南陽市IC厭氧反應(yīng)器

　　IC厭氧反應(yīng)器是厭氧反應(yīng)器，即內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器，相似由2層UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成，用于機(jī)高濃度廢水，如，玉米淀粉廢水、檸檬酸廢水、啤酒廢水、土豆加工廢水、酒精廢水。IC 反應(yīng)器當(dāng)前在造紙行業(yè)較多的是用各類廢紙作原料的造紙企業(yè)，處理的包括實(shí)現(xiàn)一般的，通過治理后的，從而達(dá)到節(jié)水和治污的雙重。

　　IC厭氧反應(yīng)器水封罐主要由杯形罐體和進(jìn)、出水口組成，其征在于 園底杯形罐的罐壁上部設(shè)相對(duì)的進(jìn)、出水口，其進(jìn)水口的水 平位置略高于出水口;進(jìn)水口處裝活動(dòng)式閥板，該閥板與進(jìn) 水口的接觸面上設(shè)密封墊;下端為弧形的隔板從罐蓋的 扁孔垂直插入罐內(nèi)至下部。

　　IC厭氧反應(yīng)器的水封罐可以隔絕空，可以維持厭氧反應(yīng)器的壓力，可以起阻火器的，還可以一定的沼凈化效果。

　　IC厭氧反應(yīng)器水封罐工作原理如下：密閉罐中原油沉降分離后的含硫化氫天然通過水封罐管道進(jìn)入水封罐的底部，通過底部篩管分散流后進(jìn)入水域空間，含硫化氫天然從水域底部上升后聚集在水封罐的液體上部空間，當(dāng)體不斷由液體中分離出來，在上部空間聚集形成一定壓力后，由水封罐部出口管線出燃燒。當(dāng)發(fā)生回火時(shí)，水域成為含硫化氫天然流程的隔斷部分，能夠效的保護(hù)罐，同時(shí)天然通過水域空間時(shí)，一部分凝液被降溫分離，在水域上部形成凝析液層，減緩了阻火器的堵塞情況。

　　隨著對(duì)的日益重視，在廢水末端處理方面也進(jìn)行了大量的資金投入，如在造紙二部和板紙廢水厭氧處理技術(shù)的足以證明。廢水的厭氧處理技術(shù)以其低、、污泥易于處理等優(yōu)點(diǎn)在廢水處理中正發(fā)揮著越來越大的。

　　UASB與IC在上大的差別表現(xiàn)在抗沖擊負(fù)荷方面，IC可以通過內(nèi)循環(huán)自動(dòng)稀釋進(jìn)水，效了一反應(yīng)室的進(jìn)水濃度的穩(wěn)定性。其次氯酸鈉是它僅需要較短的停留時(shí)間，對(duì)可生化性好的廢水的確是優(yōu)點(diǎn)。大家同意因?yàn)镮C，抗沖擊負(fù)荷，容積負(fù)荷高，投資省等許多優(yōu)于UASB的優(yōu)點(diǎn)，是否就應(yīng)該因此而放棄再選用UASB了呢?

　　IC缺點(diǎn)尤其在污水可生化性不是太好的情況下，由于水力停留時(shí)間比較短去除率遠(yuǎn)沒UASB高，增加了耗氧的負(fù)擔(dān)。另外，IC由于體內(nèi)循環(huán)，別是對(duì)進(jìn)水水質(zhì)不太穩(wěn)定的，導(dǎo)致IC出水水量不穩(wěn)定，出水水質(zhì)也相對(duì)不穩(wěn)定，時(shí)可能還會(huì)出現(xiàn)短暫不出水現(xiàn)象，對(duì)后序處理工藝是影響的。UASB比IC突出優(yōu)點(diǎn)就是去除率高，出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。但I(xiàn)C優(yōu)點(diǎn)還是很多的，別是對(duì)于高SS進(jìn)水，比UASB明顯優(yōu)點(diǎn)，由于IC上升流速很大，SS不會(huì)在反應(yīng)器內(nèi)大量積累，污泥可以保持較高活性。對(duì)于毒廢水也是如此!

