農(nóng)村生活污水處理一體化裝置
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厭氧的四階段理論
1、水解階段
水解過程是指復(fù)雜的固體有機(jī)物在水解酶的作用下被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體或二聚體。微生物無法直接代謝碳水化合物（如淀粉、木質(zhì)纖維素等）、蛋白和脂肪等生物大分子，必須先降解為可溶性聚合物或者單體化合物才能被酸化菌群利用。
淀粉在淀粉酶作用下被水解成麥芽糖、葡萄糖和糊精。纖維素是由糖苦鍵結(jié)合成纖維二糖再聚合而成的，在多種纖維素酶的協(xié)同作用下水解成糖。由于自然狀態(tài)下的纖維素一般都與木質(zhì)素結(jié)合成高度聚合狀態(tài)，以抵抗微生物的分解，所以纖維素降解是沼氣發(fā)酵限速步驟之一。
蛋白質(zhì)是植物合成的一種重要產(chǎn)物，它在蛋白酶作用下肽鍵斷裂生成二肽和多肽，再生成各種氨基酸。脂肪首先在脂肪水解酶的作用下水解為長(zhǎng)鏈脂肪酸及甘油，甘油在甘油激酶催化下生成憐酸甘油，繼而被氧化為憐酸二輕丙酮，再經(jīng)異構(gòu)化生成磷酸甘油酸，經(jīng)糖酵解途徑轉(zhuǎn)化為丙酮酸，終進(jìn)入糖酵解途徑實(shí)現(xiàn)*氧化及利用。
2、酸化階段
產(chǎn)酸發(fā)酵過程是指將溶解性單體或二聚體形式的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為以短鏈脂肪酸或醇為主的末端產(chǎn)物。這些水解成的單體會(huì)進(jìn)一步被微生物降解成揮發(fā)性脂肪酸、乳酸、醇、氨等酸化產(chǎn)物和氫、二氧化碳，并分泌到細(xì)胞外。
產(chǎn)酸菌是一類快速生長(zhǎng)的細(xì)菌，它們傾向于生產(chǎn)乙酸，這樣能獲取高的能量以維持自身生長(zhǎng)。末端產(chǎn)物組成取決于灰氧降解條件、底物種類和參與生化反應(yīng)的微生物種類同時(shí)氨基酸的降解首先通過氧化還原氮反應(yīng)實(shí)現(xiàn)脫氨基作用，生成有機(jī)酸、氫氣及二氧化碳。
3、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段
該階段主要是將水解產(chǎn)酸階段產(chǎn)生的兩個(gè)碳以上的有機(jī)酸或醇類等物質(zhì)，轉(zhuǎn)化為乙酸、和等可為甲烷菌直接利用的小分子物質(zhì)的過程。標(biāo)準(zhǔn)情況下，有機(jī)酸的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程不能自發(fā)進(jìn)行，氫氣會(huì)抑制此步反應(yīng)的進(jìn)行，降低系統(tǒng)的氫分壓有利于產(chǎn)物產(chǎn)生。如果氫分壓超過大氣壓，有機(jī)酸濃度增大，甲烷產(chǎn)量受到抑制。避免氫氣在此階段的積累尤其重要。在厭氧過程中，氫分壓的降低必須依靠氫營(yíng)養(yǎng)菌來完成。
4、甲烷化階段
產(chǎn)甲烷階段是由嚴(yán)格專性厭氧的產(chǎn)甲烷細(xì)菌將乙酸、一碳化合物和H2、CO2等轉(zhuǎn)化為CH4和CO2的過程。大約的甲烷來自于乙酸的分解，是由乙酸歧化菌通過代謝乙酸鹽的甲基基團(tuán)生成，剩下的28%由CO2和H2合成。產(chǎn)甲烷細(xì)菌的代謝速率一般較慢，對(duì)于溶解性有機(jī)物厭氧消化過程，產(chǎn)甲烷階段是整個(gè)厭氧消化工藝的限速。
水解(酸化)池與厭氧反應(yīng)器的區(qū)別
從原理上講，水解(酸化)是厭氧消化過程的、二兩個(gè)階段但水解(酸化)工藝和厭氧消化追求的目標(biāo)不同，因此是截然不同的處理方法。
水解(酸化)系統(tǒng)中的的目的主要是將原水中的非溶解態(tài)有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)物，特別是工業(yè)廢水處理，主要是將其中難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐咨锝到馕镔|(zhì)，提高廢水的可生化性，以利于后續(xù)的好氧生物處理?？紤]到后續(xù)好氧處理的能耗問題，水解(酸化)主要用于低濃度難降解廢水的預(yù)處理。
在混合厭氧消化系統(tǒng)中，水解酸化是和整個(gè)消化過程有機(jī)地結(jié)臺(tái)在一起，共處于一個(gè)反應(yīng)器中，水解、酸化的目的是為混合厭氧消化過程中的甲烷化階段提供基質(zhì)。而兩相厭氧消化中的產(chǎn)酸段(產(chǎn)酸相)是將混合厭氧消化中的產(chǎn)酸段和產(chǎn)甲烷段分開，以便形成各自的佳環(huán)境，同時(shí)，產(chǎn)酸相對(duì)所產(chǎn)生的酸的形態(tài)也有要求(主要為乙酸)。
此外，廢水中如含有高濃度的硝咳鹽、亞硝酸鹽、硫酸盆、亞硫酸鹽時(shí)，這些物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物不僅對(duì)甲烷苗有毒，而且影響沼氣的質(zhì)量，也在產(chǎn)酸相中予以去除。
因此，盡管水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段、兩相法厭氧發(fā)酵工藝中的產(chǎn)酸相和混合厭氧消化工藝中的產(chǎn)酸過程均產(chǎn)生有機(jī)酸，但由于三者的處理目的不同，各自的運(yùn)行環(huán)境和條件存在著明顯的差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)Eh不同
