4、氧化还原电位

TreatmentandDisposalofsolidwaste第8章固体废物的生物处理在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生物降解产生CH4和CO2的过程，称为厌氧生物处理法或厌氧消化法（厌氧发酵）。第二节固体废物厌氧消化处理自然界中厌氧消化产沼现象发现于1630年，到二十世纪初厌氧消化产沼技术得以应用并发展；处理技术应用于固体废物处理始于英国。•Fig:德国克尔海姆县Dietrichsdorf垃圾堆肥厂（1）酸发酵的目的是为进一步进行生物处理提供易生物降解的基质；（2）甲烷发酵的目的是进一步降解有机物和生产气体燃料。厌氧生物处理法的处理对象是：高浓度有机工业废水、城镇污水的污泥、动植物残体及粪便等。基本功能:★两阶段理论：按生化作用是否产气，将厌氧消化过程分为两个阶段——酸性发酵（水解酸化—pH下降）阶段和碱性发酵（产气—pH上升）阶段，即：等等醇类脂肪酸有机质产甲烷菌产酸菌水解菌发酵性细菌243222)(NHNSHCOCOCH（一）厌氧发酵理论★三阶段理论：1979年由布赖恩提出，将厌氧发酵依次分为水解、产酸、产甲烷三个阶段。起作用的细菌分别称为发酵细菌、醋酸分解菌、甲烷细菌三个不同细菌菌群作用完成。等等中性化学物醇类挥发酚脂肪酸甘油氨基酸糖类有机质产甲烷菌产氢产酸菌水解菌SHCOCONHCHCOH2222422（一）厌氧发酵理论Tab.有机物厌氧消化过程生化阶段ⅠⅡⅢ物态变化液化（水解）酸化（1）酸化（2）气化生化过程大分子不溶态有机物转化为小分子溶解态有机物小分子溶解态有机物转化为（H2+CO2）及A、B两类产物B类产物转化为（H2+CO2）及乙酸等CH4、CO2等菌群发酵细菌产氢产乙酸细菌甲烷细菌发酵工艺甲烷发酵酸发酵——1、营养与环境条件废水、污泥及废料中的有机物种类繁多，只要未达到抑制浓度，都可连续进行厌氧生物处理。对生物可降解性有机物的浓度并无严格限制，但若浓度太低，比耗热量高，经济上不合算；水力停留时间短，生物污泥易流失，难以实现稳定的运行。一般要求COD大于1000mg/L。（二）厌氧发酵的控制条件C：N=20～30：1：过大细菌增殖量降低，氮过剩为氨气，抑制产甲烷菌活动，过高反应速率降低，产期量下降。磷含量（磷酸盐为计）为有机物的1/10002、养分配比：温度是影响微生物生命活动过程的重要因素之一。温度主要影响微生物的生化反应速度，因而与有机物的分解速率有关。工程上：中温消化温度为35~38℃；高温消化温度为50~65℃。厌氧消化对温度的突变也十分敏感，要求日变化小于±2℃。温度突变幅度太大，会招致系统的停止产气。温度过高微生物休眠不利于消化；温度过低厌氧消化速率低、产气量低，不易达到卫生要求以上杀灭病原菌的目的。3、温度：厌氧环境是保证厌氧消化过程正常进行的最重要条件。主要以体系中的氧化还原电位来反映。4、氧化还原电位（ORP或Eh）高温厌氧消化系统适宜的氧化还原电位为-500~-600mV；中温厌氧消化系统及浮动温度厌氧消化系统要求的氧化还原电位应低于-300~-380mV。产酸细菌对氧化还原电位的要求不甚严格，甚至可在+100~-100mV的兼性条件下生长繁殖；甲烷细菌最适宜的氧化还原电位为-350mV或更低。氧及氧化态物质的存在（如某些工业废水中含有的Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-以及酸性废水中的H+等），可使体系中的Eh升高。