　　IC溫度的設(shè)計(jì)完和UASB一樣，在調(diào)試上和UASB區(qū)別不大，只是在剛進(jìn)水調(diào)試時(shí)盡可能采用水力負(fù)荷高些，然后逐步交互提升水力、機(jī)負(fù)荷，盡可能在負(fù)荷提升過程中一反應(yīng)室上升流速大于10m/小時(shí)，但大水力負(fù)荷應(yīng)控制在20m/小時(shí)以下，這樣即一反應(yīng)室污泥床的傳質(zhì)效果，也避免污泥流失.冬季進(jìn)水管道及反應(yīng)器要保溫，因?yàn)閰捬蹙鷮?duì)溫度波動(dòng)敏感，對(duì)負(fù)荷波動(dòng)適應(yīng)要相對(duì)好的多.其實(shí)IC的調(diào)試比UASB要好調(diào)的多，能調(diào)試好UASB的，應(yīng)該調(diào)試好IC沒太大問題.不是因?yàn)樯仙魉俅?，?huì)不好控制而延長(zhǎng)調(diào)試周期.IC它對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求僅是相對(duì)穩(wěn)定就行，它要求高的上升流速僅是滿足一反應(yīng)室污泥床處于膨化狀態(tài)，加大傳質(zhì)效果，IC的高度較高，你不必太擔(dān)心會(huì)污泥流失，因?yàn)閮?nèi)部它兩層三相分離，更何況一反應(yīng)室產(chǎn)量較大，絕大部分沼被一反應(yīng)室分離收集提升到部的水分離包進(jìn)行與泥水的分離.二反應(yīng)室量少泥水更易分離沉降.若接種顆粒污泥基本一個(gè)月便可達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷是沒問題的，絮狀污泥可能需三到五個(gè)月.

　　工作原理

　　它相似由2層UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成。按功能劃分，反應(yīng)器由下而上共分為5個(gè)區(qū)：混合區(qū)、1厭氧區(qū)、2厭氧區(qū)、沉淀區(qū)和液分離區(qū)。

　　混合區(qū)：反應(yīng)器底部進(jìn)水、顆粒污泥和液分離區(qū)回流的泥水混合物效地在此區(qū)混合。

　　1厭氧區(qū)：混合區(qū)形成的泥水混合物進(jìn)入該區(qū)，在高濃度污泥下，大部分機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼。混合液上升流和沼的劇烈擾動(dòng)使該反應(yīng)區(qū)內(nèi)污泥呈膨脹和流化狀態(tài)，加強(qiáng)了泥水表面接觸，污泥由此而保持著高的活性。隨著沼產(chǎn)量的增多，一部分泥水混合物被沼提升至部的液分離區(qū)。

　　液分離區(qū)：被提升的混合物中的沼在此與泥水分離并導(dǎo)出處理，泥水混合物則沿著回流管返回到下端的混合區(qū)，與反應(yīng)器底部的污泥和進(jìn)水充分混合，實(shí)現(xiàn)了混合液的內(nèi)部循環(huán)。

　　2厭氧區(qū)：經(jīng)1厭氧區(qū)處理后的廢水，除一部分被沼提升外，其余的都通過三相分離器進(jìn)入2厭氧區(qū)。該區(qū)污泥濃度較低，且廢水中大部分機(jī)物已在1厭氧區(qū)被降解，因此沼產(chǎn)生量較少。沼通過沼管導(dǎo)入液分離區(qū)，對(duì)2厭氧區(qū)的擾動(dòng)很小，這為污泥的停留提供了利條件。

　　沉淀區(qū)：2厭氧區(qū)的泥水混合物在沉淀區(qū)進(jìn)行固液分離，上清液由出水管走，沉淀的顆粒污泥返回2厭氧區(qū)污泥床。

　　從IC反應(yīng)器工作原理中可見，反應(yīng)器通過2層三相分離器來實(shí)現(xiàn)SRT>HRT，獲得高污泥濃度;通過大量沼和內(nèi)循環(huán)的劇烈擾動(dòng)，使泥水充分接觸，獲得良好的傳質(zhì)效果。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　IC 反應(yīng)器的構(gòu)造及其工作原理決定了其在控制厭氧處理影響因素方面比其它反應(yīng)器更具優(yōu)點(diǎn)。

　　(1)容積負(fù)荷高：IC反應(yīng)器內(nèi)污泥濃，微生物量大，且存在內(nèi)循環(huán)，傳質(zhì)，進(jìn)水機(jī)負(fù)荷可超過普通厭氧反應(yīng)器的3倍以上。

