恒温厌氧反应器

-1-一、恒温厌氧反应器厌氧反应器把可生化的高浓度有机污染物进行最大可能的消化降解，而成为最终产物：沼气、二氧化碳、水、氨氮及未被完全消化利用的中间产物和难降解有机物。在厌氧生物处理过程中，参与反应的微生物种类有：产酸细菌、产氢产乙酸菌和产甲烷菌。产酸菌主要包括梭菌属、拟杆菌属、丁酸弧菌属、真细菌属和双歧杆菌属等。这类细菌主要是将不溶性有机物水解成可溶性有机物，再将可溶性的大分子有机物转化为脂肪酸、醇类等。产氢产乙酸菌主要包括互营单孢菌属、互营杆菌属、梭菌属和暗杆菌属等。此类细菌是绝对厌氧菌或是兼性厌氧菌，这类细菌能把各种挥发性脂肪酸降解为乙酸和H2，其反应如下：CH3CH2OH+H2O→CH3COOH+2H2CH3CH2COOH+2H2O→CH3COOH+3H2+CO2CH3CH2CH2COOH+2H2O→2CH3COOH+2H2产甲烷菌主要包括甲烷杆菌、产甲烷球菌、产甲烷八叠球菌、产甲烷螺菌和产甲烷丝菌。此类细菌都是绝对厌氧细菌，主要分为两类：一类利用乙酸产生甲烷，另一类利用氢和CO2的合成生成甲烷。下面是利用乙酸、氢和CO2的甲烷生成反应：CH3COOH→CH4+CO24H2+CO2→CH4+2H2O有机物在厌氧生物降解过程中大致分为3个阶段，由不同的微生物菌群交替完成。第一阶段由厌氧和兼氧的水解性微生物将大分子物质如纤维素、蛋白质、木质素、淀粉、果胶、酚类等水解为单糖并进而生成有机酸。第二阶段由产氢产乙酸细菌利用第一阶段所产生的各种有机酸，生成H2、CO2和乙酸。第三阶段由严格厌氧的产甲烷细菌来完成，产甲烷细菌以第二阶段的生成的H2和乙酸为底物生成甲烷。有机物的厌氧生物降解过程：水解反应→酸化反应→产乙酸反应→产甲烷反应在厌氧生物降解反应中，温度是影响微生物生命活动的重要因素之一。此温度有两个最佳温度范围：55℃左右和35℃左右。特别是双歧杆菌属和丁酸弧菌属，对温度的要求更为严格。因此，控制一个最适宜的生长温度范围，从而达到微生物菌群的最佳生长率。-2-厌氧生物降解的主要特征：1、能量需求大大降低。2、污泥产量极低。3、对温度、PH值等环境因素有一定敏感性。4、处理后废水有机物浓度高于好氧处理。5、厌氧微生物可对好氧微生物所不能降解的一些有机物进行降解。6、处理过程的微生物反应较复杂。恒温厌氧反应器由如下系统组成1、反应池。2、加热伺服系统。3、厌氧回流泵。4、泵、管路。5、沼气燃烧器（根据实际情况选定）。恒温厌氧反应器的去除率大约为：1、CODcr40%2、BOD540%-3-二、好氧生物反应器好氧生物反应是在有氧（O2）存在的条件下，通过好氧微生物的作用，使前级未降解的污染物或生成物得到降解。好氧生物反应需要不断向废水中补充大量空气或氧气。以维持其中好氧微生物所需要的足够的溶解氧。在好氧条件下，有机物最终被氧化为水、二氧化碳等，部分有机物被微生物同化以产生新的微生物细胞。好氧生物反应中的微生物种类非常丰富，它包括了细菌、真菌、微型动物等不同种类的物种，从而构成一个完整稳定的好氧生物处理系统。好氧生物反应的菌类主要有球菌、杆菌、螺旋菌、丝状菌、产碱杆菌、微杆菌、丛毛单胞菌、芽孢杆菌、假单胞菌、柄杆菌、球衣菌、动胶菌、黄杆菌、无色杆菌属等。在反应器较低部位还存在着硝化菌，如亚硝化单胞菌属和硝化杆菌属。好氧生物反应是生物细胞代谢的重要过程，它是一种能量供给的方式。蛋白质、糖、脂肪等营养物质不断被氧化，得到能量。生物体得到O2，把O2作为氧化过程的电子受体，将有机物氧化成CO2，最后将CO2排出体外。在进行反应的同时，微生物将利用硝酸盐及亚硝酸盐作为氧原降解有机污染物，同时使硝酸盐转化为氮气，溢出水体，使水中总氮含量得以降低，使氨氮污染物得以控制。在好氧反应器中，微生物在代谢过程中的合成和分解是两个很重要的代谢过程，缺一不可。分解代谢是细胞将环境中吸收到的营养物质进行分解得到其生命活动必需的物质和能量，将各类复杂的营养物质降解为简单的化合物，形成CO2和H2O等稳定物质，并释放获得能量，分解代谢也称异化作用。