厭氧水解酸化原理

關(guān)于厭氧水解酸化原理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——概述

在斷絕與空氣接觸的條件下，依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌的生物化學(xué)作用，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行生物降解的過(guò)程，稱為厭氧生物處理法或厭氧消化法。厭氧生物處理法的處理對(duì)象是：高濃度有機(jī)工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水的污泥、動(dòng)植物殘?bào)w及糞便等?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁(yè)，共28頁(yè)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——概述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)行生物處理提供易生物降解的基質(zhì)；（2）甲烷發(fā)酵的目的是進(jìn)一步降解有機(jī)物和生產(chǎn)氣體燃料?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——概述完全的厭氧生物處理工藝因兼有降解有機(jī)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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理一、厭氧消化的生化階段

復(fù)雜有機(jī)物的厭氧消化過(guò)程要經(jīng)歷數(shù)個(gè)階段，由不同的細(xì)菌群接替完成。根據(jù)復(fù)雜有機(jī)物在此過(guò)程中的物態(tài)及物性變化，可分三個(gè)階段（表9-1）。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理表9-1有機(jī)物厭氧消化過(guò)程生化階段ⅠⅡⅢ物態(tài)變化液化（水解）酸化（1）酸化（2）氣化生化過(guò)程大分子不溶態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子溶解態(tài)有機(jī)物小分子溶解態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及A、B兩類產(chǎn)物B類產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌甲烷細(xì)菌發(fā)酵工藝甲烷發(fā)酵酸發(fā)酵——現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理二、發(fā)酵的控制條件（以下重點(diǎn)討論甲烷發(fā)酵的控制條件。）（一）營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境條件廢水、污泥及廢料中的有機(jī)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(duì)生物可降解性有機(jī)物的濃度并無(wú)嚴(yán)格限制，但若濃度太低，比耗熱量高，經(jīng)濟(jì)上不合算；水力停留時(shí)間短，生物污泥易流失，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。一般要求COD大于1000mg/L。

COD∶N∶P=200∶5∶1現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理（1）氧化還原電位（ORP或Eh）厭氧環(huán)境是厭氧消化過(guò)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來(lái)反映。一般情況下，氧的溶入無(wú)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(shí)，同樣會(huì)危害厭氧消化過(guò)程的進(jìn)行?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理高溫厭氧消化系統(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(dòng)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(duì)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(zhǎng)繁殖；甲烷細(xì)菌最適宜的氧化還原電位為-350mV或更低?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理（2）溫度溫度是影響微生物生命活動(dòng)過(guò)程的重要因素之一。溫度主要影響微生物的生化反應(yīng)速度，因而與有機(jī)物的分解速率有關(guān)。工程上：中溫消化溫度為30~38℃（以33~35℃為多）；高溫消化溫度為50~55℃。厭氧消化對(duì)溫度的突變也十分敏感，要求日變化小于±2℃。溫度突變幅度太大，會(huì)招致系統(tǒng)的停止產(chǎn)氣。

現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理（3）pH值及酸堿度由于發(fā)酵系統(tǒng)中的CO2分壓很高（20.3~40.5kPa），發(fā)酵液的實(shí)際pH值比在大氣條件下的實(shí)測(cè)值為低。一般認(rèn)為，實(shí)測(cè)值應(yīng)在7.2~7.4之間為好。（4）毒物凡對(duì)厭氧處理過(guò)程起抑制或毒害作用的物質(zhì)，都可稱為毒物。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理（1）生物量各種反應(yīng)器要求的污泥濃度不盡相同，一般介于10~30gVSS/L之間。為了保持反應(yīng)器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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理（2）負(fù)荷率負(fù)荷率是表示消化裝置處理能力的一個(gè)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(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)物量，稱為容積負(fù)荷率，單位為kg/m3·d或g/L·d。有機(jī)物量可用COD、BOD、SS和VSS表示。反應(yīng)器內(nèi)單位重量的污泥在單位時(shí)間內(nèi)接納的有機(jī)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/m3·d。投配率的倒數(shù)為平均停留時(shí)間或消化時(shí)間，單位為d。投配率有時(shí)也用百分?jǐn)?shù)表示，例如，0.07m3/m3·d的投配率也可表示為7%?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理厭氧消化裝置的負(fù)荷率是怎樣確定的呢？一個(gè)重要的原則是：在兩個(gè)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)（最大處理量或最大產(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(qiáng)，速率快，對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力也強(qiáng)；而進(jìn)行氣化轉(zhuǎn)化的能力相對(duì)較弱，速率也較慢，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力也較脆弱。這種前強(qiáng)后弱的特征使兩個(gè)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)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁(yè)，共28頁(yè)當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率很高時(shí)，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(jī)物酸產(chǎn)量很大，超過(guò)了甲烷細(xì)菌的吸收利用能力，導(dǎo)致有機(jī)酸在消化液中的積累和pH值（以下均指大氣壓條件下的實(shí)測(cè)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(guò)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。