　　(2)節(jié)省投資和占地面積：IC 反應(yīng)器容積負(fù)荷率高出普通UASB 反應(yīng)器3倍左右，其體積相當(dāng)于普通反應(yīng)器的1/4—1/3 左右，大大降低了反應(yīng)器的基建投資;而且IC反應(yīng)器高徑比很大(一般為4—8)，所以占地面積少。

　　(3)抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)：處理低濃度廢水(COD=2000—0mg/L)時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的2—3 倍;處理高濃度廢水(COD=10000—15000mg/L)時(shí)，內(nèi)循環(huán)流量可達(dá)進(jìn)水量的10—20倍。大量的循環(huán)水和進(jìn)水充分混合，使原水中的害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低了毒物對(duì)厭氧消化過程的影響。

　　(4)抗低溫能力強(qiáng)：溫度對(duì)厭氧消化的影響主要是對(duì)消化速率的影響。IC反應(yīng)器由于含大量的微生物，溫度對(duì)厭氧消化的影響變得不再突出和嚴(yán)重。通常IC反應(yīng)器厭氧消化可在常溫條件(20—25 ℃)下進(jìn)行，這樣減少了消化保溫的困難，節(jié)省了能量。

　　(5)具緩沖pH值的能力：內(nèi)循環(huán)流量相當(dāng)于1 厭氧區(qū)的出水回流，可利用COD轉(zhuǎn)化的堿度，對(duì)pH值起緩沖，使反應(yīng)器內(nèi)pH值保持好的狀態(tài)，同時(shí)還可減少進(jìn)水的投堿量。

　　(6)內(nèi)部自動(dòng)循環(huán)，不必外加動(dòng)力：普通厭氧反應(yīng)器的回流是通過外部加壓實(shí)現(xiàn)的，而IC 反應(yīng)器以自身產(chǎn)生的沼作為提升的動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，不必設(shè)泵強(qiáng)制循環(huán)，節(jié)省了動(dòng)力消耗。

　　(7)性好：利用二級(jí)UASB串聯(lián)分級(jí)厭氧處理，可以補(bǔ)償厭氧過程中K s高產(chǎn)生的不利影響。Van Lier在1994年證明，反應(yīng)器分級(jí)會(huì)降低出水VFA濃度，延長(zhǎng)生物停留時(shí)間，使反應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定。

　　(8)啟動(dòng)周期短：IC反應(yīng)器內(nèi)污泥活性高，生物增殖快，為反應(yīng)器快速啟動(dòng)提供利條件。IC反應(yīng)器啟動(dòng)周期一般為1～2個(gè)月，而普通UASB啟動(dòng)周期長(zhǎng)達(dá)4～6個(gè)月。

　　(9)沼利用價(jià)值高：反應(yīng)器產(chǎn)生的生物純，CH4為70%～80%，CO2為20%～30%，其它機(jī)物為1%～5%，可作為燃料加以利用

　　適用范圍

　　IC厭氧反應(yīng)器是一種的反應(yīng)器，為三代厭氧反應(yīng)器的代表類型(UASB為二代厭氧反應(yīng)器的代表類型)，與二代厭氧反應(yīng)器相比，它具占地少、機(jī)負(fù)荷高、抗沖擊能力更強(qiáng)，性能更穩(wěn)定、操作管理更簡(jiǎn)單。當(dāng)COD為10000-15000mg/1時(shí)的高濃度機(jī)廢水;二代UASB反應(yīng)器一般容積負(fù)荷為5-8kgCOD/m3;三代AIC厭氧反應(yīng)器容積負(fù)荷率可達(dá)15-30kgCOD/m3。IC厭氧反應(yīng)器適用于機(jī)高濃度廢水，如，玉米淀粉廢水、檸檬酸廢水、啤酒廢水、土豆加工廢水、酒精廢水。

