廢水反應(yīng)基本原理你知道嗎

【資料簡(jiǎn)介】

　　天津市眾邁環(huán)保設(shè)備科技有限公司位于環(huán)渤海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)中心——天津。本公司是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售水處理設(shè)備、環(huán)保凈化設(shè)備于一體的綜合生產(chǎn)型企業(yè)。設(shè)備在銷(xiāo)往全國(guó)各地的同時(shí)也出口多個(gè)國(guó)家并得到客戶(hù)！
 

　　公司主營(yíng)產(chǎn)品有：含油污泥無(wú)害化處理裝置、地埋式一體化污水處理設(shè)備、氣浮機(jī)、醫(yī)用污水處理設(shè)備、臭氧消毒柜、二氧化氯發(fā)生器、板框壓濾機(jī)、飲用水消毒設(shè)備、加藥裝置等各種環(huán)保產(chǎn)品。
 

　　公司的污水處理設(shè)備在飲用水、市政污水、醫(yī)院污水、生活污水、機(jī)場(chǎng)污水、高速公路污水、景區(qū)污水、食品廠(chǎng)、工業(yè)循環(huán)冷卻水、中水回用等不同領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
 

　　公司擁有一批的科研技術(shù)及管理人才，可以針對(duì)不同客戶(hù)的要求，提供不同的解決方案?？梢韵蚩蛻?hù)提供的成品，也可以按照客戶(hù)的需求，提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)，技術(shù)方案，定制設(shè)備，工程實(shí)施，售后等服務(wù)。
 

　　天津市眾邁環(huán)保設(shè)備科技有限公司本著“科技興企、人才興企”經(jīng)營(yíng)理念和“質(zhì)量為先、誠(chéng)信為本”的企業(yè)宗旨，服務(wù)于社會(huì)，回報(bào)于社會(huì)，盡心盡力做好環(huán)保事業(yè)。
 

　　第一節(jié)廢水好氧生物處理原理‍
 

　　一、好氧生物處理的基本生物過(guò)程
 

　　所謂“好氧”：是指這類(lèi)生物必須在有分子態(tài)氧氣(O2)的存在下，才能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)，主要包括大部分微生物、動(dòng)物以及我們?nèi)祟?lèi)；所謂“厭氧”：是能在無(wú)分子態(tài)氧存在的條件下，能進(jìn)行正常的生理生化反應(yīng)的生物，如厭氧細(xì)菌、酵母菌等。好氧生物處理過(guò)程的生化反應(yīng)方程式：
 

　?、?分解反應(yīng)(又稱(chēng)氧化反應(yīng)、異化代謝、分解代謝) CHONS + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +¼+能量(有機(jī)物的組成元素)
 

　?、?合成反應(yīng)(也稱(chēng)合成代謝、同化作用) C、H、O、N、S + 能量C5H7NO2
 

　?、?內(nèi)源呼吸(也稱(chēng)細(xì)胞物質(zhì)的自身氧化) C5H7NO2 + O2 CO2 + H2O + NH3 + SO42- +¼+能量在正常情況下，各類(lèi)微生物細(xì)胞物質(zhì)的成分是相對(duì)穩(wěn)定的，一般可用下列實(shí)驗(yàn)式來(lái)表示：細(xì)菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻類(lèi)：C5H8NO2；原生動(dòng)物：C7H14NO3分解與合成的相互關(guān)系：1)二者不可分，而是相互依賴(lài)的；a、分解過(guò)程為合成提供能量和前物，而合成則給分解提供物質(zhì)基礎(chǔ)；b、分解過(guò)程是一個(gè)產(chǎn)能過(guò)程，合成過(guò)程則是一個(gè)耗能過(guò)程。2)對(duì)有機(jī)物的去除，二者都有重要貢獻(xiàn)；3)合成量的大小，對(duì)后續(xù)污泥的處理有直接影響(污泥的處理費(fèi)用一般可以占整個(gè)城市污水處理廠(chǎng)的40~50%)。不同形式的有機(jī)物被生物降解的歷程也不同：一方面：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小分子、可溶性物質(zhì)，直接進(jìn)入細(xì)胞壁；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大分子、膠體狀或顆粒狀的物質(zhì)，則首先被微生物吸附，隨后在胞外酶的作用下被水解液化成小分子有機(jī)物，再進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。另一方面：有機(jī)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其降解過(guò)程也會(huì)不同，如：糖類(lèi)；脂類(lèi)；蛋白質(zhì)
 