合成代谢是把分解得到的物质合成微生物细胞物质，并把能量储存起来。在物质代谢中，分解代谢为合成代谢提供能量的原料，是微生物进行生命活动的前提；而合成代谢利用能量的原料，又为分界代谢确立了生物学的物质基础。为确保好氧微生物的正常代谢活动，在处理的废水中应保持一定浓度的溶解氧，好氧反应池中的溶解氧浓度一般保持在2mg/L左右。在曝气系统的曝气作用下，混合液得到足够的溶解氧，废水中的可溶性有机污染物被微生物降解净化，污水中的NH3—N通过微生物的硝化作用转化为NO3—N。曝气充氧系统采用鼓风曝气。-4-好氧生物反应器由如下系统构成：1、反应器。2、曝气系统。3、自控系统。4、泵、管路系统。5、循环系统（根据具体情况而定）。好氧生物反应器的去除率为：1、BOD≥75%2、COD≥70%3、SS≥80%-5-三、曝气系统好氧反应器必须有充足的溶解氧，以供好氧微生物的生存。曝气系统就是将空气中的氧强制溶解到废水中去的过程。曝气的过程除供氧外，还起搅拌混合作用，使废水与氧充分接触混合。鼓风曝气的过程是将压缩空气通过管道系统送入反应器底的空气扩散装置，并以气泡的形式扩散到废水中，使气泡中的氧迅速转移到液相供微生物需要。在曝气反应时，气、液两相作相对运动，其接触界面两侧分别存在气体边界层（气膜）和液体边界层（液膜），气膜和液膜均属层流。氧的转移就是在气、液双膜进行分子扩散和压膜处进行对流扩散的过程。鼓风曝气系统由加压设备、扩散装置和管道系统组成。加压设备采用回转式鼓风机或离心式鼓风机，为了净化空气，可在其进气管上装设空气过滤器；扩散装置采用穿孔管中气泡系统，穿孔管是穿有小孔的钢管或塑料管，小孔直径为3~5mm，孔开于管下侧与垂直面呈45°夹角处，孔距10~15mm，穿孔管设于曝气池高于池底10~20cm处，本曝气系统氧利用率在6%~8%之间，动力效率为2.3~3.0kgO2/（kw·h）。-6-四、膜生物反应器（MBR）膜生物反应器是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术，它是以酶、微生物或动植细胞为催化剂，进行化学反应或生物转化，将难降解的大分子有机物质截留在反应器中不断反应、降解，大大提高了生物反应器的处理效率。尤其是那些增殖速度慢的细菌，由于膜的截留作用而在曝气池中得到富集，极大提高了反应器内的生物浓度，从而提高了有机物和氮、磷的去除率。膜生物反应器可以高效地进行固液分离，得到达到标准并稳定的可直接使用的中水。MBR用膜分离技术代替了传统的固液分离技术，它的高效性决定了其相对传统生化工艺有如下优势：1、优异的固液分离效果，一方面使得微生物完全截留在反应器内，大大提高了污泥浓度（MLSS）和容积负荷，减少了占地面积；另一方面可彻底地将污泥与出水分离，从而保证了出水水质的优良，出水悬浮物和浊度接近于零。2、可以全部截留水中的微生物，实现了反应物水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的完全分离，使运行更加稳定、控制更加灵活，并使延长污泥龄成为可能，这有利于增殖缓慢的硝化菌的生长和繁殖，脱氮效率得到很大提高。同时，由于系统具有很长的泥龄，使产生的剩余污泥量很少。3、出水水质高于传统生化工艺。它不但可以截留水中的微生物，还可以截留部分大分子的难溶性污染物，延长污染物在反应器内的停留时间，增加难降解污染物的去除率，同时由于泥龄长，脱氮效果好，加上出水基本不含SS，所以MBR的出水水质要好于传统工艺。4、抗负荷冲击能力强，它的微生物浓度比传统工艺提高2~3倍以上，生化效率极高。5、工作压力小，节省能源。6、膜组件的寿命可长到3年左右，组件的清洗、更换更加方便。7、自动化控制程度高，大大减少了运行管理费用。膜生物反应器主要由池体、膜组件、鼓风曝气系统、泵及管道阀门、仪表等组成。