　　發(fā)展歷程

　　在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，厭氧消化在理論、技術(shù)和上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于好氧生物處理的發(fā)展。20世紀(jì)60年代以來，能源短缺問題日益突出，這促使人們對(duì)厭氧消化工藝進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)，對(duì)處理工藝和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及甲烷回收進(jìn)行了大量研究，使得厭氧消化技術(shù)的理論和實(shí)踐都了很大進(jìn)步，并得到。厭氧消化具下列優(yōu)點(diǎn)：需攪拌和供氧，動(dòng)力消耗少;能產(chǎn)生大量含甲烷的沼，是很好的能源物質(zhì)，可用于發(fā)電和家庭燃;可高濃度進(jìn)水，保持高污泥濃度，所以其溶劑機(jī)負(fù)荷達(dá)到規(guī)準(zhǔn)仍需要進(jìn)一步處理;初次啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng);對(duì)溫度要求較高;對(duì)毒物影響較敏感;遭破壞后，恢復(fù)期較長(zhǎng)。污水厭氧生物處理工藝按微生物的凝聚形態(tài)可分為厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床(upflow anaerobic sludge blanket,UASB)、厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)等;厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。

　　技術(shù)機(jī)理

　　厭氧生物處理技術(shù)在水處理行業(yè)中一直都受到工作者們的青睞，由于其具良好的去除效果，更高的反應(yīng)速率和對(duì)毒性物質(zhì)更好的適應(yīng)，更重要的是由于其相對(duì)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)中十分。

　　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太大的空間，可近的一些報(bào)道和試驗(yàn)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(dòng)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(gè)階段

　　一般來說，廢水中復(fù)雜機(jī)物物料比較多，通過厭氧分解分四個(gè)階段加以降解：

　　(1)水解階段：高分子機(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。廢水中特例的機(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：上述的小分子機(jī)物進(jìn)入到細(xì)胞體內(nèi)轉(zhuǎn)化成更為簡(jiǎn)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(shí)還部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫、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、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(gè)厭氧過程為重要的階段和整個(gè)厭氧反應(yīng)過程的限速階段。

　　再上述四個(gè)階段中，人認(rèn)為二個(gè)階段和三個(gè)階段可以分為一個(gè)階段，在這兩個(gè)階段的反應(yīng)是在同一類細(xì)菌體類完成的。前三個(gè)階段的反應(yīng)速度很快，如果用莫諾方程來模擬前三個(gè)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。而四個(gè)反應(yīng)階段通常很慢，同時(shí)也是為重要的反應(yīng)過程，在前面幾個(gè)階段中，廢水的中污染物質(zhì)只是形態(tài)上發(fā)生變化，COD幾乎沒什么去除，只是在四個(gè)階段中污染物質(zhì)變成甲烷等體，使廢水中COD大幅度下降。同時(shí)在四個(gè)階段產(chǎn)生大量的堿度這與前三個(gè)階段產(chǎn)生的機(jī)酸相平衡，維持廢水中的PH穩(wěn)定，反應(yīng)的連續(xù)進(jìn)行。

　　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(jiǎn)單的溶解性單體和二聚體的過程。水解反應(yīng)針對(duì)不同的廢水類型差別很大，這要取決于胞外酶能否效的接觸到底物。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。

南陽市IC厭氧反應(yīng)器

水解速度的可由以下動(dòng)力學(xué)方程加以描述：

　　ρ=ρo/(1+Kh.T)

　　ρ ——可降解的非溶解性底物濃度(g/l);

　　ρo———非溶解性底物的初始濃度(g/l);

　　Kh——水解常數(shù)(d-1);

　　T——停留時(shí)間(d)。

　　一般來說，影響Kh的因素很多，很難確定一個(gè)定的方程來求解Kh，但我們可以根據(jù)一些定條件的Kh，反推導(dǎo)出水解反應(yīng)器的容積和非常好的反應(yīng)條件。在實(shí)際工程實(shí)施中，條件的話，應(yīng)針對(duì)要處理的廢水作一些Kh的測(cè)試工作。通過對(duì)外一些報(bào)道的研究，提出在低溫下水解對(duì)脂肪和蛋白質(zhì)的降解速率非常慢，這個(gè)時(shí)候，可以不考慮厭氧處理方式。對(duì)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(gè)反應(yīng)器中你很難嚴(yán)格的把厭氧反應(yīng)的幾個(gè)階段區(qū)分開來，一旦停留時(shí)間過長(zhǎng)，對(duì)工程的性就不太。如果就單獨(dú)的水解反應(yīng)針對(duì)生活污水來說，COD可以控制到0.1的去除效果就可以了。