　　二、影響好氧生物處理的主要因素
 

　　① 溶解氧(DO)：約1~2mg/l；
 

　　② 水溫：是重要因素之一，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快；細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或降并超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞；最適宜溫度 15~30°C； >40°C 或< 10°C后，會(huì)有不利影響。
 

　?、?營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：細(xì)胞組成中，C、H、O、N約占90~97%；其余3~10%為無(wú)機(jī)元素，主要的是P；生活污水一般不需再投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；而某些工業(yè)廢水則需要，一般對(duì)于好氧生物處理工藝，應(yīng)按BOD : N : P = 100 : 5 : 1 投加N和P；其它無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素：K、Mg、Ca、S、Na等；微量元素： Fe、Cu、Mn、Mo、Si、硼等；
 

　?、?pH值：一般好氧微生物的最適宜pH在6.5~8.5之間；pH < 4.5時(shí)，真菌將占優(yōu)勢(shì)，引起污泥膨脹；另一方面，微生物的活動(dòng)也會(huì)影響混合液的pH值。
 

　?、?有毒物質(zhì)(抑制物質(zhì))：重金屬；qinghuawu；H2S；鹵族元素及其化合物；酚、醇、醛等；
 

　　⑥ 有機(jī)負(fù)荷率：污水中的有機(jī)物本來(lái)是微生物的食物，但太多時(shí)，也會(huì)不利于微生物；
 

　?、?氧化還原電位：好氧細(xì)菌：+300 ~ 400 mV， 至少要求大于+100 mV；厭氧細(xì)菌：要求小于+100 mV，對(duì)于嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，則<-100 mv<="" span="">，甚至<-300 mv<="" span="">。
 

　　第二節(jié) 廢水厭氧生物處理原理‍
 

　　廢水厭氧生物處理在早期又被稱(chēng)為厭氧消化、厭氧發(fā)酵；是指在厭氧條件下由多種(厭氧或兼性)微生物的共同作用下，使有機(jī)物分解并產(chǎn)生CH4和CO2的過(guò)程。
 

　　一、厭氧生物處理中的基本生物過(guò)程——階段性理論‍
 

　　1、兩階段理論：20世紀(jì)30~60年代，被普遍接受的是“兩階段理論”第一階段：發(fā)酵階段，又稱(chēng)產(chǎn)酸階段或酸性發(fā)酵階段；主要功能是水解和酸化，主要產(chǎn)物是脂肪酸、醇類(lèi)、CO2和H2等；主要參與反應(yīng)的微生物統(tǒng)稱(chēng)為發(fā)酵細(xì)菌或產(chǎn)酸細(xì)菌；
 

　　這些微生物的特點(diǎn)是：
 

　　1)生長(zhǎng)速率快，
 

　　2)對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)性(溫度、pH等)強(qiáng)。第二階段：產(chǎn)甲烷階段，又稱(chēng)堿性發(fā)酵階段；是指產(chǎn)甲烷菌利用前一階段的產(chǎn)物，并將其轉(zhuǎn)化為CH4和CO2；主要參與反應(yīng)的微生物被統(tǒng)稱(chēng)為產(chǎn)甲烷菌(Methane producing bacteria)；
 

