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          有機污水處理工藝技術特點與應用

          2016-05-13  來自: 福州同創興環保技術有限公司 瀏覽次數:621

          在生物處理中,廢水中的有機物作為微生物的營養源被微生物利用,最終分解為穩定的無機物或合成細胞物質而以污泥物態由水中分離,從而使廢水得到凈化。在好氧處理工藝中,微生物通過利用氧氣將有機污染物氧化為CO2和微生物的細胞物質(污泥)。隨著氧化分解過程,大量能量被釋放,用于微生物降解有機物轉化為細胞物質,即好氧污泥;而厭氧處理工藝則是在無氧的條件下,大多數有機污染物的能量轉化為甲烷的形式,結果只有很少部分用于合成細胞物質,而產生的沼氣可作為熱能被再利用。因此從生物反應的原理上,顯而易見,厭氧處理存在很大的優勢。
            整個厭氧過程分為水解、發酵、產乙酸產氫階段、產甲烷階段。

            1.水解階段
            高分子有機物因相對分子量巨大,不能透過細胞膜,因此不可能為細菌直接利用。因此它們在第一階段被細菌胞外酶分解為小分子。例如纖維素被纖維素酶水解為纖維二糖與葡萄糖,淀粉被淀粉酶分解麥芽糖和葡萄糖,蛋白質被蛋白酶分解為短肽與氨基酸等。這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。

            2.發酵(或酸化)階段
            在這一階段,上述小分子的化合物在發酵細菌(即酸化菌)的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸(簡寫為VFA)、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時,酸化細菌也利用部分物質合成新的細胞物質,因此未經酸化廢水厭氧處理時會產生更多的剩余污泥。酸化菌對pH有很大的容忍性,產酸可在pH到4的條件下進行,產甲烷菌則有它自己的最佳pH:6.5~7.5,超出這個范圍則轉化速度將減慢。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。

            3.產乙酸產氫階段
            在此階段,上一階段的產物被進一步降解為乙酸(又稱醋酸)、氫和二氧化碳,這是最終產甲烷反應的反應底物。

            4.產甲烷階段(的階段)
            產甲烷菌是一種嚴格的厭氧微生物,與其它厭氧菌比較,其氧化還原電位非常低(<-330mV)。

            【有機污水處理工藝技術特點】
            1、無需曝氣,節省用電。理論上講,好氧曝氣去除1kgBOD需要耗電1.67kWh,而通過厭氧處理,可以節約電耗80%。
            2、產生有價值的能源——沼氣。理論上講,厭氧降解1kgCOD可以產生0.4~0.5m3沼氣,每m3沼氣的燃燒熱值大約為23000~27000kJ/ m3,如用于發電,1立方米沼氣可發電1.50~1.80度。
            3、產生污泥量少,顆粒污泥同時是有價值的接種產品。通常好氧去除1kgBOD產生0.4kg很難處理的好氧污泥;而厭氧去除1kgCOD只產生0.05kg左右的厭氧污泥,而且無需處理,可以作為有價值的種泥商品。
            4、由于合成新生細胞少,合成細胞所需的氮、磷營養鹽也少。好氧反應對氮、磷的需求比例是:BOD:N:P=100:5:1,而厭氧反應對應的比例為:BOD:N:P=300:5:1。
            5、處理容積負荷高,占地小。
            6、抗沖擊負荷性強。
            7、一般好氧法處理氨氮大約在30%左右,而好氧與厭氧結合氨氮的處理能力可以達到80%左右。
            雖然厭氧在處理高濃度有機廢水方面具有較大優勢,但是它同時也存在一定的缺點,如運行啟動時間較長,需要較高的管理水平,容易產生臭味,特別是對于規模較小的工業處理工程更是如此。但是在厭氧反應中可以放棄反應時間長、控制條件要求高的甲烷發酵階段,將反應控制在酸化階段,這樣較之全過程的厭氧反應具有以下優點:
            (1)由于反應控制在水解、酸化階段反應迅速,故水解池體積小;
            (2)不需要收集產生的沼氣,簡化了結構,降低了造價,便于維護;
            (3)對于污泥的降解功能完全和消化池一樣,產生的剩余污泥量少。
            (4)油脂分子在水解酶作用下生成甘油與脂肪酸,大分子有機物被分解為小分子物質,經水解反應后廢水中的溶解性COD增加,可生化性提高,有利于微生物對基質的攝取,在微生物的代謝過程中減少了一個重要環節,這將加速有機物的降解,為后續生物處理創造更為有利的條件。

