒酒    精7500220004300250053002400910300023000209015.047.017.54.98.012.011.06.014.110.08685808690在上流式厭氧污泥床反應(yīng)器頂部必須設(shè)置性能優(yōu)良的水、氣、固三相分離器，以防止污泥固體流失，但由此也造成構(gòu)造的復(fù)雜化，并占去了一定的容積。 最近，出現(xiàn)了在懸浮泥層上部安裝一薄層軟性或半軟性填料以強化處理效能的裝置，填料還在一定程度上起氣固分離的作用。 四、厭氧流化床反應(yīng)器 厭氧流化