　　產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要特點(diǎn)是：
 

　　1)生長(zhǎng)速率慢，世代時(shí)間長(zhǎng)；
 

　　2)對(duì)環(huán)境條件(溫度、pH、抑制物等)非常敏感，要求苛刻。
 

　　2、三階段理論對(duì)厭氧微生物學(xué)的深入研究后，發(fā)現(xiàn)將厭氧消化過(guò)程簡(jiǎn)單地劃分為上述兩個(gè)過(guò)程，不能真實(shí)反映厭氧反應(yīng)過(guò)程的本質(zhì)；厭氧微生物學(xué)的研究表明，產(chǎn)甲烷菌是一類(lèi)十分特別的古細(xì)菌(Archea)，除了在分類(lèi)學(xué)和其特殊的學(xué)報(bào)結(jié)構(gòu)外，其最主要的特點(diǎn)是：產(chǎn)甲烷細(xì)菌只能利用一些簡(jiǎn)單有機(jī)物作為基質(zhì)，其中主要是一些簡(jiǎn)單的一碳物質(zhì)如甲酸、甲醇、甲基胺類(lèi)以及H2/CO2等，兩碳物質(zhì)中只有乙酸，而不能利用其它含兩碳或以上的脂肪酸和甲醇以外的醇類(lèi)；上世紀(jì)70年代，Bryant發(fā)現(xiàn)原來(lái)認(rèn)為是一種被稱(chēng)為“奧氏產(chǎn)甲烷菌”的細(xì)菌，實(shí)際上是由兩種細(xì)菌共同組成的，一種細(xì)菌首先把乙醇氧化為乙酸和H2(一種產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌)，另一種細(xì)菌則利用H2和CO2產(chǎn)生CH4(一種真正意義上的產(chǎn)甲烷細(xì)菌——嗜氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌)；因而，Bryant提出了厭氧消化過(guò)程的“三階段理論”：水解、發(fā)酵階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌，將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化為乙酸、H2/CO2；產(chǎn)甲烷階段：產(chǎn)甲烷菌利用乙酸和H2、CO2產(chǎn)生CH4；一般認(rèn)為，在厭氧生物處理過(guò)程中約有70%的CH4產(chǎn)自乙酸的分解，其余的則產(chǎn)自H2和CO2。
 

　　3、四階段理論(四菌群學(xué)說(shuō))：幾乎與Bryant提出“三階段理論”的同時(shí)，又有人提出了厭氧消化過(guò)程的“四菌群學(xué)說(shuō)”：實(shí)際上，是在上述三階段理論的基礎(chǔ)上，增加了一類(lèi)細(xì)菌——同型產(chǎn)乙酸菌，其主要功能是可以將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌產(chǎn)生的H2/CO2合成為乙酸。但研究表明，實(shí)際上這一部分由H2/CO2合成而來(lái)的乙酸的量較少，只占厭氧體系中總乙酸量的5%左右?？傮w來(lái)說(shuō)，“三階段理論”、“四階段理論”是目前*的對(duì)厭氧生物處理過(guò)程較全面和較準(zhǔn)確的描述。
 

　　4、 多階段理論 但是，當(dāng)利用厭氧生物處理工藝處理含有復(fù)雜有機(jī)物的時(shí)候，在厭氧反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)會(huì)遠(yuǎn)比上述“三階段理論”、“四階段理論”中所描述的反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，可以參見(jiàn)“厭氧復(fù)雜體系示意圖”。
 

　　二、厭氧消化過(guò)程中的主要微生物
 

　　主要介紹其中的發(fā)酵細(xì)菌(產(chǎn)酸細(xì)菌)、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌等。
 

　　1、發(fā)酵細(xì)菌(產(chǎn)酸細(xì)菌)：
 

　　發(fā)酵產(chǎn)酸細(xì)菌的主要功能有兩種：
 

　?、?水解——在胞外酶的作用下，將不溶性有機(jī)物水解成可溶性有機(jī)物；
 

　　② 酸化——將可溶性大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類(lèi)等；主要的發(fā)酵產(chǎn)酸細(xì)菌：梭菌屬、擬桿菌屬、丁酸弧菌屬、雙岐桿菌屬等；水解過(guò)程較緩慢，并受多種因素影響(pH、SRT、有機(jī)物種類(lèi)等)，有時(shí)回成為厭氧反應(yīng)的限速步驟；產(chǎn)酸反應(yīng)的速率較快；大多數(shù)是厭氧菌，也有大量是兼性厭氧菌；可以按功能來(lái)分：纖維素分解菌、半纖維素分解菌、淀粉分解菌、蛋白質(zhì)分解菌、脂肪分解菌等。
 

　　2、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌：產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的主要功能是將各種高級(jí)脂肪酸和醇類(lèi)氧化分解為乙酸和H2；為產(chǎn)甲烷細(xì)菌提供合適的基質(zhì)，在厭氧系統(tǒng)中常常與產(chǎn)甲烷細(xì)菌處于共生互營(yíng)關(guān)系。
 