膜的主要作用是将微生物与大分子有机物及细菌等截留于反应器内，使出水水质达到标准要求，同时保持反应器内有较高的微生物浓度，加速生化反应的进行。-7-1、池体由碳钢及型钢焊接而成或玻璃钢制成，其上设有进出水管道及排空管道，根据处理量的大小制成相应规格的池体，为延长池体的使用寿命，池体一般要经过一定的防腐处理。2、膜组件膜组件是成套系统的核心部件，出水水质的好坏与处理成本与其有直接的关系。膜组件采用有机膜，膜的孔径一般在0.2~0.4um之间。3、鼓风曝气系统采用鼓风机+穿孔管曝气系统，简单可靠，管道上没有调节阀来调整膜组件的曝气强度，以减轻膜污染。4、泵采用抽吸泵或循环泵，工作压力与膜组件相匹配，出水流量可以通过洗量计直接显示。膜表面清洗所需的错流由空气搅动产生，曝气器放置在膜的下方，混合液随气体流向上流动，在膜表面产生剪切力，以减少膜的污染。膜生物反应器（MBR）的去除效率为：1、COD90%~95%2、BOD90%~95%3、氨氮80%~90%4、浊度≤1.0NTU5、SS接近0-8-五、纳滤装置纳滤（NF）介于反渗透（RO）和超滤（UF）之间，对NaCl脱除率90%以下，对特定的溶质有高脱除率；纳滤主要去除直径1个纳米（nm）左右的溶质粒子，截留分子量为100~2000；纳滤的一个很大特征是膜本体带有电荷性，这是它在很低压力下，仍具有较高脱盐性和截留分子量为数百的溶质。纳滤分离过程无任何化学反应，无需加热，无相转移，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味，广泛地应用于纯水的制备、食品、医药、污水处理等行业中的各种分离和浓缩过程。纳滤膜的孔径是纳末级的，它可以使水完全通过，而截留或部分截留比水分子量大的物质。对于离子而言，离子价数越高，纳滤膜对其截留率就越高，一般而言，纳滤膜对让一价离子通过，二价或多价离子截留或大部分截留。重金属离子和磷一般均为多价离子，纳滤膜对其截留率均很高。对于物料的构成有COD、BOD等有机物成分不同，可以选用不同分子量截留率的纳滤膜进行废水的浓缩分离，将有机污染物截留在浓缩液中，使水和一价离子透过膜。同时，通过纳滤膜，可以降低水的TDS值，去除色度。纳滤膜在较低的操作压力下就可具有较高的水通量，因此，用纳滤膜的处理过程比反渗透过程的投资成本和操作费用更经济。纳滤装置系统由如下六部分组成：中间水池、保安过滤装置、纳滤膜装置、纳滤清洗装置、阻垢剂投加装置、杀菌剂投加装置。中间水池：平衡MBR出水与纳滤进水之间的水量。保安过滤器：过滤精度为5微米，防止纳滤膜组件在运行过程中被悬浮颗粒损伤。由于水中的颗粒物质经高压泵加压后可能击穿纳滤膜组件，同时也可能划伤高压泵的叶轮，因此保安过滤器的作用就是截留和防止大于5微米的颗粒进入纳滤系统。纳滤膜装置：是整个系统的关键单元，其作用是脱除水中的部分可溶性盐份、全部胶体、且对有机物及微生物有很高的去除率。纳滤清洗装置：在纳滤膜组运行一段时间后，会受到某些难以冲洗掉的物质的污染，如长期的微量盐份结垢和有机物的积累而造成膜组件性能的下降，系统运行压力升高，这时就必须用化学药品进行清洗，以恢复其正常的处理能力。如在处理垃圾渗滤液条件下，可以预计纳滤膜的污堵速率会很快，根据水质情况，纳滤膜大约每1个月左右就需要进行一次彻底地化学清洗。另外，每隔一定周期需要定时进-9-行低浓度酸碱（交替）溶液低压冲洗。阻垢剂投加装置：为了在较高回收率情况下防止纳滤膜浓水端特别是纳滤压力容器中最后一支膜元件的浓水侧发现碳酸盐、硫酸盐和钙、镁离子的结垢，从而影响膜的性能，在纳滤进水前需加入阻垢剂。阻垢剂加药装置主要包括1台计量泵和1台药液箱。杀菌剂投加装置：主要是防止微生物在膜表面和压力容器表面繁殖，造成纳滤膜的生物污染，影响系统的产水量和由此造成的膜性能下降。杀菌剂加药装置主要包括1台计量泵和1台药液箱。纳滤系统的去除效率为：1、COD≥95%2、BOD≥95%3、氨氮≥80%4、SS＝05、浊度≤0.4NTU