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厭氧生物處理技術(shù)在水處理行業(yè)中一直都受到環(huán)保工作者們的青睞,由于其具有良好的去除效果,更高的反應(yīng)速率和對毒性物質(zhì)更好的適應(yīng),更重要的是由于其相對好氧生物處理廢水來說不需要為氧的傳遞提供大量的能耗,使得厭氧生物處理在水處理行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。
但由于總體反應(yīng)式基于莫諾方程的厭氧處理受到低濃度廢水Ks的限制,所以厭氧在處理低濃度廢水方面沒有太大的空間,可近的一些報道和試驗表明,厭氧如果提供合適的外部條件,在處理低濃度廢水方面仍然有非常高的處理效果。
我們可以根據(jù)厭氧反應(yīng)的原理加以動力學(xué)方程推導(dǎo)出厭氧生物處理低濃度廢水尤其在處理生活污水方面的合適條件。
厭氧反應(yīng)四個階段
一般來說,廢水中復(fù)雜有機(jī)物物料比較多,通過厭氧分解分四個階段加以降解:
(1)水解階段:高分子有機(jī)物由于其大分子體積,不能直接通過厭氧菌的細(xì)胞壁,需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機(jī)物質(zhì)比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖,淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖,蛋白質(zhì)被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細(xì)胞壁進(jìn)入到細(xì)胞的體內(nèi)進(jìn)行下一步的分解。
(2)酸化階段:上述的小分子有機(jī)物進(jìn)入到細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為簡單的化合物并被分配到細(xì)胞外,這一階段的主要產(chǎn)物為揮發(fā)性脂肪酸(VFA),同時還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產(chǎn)物產(chǎn)生。
(3)產(chǎn)乙酸階段:在此階段,上一步的產(chǎn)物進(jìn)一步被轉(zhuǎn)化成乙酸、碳酸、氫氣以及新的細(xì)胞物質(zhì)。
(4)產(chǎn)甲烷階段:在這一階段,乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇都被轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。這一階段也是整個厭氧過程較為重要的階段和整個厭氧反應(yīng)過程的限速階段。
再上述四個階段中,有人認(rèn)為第二個階段和第三個階段可以分為一個階段,在這兩個階段的反應(yīng)是在同一類細(xì)菌體類完成的。前三個階段的反應(yīng)速度很快,如果用莫諾方程來模擬前三個階段的反應(yīng)速率的話,Ks(半速率常數(shù))可以在50mg/l以下,μ可以達(dá)到5KgCOD/KgMLSS.d。而第四個反應(yīng)階段通常很慢,同時也是較為重要的反應(yīng)過程,在前面幾個階段中,廢水的中污染物質(zhì)只是形態(tài)上發(fā)生變化,COD幾乎沒有什么去除,只是在第四個階段中污染物質(zhì)變成甲烷等氣體,使廢水中COD大幅度下降。
水解反應(yīng)
水解可定義為復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化成簡單的溶解性單體和二聚體的過程。水解反應(yīng)針對不同的廢水類型差別很大,這要取決于胞外酶能否有效的接觸到底物。因此,大的顆粒比小顆粒底物要難降解很多,比如造紙廢水、印染廢水和制藥廢水的木質(zhì)素、大分子纖維素就很難水解。
一般來說,影響Kh的因素很多,很難確定一個特定的方程來求解Kh,但我們可以根據(jù)一些特定條件的Kh,反推導(dǎo)出水解反應(yīng)器的容積和佳反應(yīng)條件。在實(shí)際工程實(shí)施中,有條件的話,好針對要處理的廢水作一些Kh的測試工作。通過對國內(nèi)外一些報道的研究,提出在低溫下水解對脂肪和蛋白質(zhì)的降解速率非常慢,這個時候,可以不考慮厭氧處理方式。對于生活污水來說,在溫度15的情況下,Kh=0.2左右。但在水解階段我們不需要過多的COD去除效果,而且在一個反應(yīng)器中你很難嚴(yán)格的把厭氧反應(yīng)的幾個階段區(qū)分開來,一旦停留時間過長,對工程的經(jīng)濟(jì)性就不太實(shí)用。如果就單獨(dú)的水解反應(yīng)針對生活污水來說,COD可以控制到0.1的去除效果就可以了。
生物接觸氧化法的處理構(gòu)筑物是浸沒曝氣式生物濾池,也稱生物接觸氧化池。圖所示其基本流程。
生物接觸氧化池內(nèi)設(shè)置填料,填料淹沒在廢水中,填料上長滿生物膜,廢水與生物膜接觸過程中,水中的有機(jī)物被微生物吸附、氧化分解和轉(zhuǎn)化為新的生物膜。從填料上脫落的生物膜,隨水流到二沉池后被去除,廢水得到凈化。在接觸氧化池中,微生物所需要的氧氣來自水中,而廢水則自鼓人的空氣不斷補(bǔ)充失去的溶解氧。空氣是通過設(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。
生物接觸氧化法的特點(diǎn):
(1)由于填料的比表面積大,池內(nèi)的充氧條件良好。生物接觸氧化池內(nèi)單位容積的生物固體量高于活性污泥法曝氣池及生物濾池,因此,生物接觸氧化池具有較高的容積負(fù)荷;
(2)生物接觸氧化法不需要污泥回流,也就不存在污泥膨脹問題,運(yùn)行管理簡便;
(3)由于生物固體量多,水流又屬*混合型,因此生物接觸氧化池對水質(zhì)水量的驟變有較強(qiáng)的適應(yīng)能力;
(4)生物接觸氧化池有機(jī)容積負(fù)荷較高時,其F/M保持在較低水平,污泥產(chǎn)量較少。
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