　　3、產(chǎn)甲烷菌20世紀(jì)60年代Hungate開(kāi)創(chuàng)了嚴(yán)格厭氧微生物培養(yǎng)技術(shù)之后，對(duì)產(chǎn)甲烷細(xì)菌的研究才得以廣泛進(jìn)行；產(chǎn)甲烷細(xì)菌的主要功能是將產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的產(chǎn)物——乙酸和H2/CO2轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，使厭氧消化過(guò)程得以順利進(jìn)行；主要可分為兩大類(lèi)：乙酸營(yíng)養(yǎng)型和H2營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌，或稱(chēng)為嗜乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌和嗜氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌；一般來(lái)說(shuō)，在自然界中乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌的種類(lèi)較少，只有Methanosarcina(產(chǎn)甲烷八疊球菌)和Methanothrix(產(chǎn)甲烷絲狀菌)，但這兩種產(chǎn)甲烷細(xì)菌在厭氧反應(yīng)器中居多，特別是后者，因?yàn)樵趨捬醴磻?yīng)器中乙酸是主要的產(chǎn)甲烷基質(zhì)，一般來(lái)說(shuō)有70%左右的甲烷是來(lái)自乙酸的氧化分解； 根據(jù)產(chǎn)甲烷菌的形態(tài)和生理生態(tài)特征，可將其分類(lèi)如下：——最新的分類(lèi)(Bergy’s細(xì)菌手冊(cè)第九版)，共分為：三目、七科、十九屬、65種；產(chǎn)甲烷菌有各種不同的形態(tài)，常見(jiàn)的有：
 

　?、佼a(chǎn)甲烷桿菌；
 

　?、诋a(chǎn)甲烷球菌；
 

　?、郛a(chǎn)甲烷八疊球菌；
 

　?、墚a(chǎn)甲烷絲菌；等等。在生物分類(lèi)學(xué)上，產(chǎn)甲烷菌(Methanogens)屬于古細(xì)菌(Archaebacteria)，大小、外觀(guān)上與普通細(xì)菌(Eubacteria)相似，但實(shí)際上，其細(xì)胞成分特殊，特別是細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)較特殊；在自然界的分布，一般可以認(rèn)為是棲息于一些jiduan環(huán)境中(如地?zé)崛⑸詈；鹕娇凇⒊练e物等)，但實(shí)際上其分布極為廣泛，如污泥、瘤胃、昆蟲(chóng)腸道、濕樹(shù)木、厭氧反應(yīng)器等；產(chǎn)甲烷菌都是嚴(yán)格厭氧細(xì)菌，要求氧化還原電位在-150~-400mv，氧和氧化劑對(duì)其有很強(qiáng)的毒害作用；產(chǎn)甲烷菌的增殖速率很慢，繁殖世代時(shí)間長(zhǎng)，可達(dá)4~6天，因此，一般情況下產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化的限速步驟
 

　　三、厭氧生物處理的影響因素
 

　　產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化過(guò)程的控制階段，因此，一般來(lái)說(shuō)，在討論厭氧生物處理的影響因素時(shí)主要討論影響產(chǎn)甲烷菌的各項(xiàng)因素；主要影響因素有：溫度、pH值、氧化還原電位、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等。
 

　　1、溫度：溫度對(duì)厭氧微生物的影響尤為顯著；厭氧細(xì)菌可分為嗜熱菌(或高溫菌)、嗜溫菌(中溫菌)；相應(yīng)地，厭氧消化分為：高溫消化(55°C左右)和中溫消化(35°C左右)；高溫消化的反應(yīng)速率約為中溫消化的1.5~1.9倍，產(chǎn)氣率也較高，但氣體中甲烷含量較低；當(dāng)處理含應(yīng)器的開(kāi)發(fā)研究和應(yīng)用，溫度對(duì)厭氧消化的影響不再非常重要(新型反應(yīng)器內(nèi)的生物量很大)，因此可以在常溫條件下(20~25°C)進(jìn)行，以節(jié)省能量和運(yùn)行費(fèi)用。
 

　　2、pH值和堿度：pH值是厭氧消化過(guò)程中的最重要的影響因素；重要原因：產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH值的變化非常敏感，一般認(rèn)為，其最適pH值范圍為6.8~7.2，在<6.5< span="">或>8.2時(shí)，產(chǎn)甲烷菌會(huì)受到嚴(yán)重抑制，而進(jìn)一步導(dǎo)致整個(gè)厭氧消化過(guò)程的惡化；厭氧體系中的pH值受多種因素的影響：進(jìn)水pH值、進(jìn)水水質(zhì)(有機(jī)物濃度、有機(jī)物種類(lèi)等)、生化反應(yīng)、酸堿平衡、氣固液相間的溶解平衡等；厭氧體系是一個(gè)pH值的緩沖體系，主要由碳酸鹽體系所控制；一般來(lái)說(shuō)：系統(tǒng)中脂肪酸含量的增加(累積)，將消耗 ，使pH下降；但產(chǎn)甲烷菌的作用不但可以消耗脂肪酸，而且還會(huì)產(chǎn)生 ，使系統(tǒng)的pH值回升。堿度曾一度在厭氧消化中被認(rèn)為是一個(gè)至關(guān)重要的影響因素，但實(shí)際上其作用主要是保證厭氧體系具有一定的緩沖能力，維持合適的pH值；厭氧體系一旦發(fā)生酸化，則需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能恢復(fù)。
 