　　把這些參數(shù)和給定的條件代入到水解動(dòng)力學(xué)方程中，可以得到停留水解停留時(shí)間：

　　T=13.44h

　　這對(duì)于水解和后續(xù)階段處于一個(gè)反應(yīng)器中厭氧處理單元來說是一個(gè)很短的時(shí)間，在實(shí)際工程中也完可以實(shí)現(xiàn)。如果條件的地方我們可以適當(dāng)提高廢水的反應(yīng)溫度，這樣反應(yīng)時(shí)間還會(huì)大大縮短。而且一般對(duì)于城市污水來說，長(zhǎng)的水管網(wǎng)和廢水中本生的生物多樣性，所以當(dāng)廢水流到廢水處理場(chǎng)時(shí)，這個(gè)過程也在很大程度上完成，到目前為止還沒看到關(guān)于水解作為生活污水厭氧反應(yīng)的限速報(bào)道。

　　發(fā)酵酸化反應(yīng)

　　發(fā)酵可以被定義為機(jī)化合物既作為電子受體也作為電子供體的生物降解過程，在此過程中機(jī)物被轉(zhuǎn)化成以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物。

　　酸化過程是由大量的、多種多樣的發(fā)酵細(xì)菌來完成的，在這些細(xì)菌中大部分是專性厭氧菌，只1%是兼性厭氧菌，但正是這1%的兼性菌在反應(yīng)器受到氧的沖擊時(shí)，能迅速消耗掉這些氧，保持廢水低的氧化還原電位，同時(shí)也保護(hù)了產(chǎn)甲烷菌的條件。

　　酸化過程的底物取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)態(tài)的反應(yīng)器來說，乙酸、二氧化碳、氫則是酸化反應(yīng)的主要產(chǎn)物。這些都是產(chǎn)甲烷階段所需要的底物。

　　在這個(gè)階段產(chǎn)生兩種重要的厭氧反應(yīng)是否正常的底物就是揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨氮。VFA過高會(huì)使廢水的PH下降，逐漸影響到產(chǎn)甲烷菌的正常進(jìn)行，使產(chǎn)量減小，同時(shí)整個(gè)反應(yīng)的自然堿度也會(huì)較少，平衡PH的能力減弱，整個(gè)反應(yīng)會(huì)形成惡性循環(huán)，使得整個(gè)反應(yīng)器終失敗。氨氮它起到一個(gè)平衡的，一方面，它能夠中和一部分VFA，使廢水PH具更大的緩沖能力，同時(shí)又給生物體合成自生生長(zhǎng)需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但過高的氨氮會(huì)給微生物帶來毒性，廢水中的氨氮主要是由于蛋白質(zhì)的分解帶來的，特例的生活污水中含20-50mg/l左右的氨氮，這個(gè)范圍是厭氧微生物非常理想的范圍。

　　另外一個(gè)重要指標(biāo)就是廢水中氫的濃度，以含碳17的脂肪酸降解為例：

　　CH3(CH2)15COO-+14H2O—> 7CH3COO-+CH3CH2COO-+7H++14H2

　　脂肪酸的降解都會(huì)產(chǎn)生大量的氫，如果要使上述反應(yīng)得以正常進(jìn)行，必須在下一反應(yīng)中消耗掉足夠的氫，來維持這一反應(yīng)的平衡。如果廢水的氫指標(biāo)過高，表明廢水的產(chǎn)甲烷反應(yīng)已經(jīng)受到嚴(yán)重抑制，需要進(jìn)行修復(fù)，一般來說氫濃度升高是伴隨PH指標(biāo)降低的，所以不難監(jiān)測(cè)到廢水中氫的變化情況，但廢水本身一定的緩沖能力，所以完通過PH下降來判斷氫濃度的變化一定的滯后性，所以通過監(jiān)測(cè)廢水中氫濃度的變化是對(duì)整個(gè)反應(yīng)器反應(yīng)狀態(tài)一個(gè)快捷的表現(xiàn)形式。

　　產(chǎn)乙酸反應(yīng)

