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，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，同時天然通過水域空間時，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間，對可生化性好的廢水的確是優(yōu)點(diǎn)。大家同意因為IC，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)也相對不穩(wěn)定，時可能還會出現(xiàn)短暫不出水現(xiàn)象，對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)相對穩(wěn)定。但I(xiàn)C優(yōu)點(diǎn)還是很多的，別是對于高SS進(jìn)水，比UASB明顯優(yōu)點(diǎn)，由于IC上升流速很大，SS不會在反應(yīng)器內(nèi)大量積累，污泥可以保持較高活性。對于毒廢水也是如此!

　　IC溫度的設(shè)計完和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，但大水力負(fù)荷應(yīng)控制在20m/小時以下，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，因為厭氧菌對溫度波動敏感，對負(fù)荷波動適應(yīng)要相對好的多.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.不是因為上升流速大，會不好控制而延長調(diào)試周期.IC它對進(jìn)水水質(zhì)的要求僅是相對穩(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)心會污泥流失，因為內(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月便可達(dá)到設(shè)計負(fù)荷是沒問題的，絮狀污泥可能需三到五個月.

　　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?；旌弦荷仙骱驼拥膭×覕_動使該反應(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2厭氧區(qū)的擾動很小，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，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，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，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，大大降低了毒物對厭氧消化過程的影響。

　　(4)抗低溫能力強(qiáng)：溫度對厭氧消化的影響主要是對消化速率的影響。IC反應(yīng)器由于含大量的微生物，溫度對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pH值起緩沖，使反應(yīng)器內(nèi)pH值保持好的狀態(tài)，同時還可減少進(jìn)水的投堿量。

　　(6)內(nèi)部自動循環(huán)，不必外加動力：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)省了動力消耗。

　　(7)性好：利用二級UASB串聯(lián)分級厭氧處理，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)器分級會降低出水VFA濃度，延長生物停留時間，使反應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定。

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

　　(9)沼利用價值高：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、操作管理更簡單。當(dāng)COD為10000-15000mg/1時的高濃度機(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)長的一段時間內(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，這促使人們對厭氧消化工藝進(jìn)行重新認(rèn)識，對處理工藝和反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及甲烷回收進(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;初次啟動時間長;對溫度要求較高;對毒物影響較敏感;遭破壞后，恢復(fù)期較長。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)。這一階段也是整個厭氧過程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，人認(rèn)為二個階段和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。而四個反應(yīng)階段通常很慢，同時也是為重要的反應(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幾乎沒什么去除，只是在四個階段中污染物質(zhì)變成甲烷等體，使廢水中COD大幅度下降。同時在四個階段產(chǎn)生大量的堿度這與前三個階段產(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——停留時間(d)。

　　一般來說，影響Kh的因素很多，很難確定一個定的方程來求解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)針對要處理的廢水作一些Kh的測試工作。通過對外一些報道的研究，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，對工程的性就不太。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。

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

　　T=13.44h

　　這對于水解和后續(xù)階段處于一個反應(yīng)器中厭氧處理單元來說是一個很短的時間，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)時間還會大大縮短。而且一般對于城市污水來說，長的水管網(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時，這個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，能迅速消耗掉這些氧，保持廢水低的氧化還原電位，同時也保護(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。對于一個穩(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，同時整個反應(yīng)的自然堿度也會較少，平衡PH的能力減弱，整個反應(yīng)會形成惡性循環(huán)，使得整個反應(yīng)器終失敗。氨氮它起到一個平衡的，一方面，它能夠中和一部分VFA，使廢水PH具更大的緩沖能力，同時又給生物體合成自生生長需要的營養(yǎng)物質(zhì)，但過高的氨氮會給微生物帶來毒性，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，這個范圍是厭氧微生物非常理想的范圍。

　　另外一個重要指標(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)測廢水中氫濃度的變化是對整個反應(yīng)器反應(yīng)狀態(tài)一個快捷的表現(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)計反應(yīng)器時，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、營養(yǎng)物質(zhì)的平衡、微量元素的催化等等。對于生活污水來說，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。因為生活污水的營養(yǎng)比和PH值被*為非常適合生物的生長的。在前面的敘述中，已經(jīng)提及了厭氧反應(yīng)的前三個階段對于生活污水來說，很快就可以完成，尤其水解階段，不存在傳質(zhì)的限制，同時通常長距離的管網(wǎng)也給水解提供了足夠的時間。因此我們提出的厭氧處理低濃度廢水設(shè)計思想中，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，因為它受到的影響因素很多，對于不同類型的廢水差別很大。對于生活污水來說可以根據(jù)不同的單個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)，這個方程可以得出比較接近的Ks值，作為厭氧處理生活污水時的參考設(shè)計數(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針對不同的廢水是可以確定的，Ksv對不同的反應(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)報道，初步確定Kst在15攝氏度時針對生活污水值為3200mg/l左右。Ksv在攪拌足夠的情況下15攝氏度時針對生活污水值為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)定的出水濃度計算一個反應(yīng)器低反應(yīng)速率，后取平均值就得到整個反應(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)計時，需要考慮污泥、體、液體分離的容積，反應(yīng)部分容積只占整個反應(yīng)器容積的40%，這樣實(shí)際整個反應(yīng)器設(shè)計平均負(fù)荷變?yōu)椋?/span>

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

　　核算停留時間為：HRT=7.5h

　　中試與工程應(yīng)注意的問題

　　通過上述實(shí)驗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，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))對整個反應(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濃度計加以監(jiān)測，隨時了解反應(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，隨時監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的生物反應(yīng)條件;

　　7、設(shè)置一套啟動用的營養(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)測儀器，并通過程序加以顯示到控制室中，隨時計算進(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)計好的，沒按照反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行的啟動，是不能稱之為成功的的，在這里，根據(jù)一些工程實(shí)踐以及外一些報道，筆者對厭氧處理低濃度廢水時啟動提出一些參考性建議(針對生活污水)：

　　1、啟動時，先投加載體，在投加污泥，污泥的數(shù)量按照25KgMLVSS/m3池容計算，投加時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，通過臨時配備的水下攪拌機(jī)進(jìn)行池底強(qiáng)制攪拌，連續(xù)8個小時攪拌以上，停止攪拌靜止8個小時，通過泥管除池體標(biāo)高2米以上的污泥，再攪拌8個小時，這8個小時同時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個小時后，開始按設(shè)計負(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個小時后，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，同時投加營養(yǎng)物質(zhì);

　　5、連續(xù)這樣一個星期，隨時監(jiān)測各項出水指標(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，我們在實(shí)際中由于種種非生物本身反應(yīng)的原因而錯過了利用厭氧處理城市污水的機(jī)會，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)，如果加上簡短脫硝曝工藝(在去除了BOD后，只需要1.5H的時間就可以進(jìn)行NH3-N到NO-N的轉(zhuǎn)化)，就是一個非常適合情的低濃度廢水處理工藝，但在設(shè)計中，應(yīng)詳細(xì)認(rèn)真的作出設(shè)計前的調(diào)查和設(shè)計后的啟動工作。