　　3、氧化還原電位：嚴(yán)格的厭氧環(huán)境是產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行正常生理活動(dòng)的基本條件；非產(chǎn)甲烷菌可以在氧化還原電位為+100~ -100mv的環(huán)境正常生長(zhǎng)和活動(dòng)；產(chǎn)甲烷菌的最適氧化還原電位為-150~ -400mv，在培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期，氧化還原電位不能高于-330mv；
 

　　4、營(yíng)養(yǎng)要求：厭氧微生物對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要求略低于好氧微生物，其要求COD：N：P = 200：5：1；
 

　　多數(shù)厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或氨基酸的功能，所以有時(shí)需要投加：①K、Na、Ca等金屬鹽類(lèi)；
 

　　②微量元素Ni、Co、Mo、Fe等；
 

　?、塾袡C(jī)微量物質(zhì)：酵母浸出膏、shengwushu、維生素等。
 

　　5、F/M比：厭氧生物處理的有機(jī)物負(fù)荷較好氧生物處理更高，一般可達(dá)5~10kgCOD/m3.d，甚至可達(dá)50~80 kgCOD/m3.d；無(wú)傳氧的限制；可以積聚更高的生物量。產(chǎn)酸階段的反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于產(chǎn)甲烷階段，因此必須十分謹(jǐn)慎地選擇有機(jī)負(fù)荷；高的有機(jī)容積負(fù)荷的前提是高的生物量，而相應(yīng)較低的污泥負(fù)荷；高的有機(jī)容積負(fù)荷可以縮短HRT，減少反應(yīng)器容積。
 

　　6、有毒物質(zhì)：——常見(jiàn)的抑制性物質(zhì)有：硫化物、氨氮、重金屬、qinghuawu及某些有機(jī)物；
 

　?、倭蚧锖土蛩猁}：硫酸鹽和其它硫的氧化物很容易在厭氧消化過(guò)程中被還原成硫化物；可溶的硫化物達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)對(duì)厭氧消化過(guò)程主要是產(chǎn)甲烷過(guò)程產(chǎn)生抑制作用；投加某些金屬如Fe可以去除S2-，或從系統(tǒng)中吹脫H2S可以減輕硫化物的抑制作用。
 

　　②氨氮：氨氮是厭氧消化的緩沖劑；但濃度過(guò)高，則會(huì)對(duì)厭氧消化過(guò)程產(chǎn)生毒害作用；抑制濃度為50~200mg/l，但馴化后，適應(yīng)能力會(huì)得到加強(qiáng)。
 

　?、壑亟饘伲?mdash;—使厭氧細(xì)菌的酶系統(tǒng)受到破壞。
 

　?、躴inghuawu：⑤有毒有機(jī)物：
 

　　四、厭氧生物處理的主要特征
 

　　1、厭氧生物處理過(guò)程的主要優(yōu)點(diǎn)：
 

　?、?能耗大大降低，而且還可以回收生物能(沼氣)；
 

　?、?污泥產(chǎn)量很低；——厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)率Y為0.15~0.34kgVSS/kgCOD，產(chǎn)甲烷菌的產(chǎn)率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產(chǎn)率約為0.25~0.6kgVSS/kgCOD。
 

　　③ 厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解；④ 反應(yīng)過(guò)程較為復(fù)雜——厭氧消化是由多種不同性質(zhì)、不同功能的微生物協(xié)同工作的一個(gè)連續(xù)的微生物過(guò)程；
 

　　2、厭氧生物處理過(guò)程的主要缺點(diǎn)：
 

　?、?對(duì)溫度、pH等環(huán)境因素較敏感；
 

　?、?處理出水水質(zhì)較差，需進(jìn)一步利用好氧法進(jìn)行處理；
 

　?、?氣味較大；
 

　?、?對(duì)氨氮的去除效果不好；等等