            微生物的固定化技術:

            一、 固定化微生物
            以與固定化酶相同的固定方法將酶活力強的微生物體固定在載體上,微生物體本身是多酶體系的固定化載體,將整個細胞固定化更有利于保持其原有活性,甚至可提高活性。有死細胞固定化和生長細胞固定化兩種。
            二、 固定化微生物的特性
            固定化微生物普遍比未固定化的微生物性能好、穩定、降解有機物性能力強、耐毒、抗雜菌、耐沖擊負荷。將固定化微生物制備成顆粒狀、膜狀和包埋制成凝膠,充填到反應器中用于連續流運行,微生物不會流失。
            三、 固定化微生物的固定方法
            固定化方法有載體結合法、交聯法、包埋法、逆膠束酶反應系統和孔網狀載體截陷固定技術。
            1、 載體結合法。
            以共價結合、離子結合和物理吸附等將微生物固定在非水溶性的載體上。載體有葡聚糖、活性炭、膠原、瓊脂糖、多孔玻璃珠、高嶺土、硅膠、氧化鋁、羧甲基纖維素等。在污水處理中,這種固定方式要求生物膜載體表面具某種活性基團,通??蓪d體表面進行改性,達到攜帶活性基的目的。
            2、 交聯法
            將微生物與2個或2個以上的官能團的試劑反應形成共價鍵的固定方法。交聯劑有:戊二醇、雙重氮聯苯胺和六亞甲基二異氰酸酯。細胞間自交聯是自然界普遍存在的一種現象,如活性污泥系統中菌膠團的形成以及厭氧污泥床中顆粒污泥的產生均是通過細胞間自交聯實現的。為了進一步強化細胞間或酶間的這種自交聯程度,可以認為的加入一些交聯劑形成細胞間的穩固結合。交聯劑在活性污泥系統中也有應用,有時認為地向曝氣池內投加一定量的交聯劑能得到更好的菌膠團,它有利于二沉池中泥水分離及有助于控制曝氣池內微生物濃度。同時可以查看中國污水處理工程網更多技術文檔。
            3、 包埋法。
            將微生物包埋在凝膠微小格子中,或者將微生物包裹在半透性的聚合物膜內的固定方法。格子型的包埋材料:聚丙烯酰胺(PACAM)凝膠、聚乙烯醇(PVA)、瓊脂、硅膠等。微膠囊型的包埋材料有尼龍、乙基纖維素和硝酸纖維素。包埋技術是通過某些多聚體化合物包裹微生物,從而達到固定微生物的目的。它有兩大特點,一是可快速、簡捷地獲得固定微生物;二是可以選擇性地同時固定不同菌屬的微生物。目前,該種技術在文獻中已有大量報道,特別是在生物工程領域。由于研究目的的不同,所選用的多聚體包埋劑也不盡相同。在污水生物處理中,人們應用較多的包埋劑為PVA及海藻酸等。經過多聚體包埋處理后的微生物分別于多聚體骨架內,可以將它們制成顆?;蚍綁K狀等不同形狀的材料。值得強調的是,多聚體在包埋處理了微生物后,一般其機械強度不夠理想,加之微生物在包埋體的增長,使的包埋體的破損率較高。這些無疑在一定程度上限制了多聚體包埋技術在污水生物處理中的大規模應用。

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