浓度达到一定程度便可危害厌氧消发酵过程的进行。注：5、pH值：一般的发酵型细菌生长pH范围比较广，pH5～10内均可发酵。但产甲烷细菌要求的pH为7左右。发酵制沼气的过程应维持在pH值范围6.8-7.5之间；6、搅拌：一般情况下需要安装搅拌设备；可使消化原料分布均匀，提高产气量并及时分离消化产物。7、添加剂与毒害物：添加剂有硫酸锌、磷矿粉（最佳）、钢渣、碳酸钙、炉灰等；但超过发酵菌耐受度即成为毒害物；重金属Cu、Zn、Cr、CN等含量过高抑制消化。1、水压式沼气池工艺流程；2、浮罩式消化池工艺流程；3、中—高温厌氧发酵工艺流程；4、三级循环间歇式厌氧消化工艺流程；5、联合的高固体厌氧消化与好氧堆肥化工艺流程。（下图）经预处理的城市垃圾高固体厌氧消化器好氧堆肥化发酵器供热供热沼气空气土壤调节剂肥粒（三）厌氧消化处理的工艺类型6、两相式厌氧发酵工艺流程；反应器1功能：水解酸化生成有机酸，缓冲有机负荷冲击与有害物质反应器2功能：保持严格的厌氧条件和pH，消化前段产物，产生甲烷气体。（四）厌氧消化装置1、水压式沼气池沼气池的主体是由发酵间和储气箱两部分组成，以沼气发酵液面为界，上部为储气箱，下部为发酵间。当沼气逐渐增多时，压力增大，料液被压到出料间以达到内外压力平衡，称为“气压水”，当使用沼气时，池内压力减小，进、出料间的料液便返回池内，维持新的平衡，此为“水压气”。也可以说成是“气压水储气，水压气用气”，这样不断地产气和用气，池内外的液面差不断变化，以保持池内外压力平衡。储气箱发酵池导气管发酵装置—小型水压式沼气池特点：1）以浮罩代替气箱2）沼气输出压强恒定，给沼气燃烧器的使用带来方便；发酵间的压强小，减少了沼气和料液的渗漏。顶浮罩式沼气池分离浮罩式沼气池2、浮罩式沼气池3、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）UASB布置结果示意图布水区反应区三相分离区超高这种反应器是目前应用最为广泛的一种厌氧生物处理装置。4、红泥塑料沼气池一种用红泥塑料（红泥---聚氯乙烯符合材料）用作池盖或池体材料的设备。多采用批量进料。该法制作简便，安装拆卸容易，使用不受严寒季节、地域气候影响；可根据产气量、贮气量大小随时增减沼气罩沼气袋数量；投资少，比低压湿式贮气柜减少投资40%以上；使用寿命可在10-20年以上。5、现代大型工业化沼气发酵设备欧洲平底型通过配备动力循环装置，用于实现沼气消化系统化、自动化管理慕尼黑Karlshof沼气示范项目欧美型消化罐-----浮盖型这种池型径高比大于l，顶部和底部的锥形梯度较小，常用于内部泥位可变化的情况，上部有一个可浮动的顶盖。这种池型虽然通过气体搅拌可达到充分混合，但污泥沉积问题并未得到彻底解决。一般每2-5年需放空清理一次，这样将对池体结构产生不利影响。传统型由中部柱体(径高比为1)和上下锥体组成，这种构型为完全内循环提供了良好条件，有利于池内保持均相。圆筒形厌氧消化池经典型消化罐蛋型消化罐——经典型的改进图：白龙港污泥蛋形消化池实景①搅拌充分，污泥不会在池底固结;②池内污泥表面积小，浮渣易清除;③保温性能好；④蛋型结构受力条件好，可节省建筑材料;⑤防渗水性能好，聚集沼气效果好。虽然建造费用较高，但被认为是低能耗的构筑物，值得推广使用。我国城市污水处理厂也开始设计并建造这种蛋型消化池。