　　發(fā)酵階段的產(chǎn)物揮發(fā)性脂肪酸VFA在產(chǎn)乙酸階段進(jìn)一步降解成乙酸，其常用反應(yīng)式如以下幾種：

　　CH3CHOHCOO-+2H2O —> CH3COO-+HCO3-+H++2H2 ΔG’0=-4.2KJ/MOL

　　CH3CH2OH+H2O-> CH3COO-+H++2H2O ΔG’0=9.6KJ/MOL

　　CH3CH2CH2COO-+2H2O-> 2CH3COO-+H++2H2 ΔG’0=48.1KJ/MOL

　　CH3CH2COO-+3H2O-> CH3COO-+HCO3-+H++3H2 ΔG’0=76.1KJ/MOL

　　4CH3OH+2CO2-> 3CH3COO-+2H2O ΔG’0=-2.9KJ/MOL

　　2HCO3-+4H2+H+->CH3COO-+4H2O ΔG’0=-70.3KJ/MOL

　　從上面的反應(yīng)方程式可以看出，乙醇、丁酸和丙酸不會(huì)被降解，但由于后續(xù)反應(yīng)中氫的消耗，使得反應(yīng)能夠向右進(jìn)行，在一階段，氫的平衡顯得更加重要，同時(shí)后續(xù)的產(chǎn)甲烷過程為這一階段的轉(zhuǎn)化提供能量。實(shí)際上這一階段和前面的發(fā)酵階段都是由同一類細(xì)菌完成，都在細(xì)菌體內(nèi)進(jìn)行，并且產(chǎn)物放到水體中，界限并沒十分清楚，在設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)，沒足夠的理由把他們分開。

　　產(chǎn)甲烷反應(yīng)

　　在厭氧反應(yīng)中，大約70%左右的甲烷由乙酸歧化菌產(chǎn)生，這也是這幾個(gè)階段中遵循莫諾方程反應(yīng)的階段。

　　另一類產(chǎn)生甲烷的微生物是由氫和二氧化碳形成的。在正常條件下，他們大約占30%左右。其中約一般的嗜氫細(xì)菌也能利用甲酸產(chǎn)生甲烷。主要的產(chǎn)甲烷過程反應(yīng)：

　　CH3COO-+H2O->CH4+HCO3- ΔG’0=-31.0KJ/MOL

　　HCO3-+H++4H2->CH4+3H2O ΔG’0=-135.6KJ/MOL

　　4CH3OH->3CH4+CO2+2H2O ΔG’0=-312KJ/MOL

　　4HCOO-+2H+->CH4+CO2+2HCO3- ΔG’0=-32.9KJ/MOL

　　在甲烷的形成過程中，主要的中間產(chǎn)物是甲基輔酶M(CH3-S-CH2-SO3-)。這個(gè)過程可用以下圖示所標(biāo)：

　　在甲基輔酶M還原成甲烷的過程中，需要非常重要的甲基還原酶，其中含重要的金屬離子Ni+。這對(duì)生活污水來說是比較缺乏微量金屬離子，所以在生活污水的厭氧生物處理過程中補(bǔ)充一定的微量金屬離子是非常必要的。

　　低濃度廢水反應(yīng)速率的選擇

　　以生活污水為例，一般來說影響廢水厭氧反應(yīng)速率的因素很多，包括反應(yīng)溫度、廢水的毒性、原水基質(zhì)濃度、原水的PH值、傳質(zhì)效率、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的平衡、微量元素的催化等等。對(duì)于生活污水來說，影響比較大的因素反應(yīng)溫度、原水的基質(zhì)濃度、傳質(zhì)效率以及微量元素的催化。因?yàn)樯钗鬯臓I(yíng)養(yǎng)比和PH值被*為非常適合生物的生長(zhǎng)的。在前面的敘述中，已經(jīng)提及了厭氧反應(yīng)的前三個(gè)階段對(duì)于生活污水來說，很快就可以完成，尤其水解階段，不存在傳質(zhì)的限制，同時(shí)通常長(zhǎng)距離的管網(wǎng)也給水解提供了足夠的時(shí)間。因此我們提出的厭氧處理低濃度廢水設(shè)計(jì)思想中，主要考慮產(chǎn)甲烷過程作為限速步驟。

　　由于產(chǎn)甲烷階段遵循莫諾方程，整個(gè)速率的確定以莫諾方程為基礎(chǔ)。在上式中，很難把總體反應(yīng)的Ks值估算出來，因?yàn)樗艿降挠绊懸蛩睾芏?，?duì)于不同類型的廢水差別很大。對(duì)于生活污水來說可以根據(jù)不同的單個(gè)因素影響列成很多分式莫諾方程，后各式相乘再加上修正系數(shù)，這個(gè)方程可以得出比較接近的Ks值，作為厭氧處理生活污水時(shí)的參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　具體思想如下：