現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁(yè)，共28頁(yè)當(dāng)有機(jī)負(fù)荷率適中時(shí)，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機(jī)酸基本上能被甲烷細(xì)菌及時(shí)地吸收利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，溶液中殘存的有機(jī)酸量一般為每升數(shù)百毫克。此時(shí)消化液中pH值維持在7~7.5之間，溶液呈弱堿性。這種在弱堿性條件下進(jìn)行的厭氧消化過(guò)程稱之為弱堿性發(fā)酵狀態(tài)，它是一種高效而又穩(wěn)定的發(fā)酵狀態(tài)，最佳負(fù)荷率應(yīng)達(dá)此狀態(tài)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁(yè)，共28頁(yè)當(dāng)有機(jī)物負(fù)荷率偏小時(shí)，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(shí)，消化液中的有機(jī)酸殘存量很少，pH值偏高，在pH值偏高（大于7.5）的條件下進(jìn)行的厭氧消化過(guò)程，稱為堿性發(fā)酵狀態(tài)。如前所述，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)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——原理（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℃。（4）pH值的控制如果料液會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)液體的pH值低于6.5或高于8.0時(shí)，則應(yīng)對(duì)料液預(yù)先中和。當(dāng)有機(jī)酸的積累而使反應(yīng)液的pH值低于6.8~7時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小有機(jī)物負(fù)荷或毒物負(fù)荷，使pH值恢復(fù)到7.0以上（最好為7.2~7.4）。若pH低于6.5，應(yīng)停止加料，并及時(shí)投加石灰中和?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——主要構(gòu)筑物及工藝一、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(gè)矩形密閉的池子，用隔墻分為兩室或三室，各室之間用水下連接管接通。廢水由一端進(jìn)入，通過(guò)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)有人孔，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(dú)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?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——主要構(gòu)筑物及工藝雙層沉淀池上部有一個(gè)流槽，槽底呈V形。廢水沿槽緩慢流過(guò)時(shí)，懸浮物便沉降下來(lái)，并從V形槽底縫滑落于大圓形池底，在那里進(jìn)行厭氧消化。這兩種處理構(gòu)筑物僅起截留和降解有機(jī)懸浮物的功用，產(chǎn)生的沼氣難以收集利用?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——主要構(gòu)筑物及工藝二、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(guò)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1~2次，與此同時(shí)進(jìn)行數(shù)小時(shí)的攪拌混合?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁(yè)，共28頁(yè)圓筒形厭氧消化池

蛋形厭氧消化池現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——主要構(gòu)筑物及工藝三、厭氧接觸系統(tǒng)普通消化池用于處理高濃度有機(jī)廢水時(shí)，為了強(qiáng)化有機(jī)物與池內(nèi)厭氧污泥的充分接觸，必須連續(xù)攪拌；同時(shí)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(lái)，會(huì)造成厭氧污泥的大量流失。為了克服這一缺點(diǎn)，可在消化池后串聯(lián)一個(gè)沉淀池，將沉淀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)水流量的2~3倍。消化池內(nèi)的MLVSS為6~10g/L?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁(yè)，共28頁(yè)厭氧生物處理——主要構(gòu)筑物及工藝四、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)