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关于厌氧反应器的酸化现象与恢复措施
厌氧消化作用失去平衡时会显示出如下“”:①沼气产量下降;②沼气中甲烷含量降低;③消化液VFA增高;④有机物去除率下降;⑤消化液pH值下降;⑥碳酸盐碱度与总碱度之间的差值明显增加;⑦洗出的颗粒污泥颜色变浅没有光泽;⑧反应器出水产生明显异味;⑨ORP(氧化还原电位)值上升等。
1、厌氧反应器酸化的原因
1.厌氧反应器超负荷运行
我们都知道,在运行厌氧反应器的各项工艺控制条件中,污泥负荷是一个非常重要的控制参数。污泥负荷是指单位时间内施加给单位质量厌氧污泥的有机物的量,以kgSCOD/kgVS.d表示。对于某种废水,厌氧污泥具有一个的限制值,当运行的负荷超过该限制值,则意味着超负荷运行。
虽然该限制值从污泥负荷的概念上理解是针对整个厌氧污泥,实际上真正的对象是针对厌氧污泥中的产甲烷菌。超负荷运行,实际上是负荷量超过了厌氧污泥中产甲烷菌的产甲烷能力,而此时的负荷量往往并没有超过厌氧污泥的水解酸化能力。所以出现了反应器的VFA开始累积,浓度不断上升,出水pH值降低,去除效率下降这种污泥酸化现象的发生。
所以,了解厌氧反应器的污泥总量,并以此来维持合理的运行负荷,是预防厌氧反应器出现酸化的重要手段之一。
2.pH值、温度等运行控制条件出现严重偏差
由于厌氧污泥中产甲烷菌对其生存条件的要求比水解酸化菌苛刻的多,所以当反应器的pH值或温度的控制范围出现很大的偏差,会使产甲烷菌的产甲烷能力受到严重影响,而水解酸化菌所受到的影响却远远小于产甲烷菌,其结果同样会导致厌氧反应器发生酸化现象。
3.毒性物质流入
厌氧污泥相比与好氧活性污泥,更容易受到毒性物质的抑制。和上述两点所阐明的一样,事实上更容易受到毒性物质抑制的也是厌氧污泥中的产甲烷菌而非水解酸化菌。当废水中含有某种或多种毒性物质,其浓度还不足以严重抑制厌氧污泥中的水解酸化菌时,产甲烷菌已经受到抑制,污泥酸化现象随之发生。
因此,应对污染源可能存在的毒性抑制物进行排查,并建立污染物排放源和污水站之间的事故排放通报机制,和潜在的毒性物质日常监测机制,是防止此类厌氧反应器酸化事故的有效应对措施。
4.营养盐投加严重不足
对于某些缺乏诸如N、P或其他微量元素的废水,投加足量的营养盐非常必要。因为厌氧污泥中无论是产甲烷菌还是水解酸化菌,都需要这些元素进行新陈代谢以及合成细胞物质。
当废水中的某种或多种营养元素缺乏时,将会严重影响产甲烷菌的活性。这是因为,对厌氧污泥,尤其是厌氧颗粒污泥来说,产甲烷菌位于颗粒污泥的部位,水解酸化菌则包裹在产甲烷菌的,水解酸化菌较产甲烷菌更容易获得这些元素来进行新陈代谢,再加之水解酸化菌的生殖速率又远远高于产甲烷菌,使得废水中原本不足的营养元素被水解酸化菌利用殆尽,而产甲烷菌得不到这些必要的元素进行生命活动,其活性会受到大的抑制。其结果是,反应器的酸化不可避免。
2、“酸化”恢复措施
1.降低负荷
反应器发生“酸化”的主要原因是产甲烷菌被抑制,而厌氧反应器的容积负荷是由污泥负荷决定的,甲烷菌活性降低,直接反映了污泥负荷的下降。所以在发生“酸化”时应及时控制进水,情况严重时应完全停止进水。
2.投加碱度
厌氧反应器“酸化”时,可以向反应器中投加碱度中和过高的VFA来维持pH值的稳定,保证产甲烷菌的生存环境,防止严重“酸化”。NaHCO3、Na2CO3、NaOH、Ca(OH)2等都是常用来调节碱度的化学药剂,虽然投加NaOH或者Ca(OH)2等强碱性物质能够快速提高反应器内的pH值,但是氢氧化物会消耗产甲烷过程中所需的CO2,破坏产甲烷的进行,对产甲烷菌的恢复不利,因此不宜采用NaOH和Ca(OH)2。
3、清水冲
采用清水冲洗的方法因厂而异,如果直接使用生产用水必定造成浪费,所以厂区内必须有大量的循环水。而且循环水的温度必须较高,如果因冲洗导致反应器温度下降,同样会降低产甲烷菌的活性,得不偿失。
4、外循环(好氧出水回流)
好氧系统出水回流具有如下优点:①出水回流可以快速将反应器中积累的挥发酸洗出,保证产甲烷菌的生存环境;②好氧出水COD较低,碱度较高,不会增加反应器的有机负荷;③好氧池中的温度一般在25~30℃左右,比自来水温度高得多,对反应器的罐温不会造成太大的影响;④一般好氧出水中DO较低,不会对反应器中的厌氧微生物造成影响。
5、投加新鲜污泥
“酸化”情况严重时,可以选择投加新鲜污泥,这样可以补充反应器内的甲烷菌数量,弥补反应器内产甲烷菌活性降低的不足。条件允许时,投加新鲜的颗粒污泥,这样可以迅速恢复厌氧反应器的运行,因为颗粒污泥中产甲烷菌活性较其它污泥强得多。但是,市场上颗粒污泥的售价及运费都非常昂贵,在工程上很难让人接受。
实例交流
问题1:水处理工艺如下:格栅-调节池-初沉池-预酸化池-污泥选择器-IC反应器-好氧接触反应池-接触沉淀池-二级反应池-二沉池-中间池等,废水为制酒污水
本人发现在IC反应器监测到的氨氮不减反而有点点增加了,原因是什么呢?