　　1、假定條件：a、厭氧處理該污水過程中主要受溫度、傳質(zhì)速率、基質(zhì)濃度以及微量元素的影響;b、微量元素可以通過外界條件的干預(yù)給予補(bǔ)充;c、反應(yīng)器為一體化反應(yīng)器;d、產(chǎn)甲烷單元反應(yīng)也近似遵循莫諾方程。

　　2、模型總體方程

　　Kst-溫度響應(yīng)半反應(yīng)速率常數(shù) mg/l

　　Ksv-傳質(zhì)速率半反應(yīng)速率常數(shù) mg/l

　　K-修正系數(shù)

　　在上式中，Kst針對(duì)不同的廢水是可以確定的，Ksv對(duì)不同的反應(yīng)器差別比較大，我們可以通過外界干預(yù)給以降低到一固定值偏差不大的范圍內(nèi)，比如通過強(qiáng)制攪拌或是提高反應(yīng)器的高徑比，出水回流都是比較好的解決辦法。

　　通過眾多的工程實(shí)例以及文獻(xiàn)報(bào)道，初步確定Kst在15攝氏度時(shí)針對(duì)生活污水值為3200mg/l左右。Ksv在攪拌足夠的情況下15攝氏度時(shí)針對(duì)生活污水值為532mg/l。K值在重慶地區(qū)可以取0.85，μmax按照碳水化合物可取5KgCOD/KgMLSS.d，這樣針對(duì)進(jìn)水濃度為mg/l的生活污水大反應(yīng)速率為：

　　μ1=5KgCOD/KgMLSS.d×(/(3200+))×(/(532+))×0.85

　　=0.132 KgCOD/KgMLSS.d

　　在一體式反應(yīng)器中由于出水濃度很低，導(dǎo)致總體反應(yīng)速率降低，但對(duì)于幾種厭氧反應(yīng)器(包括UASB、EGSB、IC內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器、流化床、上流式厭氧生物濾池)可以假設(shè)其為推流式厭氧反應(yīng)器，濃度隨反應(yīng)器高度的增加均勻的減少，即反應(yīng)器中的濃度分布與高度成反比。這樣我們可以通過設(shè)定的出水濃度計(jì)算一個(gè)反應(yīng)器低反應(yīng)速率，后取平均值就得到整個(gè)反應(yīng)器的平均反應(yīng)速率。

　　同樣根據(jù)前面的莫諾模型，得出出水COD=80mg/l的厭氧反應(yīng)速率：

　　μ2=5KgCOD/KgMLSS.d×(80/(3200+80))×(80/(532+80))×0.85

　　=0.014 KgCOD/KgMLSS.d

　　所以反應(yīng)器的平均反應(yīng)速率為

　　μ=(μ1+μ2)/2=0.073 KgCOD/KgMLSS.d

　　如果我們能夠在反應(yīng)器內(nèi)保持穩(wěn)定的污泥濃度為20KgMLSS/m3，則整個(gè)反應(yīng)器的容積反應(yīng)速率為FV=0.073 KgCOD/KgMLSS.d×20KgMLSS/m3

　　=1.46 KgCOD/m3.d

　　在實(shí)際反應(yīng)器的設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮污泥、體、液體分離的容積，反應(yīng)部分容積只占整個(gè)反應(yīng)器容積的40%，這樣實(shí)際整個(gè)反應(yīng)器設(shè)計(jì)平均負(fù)荷變?yōu)椋?/span>

　　FV‘=1.46 KgCOD/m3.d×0.4=0.99 KgCOD/m3.d

　　核算停留時(shí)間為：HRT=7.5h

　　中試與工程應(yīng)注意的問題

　　通過上述實(shí)驗(yàn)室里理論的研究和推斷，采用厭氧反應(yīng)器處理城市污水完是可行的。在中試和工程設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該從上述分析角度出發(fā)，完善厭氧，以下措施是必要的：

　　1、在反應(yīng)器的形式上考慮推流式的活塞反應(yīng)器;

　　2、為了減少低濃度時(shí)，基質(zhì)傳質(zhì)速率(包括液相中的機(jī)物向菌膠團(tuán)或顆粒污泥傳質(zhì)以及細(xì)胞壁外向細(xì)胞壁內(nèi)傳質(zhì))對(duì)整個(gè)反應(yīng)速率的影響，在反應(yīng)器底部投加一定數(shù)量的活性炭作為載體是非常必要的，但考慮到沼和布水的影響，投加數(shù)量不宜過多，初步考慮為40g/L顆粒狀活性炭;