在IC反应器中,控制反硝化的发生是为了避免形成反硝化菌对产甲烷菌的抑制作用,这个可以详细解释一下吗? 还有实际工程应用中,是如何控制IC反应器里的反硝化发生的?
回答:经过厌氧以后氨氮反而升高,是因为污水中的有机氮经过厌氧水解后被有机物分解为氨氮和其他物质,很多含蛋白质氨基酸成分比较高的污水经过厌氧水解后都会出现氨氮上升的现象。2、反硝化作用是将硝酸盐和亚硝酸盐转变成氮气和水,这个反应会是污水中pH升高,当超过8以后会对甲烷菌产生抑制作用,从而影响产沼气的量。
有机氮转化为氨氮,所以IC出水氨氮比进水高。
不用考虑,只要好氧池的水不要进IC,不会担心第2条的发生。
问题2:原水为制药废水,COD:2.5W左右,氨氮300-600mg/L,pH:3-4,接种污泥为啤酒厂的剩余污泥(絮状),采用IC反应器。请问:刚开始投泥污泥浓度、温度控制在多少合适?还有营养比例控制在多少合适?
回答:IC控制温度:35℃,浮动不超过2℃。主要的启动初期是控制进水负荷:pH6以上,出水VFA3mmol以下,防止酸败;絮状泥启动初期5g/L。制药废水还要检测一下,含盐量,保证含盐量稳定。
问题3:IC反应器接种污泥可以用絮状污泥么?如果能用絮状污泥,其启动时间大概多长?IC反应器的进水COD浓度可以达到多少?
回答:IC可以用絮状泥,周期比较长,效果差。 颗粒污泥的话,启动量也需要挺大,还有水质的问题。 进水COD几万的都有吧。
问题4:近IC罐间歇性加泥,IC罐停止进水了,罐内温度有所下降,现在想先把罐内温度恢复到正常状态,不知道提升温度的速度是多少?
回答:1-2℃,比较容易掌控,还对污泥有利,升温时不要在罐体直接加温,二是在调节池进行加温。
问题5:这段时间在做IC反应器焦化废水的中试。运行一个月的时候还有颗粒污泥产生,可是两个月后却发现没有了。每天我都会停止进水两个小时,然后在这期间打开循环泵进行内循环。
回答:颗粒污泥没有,有这些情况:前期进水流量过大,污泥随出水流失(即跑泥了),出水中有很多的颗粒污泥;一种是你的预处理没有做好,生物抑制性的物质太多,可以污泥解体,成絮状流失,布水不均,污泥跑偏。
其它几种厌氧消化器
1、升流式固定床反应器(USR)
USR是一种结构简单、适用于高悬浮固体原料的反应器。原料从底部进入消化器内,与消化器里的活性污泥接触,使原料得到快速消化。未消化的生物质固体颗粒和沼气发酵微生物靠自然沉降滞留于消化器内,上清液从消化器上部溢出,这样可以得到比水力滞留期高得多的固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT),从而提高了固体有机物的分解率和消化器的效率。在当前畜禽养殖行业粪污资源化利用方面,有较多的应用。许多大中型沼气工程,均采用该工艺。
工艺优点
1、反应器内不设三相分离器和其它构件。
2.比重较大的固体物累积使反应器内保持较高的固体量和生物量,保证较长的微生物和固体滞留时间。
3.浮渣层不易堵塞,产气效率高。
4.沼气随水流上升具有搅拌混合作用,促使有机固体与厌氧微生物充分接触反应。
5.当超负荷运行时,污泥沉降性能变差,出水COD升高,但一般不会造成酸化。
6.RT较长,出水带出的污泥不需回流,固体物可得到较的消化,SS去除率60%~70%。
工艺缺点
1.进料固形物悬浮物浓度控制不好,易出现堵塞布水管、单管布水易短流等问题。
2.对含纤维素较高的料液,表面易结壳。
3.沼渣沼液COD浓度含量较高,不适宜达标排放,一般用于农田施肥进行生态化处理。
2、塞流式反应器(PFR)
塞流式反应器也称推流式反应器,是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入,从另一端排出。消化器内沼气的产生可以为料液提供垂直的搅拌作用,料液在沼气池内无纵向混合,发酵后的料液借助于新鲜料液的推动作用而排走。
工艺优点
1.不需要搅拌,池形结构简单,能耗低。
2.适用于高SS废水的处理。
3.运行方便,故障少,管理简单,稳定性好。
工艺缺点
1.固体物易沉淀,影响反应器有效体积,使HRT和SRT降低,效率较低。
2.需要固体和微生物的回流作为接种物。
3.因反应器面积、体积较大,反应器内难以保持一致的温度。