　　3、建議在反應(yīng)器的上部設(shè)置、水、固三相分離;

　　4、設(shè)置一套完善的出水回流，并可以調(diào)節(jié)回流量，用儀表顯示并控制;

　　5、出水設(shè)置MLSS濃度計(jì)加以監(jiān)測(cè)，隨時(shí)了解反應(yīng)器的污泥情況;

　　6、在反應(yīng)器的底部、中部、部設(shè)置堿度監(jiān)測(cè)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)的生物反應(yīng)條件;

　　7、設(shè)置一套啟動(dòng)用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和微量元素添加是十分必要的;

　　8、設(shè)置溫度傳感器，了解原水水溫的變化對(duì)反應(yīng)器的沖擊影響;

　　9、進(jìn)水設(shè)置流量傳感器和機(jī)物在線監(jiān)測(cè)儀器，并通過程序加以顯示到控制室中，隨時(shí)計(jì)算進(jìn)水污泥負(fù)荷以及上升流速;

　　10、必要的預(yù)處理措施，比如除渣處理措施;

　　11、在北方的廢水處理，反應(yīng)器建議修建在室內(nèi)或采取嚴(yán)密的保溫措施;

　　12、其他必要的輔助，如消除泥水界面泥渣層的噴淋。

　　同樣，一套設(shè)計(jì)好的，沒按照反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的啟動(dòng)，是不能稱之為成功的的，在這里，根據(jù)一些工程實(shí)踐以及外一些報(bào)道，筆者對(duì)厭氧處理低濃度廢水時(shí)啟動(dòng)提出一些參考性建議(針對(duì)生活污水)：

　　1、啟動(dòng)時(shí)，先投加載體，在投加污泥，污泥的數(shù)量按照25KgMLVSS/m3池容計(jì)算，投加時(shí)的污泥必須通過篩網(wǎng)進(jìn)行粗渣的清除(這一點(diǎn)非常重要);

　　2、由于原水具比較好的生化性，進(jìn)水不需要馴化，但一次進(jìn)水進(jìn)滿池體后，停止進(jìn)水，通過臨時(shí)配備的水下攪拌機(jī)進(jìn)行池底強(qiáng)制攪拌，連續(xù)8個(gè)小時(shí)攪拌以上，停止攪拌靜止8個(gè)小時(shí)，通過泥管除池體標(biāo)高2米以上的污泥，再攪拌8個(gè)小時(shí)，這8個(gè)小時(shí)同時(shí)按照比例投加氮肥和磷肥，投加微量金屬元素，池內(nèi)液相中的COD;

　　3、24個(gè)小時(shí)后，開始按設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)水并采取一定的出水回流，回流比根據(jù)反應(yīng)器的高度調(diào)整;(注意，出水帶出來的污泥不要回流)

　　4、24個(gè)小時(shí)后，減少回流比，出水不帶泥，如果出水繼續(xù)帶你就停止回流，并進(jìn)行污泥回流，同時(shí)投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);

　　5、連續(xù)這樣一個(gè)星期，隨時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)出水指標(biāo)，以便正確反應(yīng)反應(yīng)器內(nèi)生物的反應(yīng)狀態(tài)

　　6、作一些鏡檢。

　　結(jié)論

　　通過對(duì)厭氧微生物處理污水的機(jī)理研究得出，厭氧在常溫狀態(tài)下處理城市污水是可能的，我們?cè)趯?shí)際中由于種種非生物本身反應(yīng)的原因而錯(cuò)過了利用厭氧處理城市污水的機(jī)會(huì)，并且在外已經(jīng)了成功的厭氧處理城市污水的情況，出水COD<40mg/l。完能滿足機(jī)物放規(guī)準(zhǔn)，如果加上簡(jiǎn)短脫硝曝工藝(在去除了BOD后，只需要1.5H的時(shí)間就可以進(jìn)行NH3-N到NO-N的轉(zhuǎn)化)，就是一個(gè)非常適合情的低濃度廢水處理工藝，但在設(shè)計(jì)中，應(yīng)詳細(xì)認(rèn)真的作出設(shè)計(jì)前的調(diào)查和設(shè)計(jì)后的啟動(dòng)工作。