4.易产生厚的结壳,堵塞反应器。
3、纤维填料生物膜消化器
纤维填料固定床生物膜消化器实质上是AF结构形式的一种。采用维纶制成的纤维填料。
工艺优点
1.维纶具有较好的耐腐蚀性能,在一般及石油等溶剂内均不溶解,是一种理想的填料。
2.孔隙率大、理论比表面积大、不易堵塞。
3.因生物膜的表面积大,具有强的消化能力。
工艺缺点
1.若进料浓度过高,会造成进料量超负荷,导致消化器底部物料酸化,影响消化器的稳定运行。
2.纤维填料若间距设计不合理,长期使用易发生粘连和堵塞。
4、单元混合塞流式厌氧消化器(RPR)
RPR是在高浓度、塞流及搅拌三结合厌氧消化器(HCPF)基础上根据厌氧发酵的不同阶段,将消化器分解成若干个单元,并通过厌氧单元内的不同搅拌强度及单元之间的料液混合,实现厌氧消化的过程。
污水处理设备之厌氧反应器种类汇总及分析
随着科学的发展,科研的不断深入,许多新技术,新材料,新理念被广泛运用于环境保护行业,使我国环境保护技术得到的长足的发展。废水的厌氧处理技术便是之一,其以运行成本低、节约能源、污泥易于处理等优点在废水处理中正发挥着越来越大的作用。
厌氧反应器也叫厌氧处理工艺,是一种的生物膜处理方法,利用砂等大表面积的物质为载体,厌氧微生物以膜形式结在砂或其它载体的表面,在污水中成流动状态,微生物与污水中的有机物进行接触吸附分解有机物,从而达到处理的目的。
目前厌氧反应器的发展已经历了三代,本期小沼将对这三代具代表性的厌氧反应器及其优劣势进行梳理,望对君从事有机废水、废弃物处理及大中型沼气工程的建设有所帮助!
代厌氧反应器
代反应器以厌氧消化池为代表,废水与厌氧污泥完全混合,属低负荷系统。包括:常规厌氧反应器(CADT)、全混式反应器(CSTR)、厌氧接触消化器(ACP)等。
1、常规厌氧反应器(CADT)
常规厌氧反应器也叫常规沼气池,是一种结构简单、应用广泛的工艺类型。
常规厌氧反应器CADT结构图
该消化器无搅拌装置,原料在其中呈自然沉淀状态,一般分为4层,自上而下依次为浮渣层、上清液层、活性层和沉渣层,其中易于消化、活动旺盛的场所只限活性层,因而效率较低。我国农村较为常见。
2、全混式反应器(CSTR)
全混式消化器是在常规消化器中安装了搅拌装置,使得原料处于完全混合状态,因而,使得活性区域遍布于整个消化区,效率相比于常规消化器明显提高,故又称消化器。该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行,适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。
搅拌器工作原理
工艺优点
1.原料适应性广。适用于畜禽粪便等各种有机垃圾,城市污水厂污泥稳定化处理及高浓度、高悬浮物、难降解有机废水的处理。
2.消化池具有完全混合的流态,原料与底物接触充分,发酵速率高,容积产气率较高。
3.消化器内温度分布均匀。
4.厌氧消化反应与固液分离在同一个池内实现,结构简单、能耗低、运行管理方便。
5.由于有强制机械搅拌,在高浓度状态可有效控制原料的沉淀、分层以及表层浮渣结壳、气体溢出不畅和短流等问题。
工艺缺点
1.工艺池体体积较大,负荷较低。
2.无法分离水力停留时间和固体停留时间,污泥停留时间等于水力停留时间,反应器内不能累计足够浓度的污泥,不能滞留微生物。
3、厌氧接触消化器(ACP)
厌氧接触工艺反应器是完全混合式的,是在CSTR基础上进行了改进的一种较率的厌氧反应器。反应器排出的混合液先在沉淀池中进行固液分离,污水由沉淀池上部排出,沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。
厌氧接触消化器ACP结构图
工艺优点
1.保证污泥不流失,提高厌氧消化池内污泥浓度。
2.反应器的有机负荷率和处理效率较高。
3.易启动。
4.与普通厌氧消化池相比,水力停留时间大大缩短。
5.适用于SS浓度较高的废水处理,如生活污水和工业废水。
6.耐冲击负荷。
工艺缺点
1.去除率相对较低,增加好氧负担。
2.需污泥回流,固液分离相对困难。
3.出水水质也相对较差,对后序处理工艺产生影响。
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