在混合厭氧消化系統(tǒng)中，由于完成水解、酸化的微生物和產(chǎn)甲烷微生物共處于同一反應(yīng)器中，整個(gè)反應(yīng)器的氧化還原電位Eh的控制必須首先滿足對(duì)Eh要求嚴(yán)格的甲烷菌，一般為一300mV以下，因此。系統(tǒng)中的水解(酸化)微生物也是在這一電位值下工作的。而兩相厭氧消化系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相的氧化還原電位一般控制在一100mV一一300mV之間。據(jù)研究，水解(酸化)一好氧處理工藝中的水解(酸化)段為——典型的兼性過程，只要置Eh控制在＋50mv以下，該過程即可順利進(jìn)行。
膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，在廢水資源化及中水回用方面具有及其廣闊的發(fā)展前景，已經(jīng)受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。目前隨著水資源短缺局勢(shì)的日益嚴(yán)峻及膜生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新發(fā)展，MBR在水處理領(lǐng)域得到了逐漸廣泛的應(yīng)用，其數(shù)量日益增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大，因此對(duì)膜生物反應(yīng)器的進(jìn)一步研究，對(duì)緩解我國日益嚴(yán)重的水環(huán)境污染狀況將具有十分重要的意義。
MBR工藝的類型及特點(diǎn)
MBR工藝的分類
膜生物反應(yīng)器主要由膜組件、泵和生物反應(yīng)器三部分組成。根據(jù)膜組件在膜生物反應(yīng)器中所起的作用的不同，膜生物反應(yīng)器可以分為三種類型：（1）分離膜生物反應(yīng)器（2）無泡曝氣膜生物反應(yīng)器（3）萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR－Extractive Membrane Bioreactor）。目前我們通常所說的MBR就是這三種類型的總稱，其中BSMBR是目前研究和應(yīng)用為廣泛的膜生物反應(yīng)器，通常在無特殊說明的情況下，稱之為MBR。膜生物反應(yīng)器中所使用的膜組件相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池，主要工程是進(jìn)行固液分離，截留的污泥回流至生物反應(yīng)器，透過水外排。
農(nóng)村生活污水處理一體化裝置MABR則是采用致密膜或微孔膜為氧傳遞介質(zhì)或生物膜載體，對(duì)生物反應(yīng)器進(jìn)行無泡供氧，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氧的利用。EMBR則是采用萃取膜將廢水中有害、有毒或溶解性差的物質(zhì)進(jìn)行萃取后，采用專性菌對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的生物化學(xué) 處理，從而使專性菌不受廢水中離子強(qiáng)度和pH的影響，優(yōu)化了生物反應(yīng)器的功能。
MBR工藝的特點(diǎn)
MBR工藝采用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥工藝中的二沉池，實(shí)現(xiàn)了的固液分離，克服了傳統(tǒng)活性污泥工藝水質(zhì)波動(dòng)及不夠理想、易發(fā)生污泥膨脹等問題；與傳統(tǒng)活性污泥工藝及許多其他的廢水生物處理工藝相比較，MBR工藝因其以具有特殊性能的膜作為泥水分離和澄清出水的介質(zhì)，而具有其他生物處理工藝*的明顯優(yōu)勢(shì)，主要是以下幾點(diǎn)：
（1）出水水質(zhì)良好。由于膜反應(yīng)器能夠地進(jìn)行固液分離, 分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的沉淀池, 出水懸浮物和濁度接近于零，可直接回用，實(shí)現(xiàn)了污水資源化。
（2）使運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定。由于膜的截流作用，使微生物*截留在反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)器水力停留時(shí)間(HRT)和污泥齡(SRT)的*分離。
（3）反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，耐沖擊負(fù)荷。
（4）泥齡長(zhǎng)。膜分離使污水中的大分子難降解成分，在體積有限的生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，大大提高了難降解有機(jī)物的降解效率，反應(yīng)器在高容積負(fù)荷、低污泥負(fù)荷、長(zhǎng)泥齡下運(yùn)行，基本無剩余污泥排放。
（5）占地面積小，工藝設(shè)備集中，系統(tǒng)采用PLC控制，可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制。
MBR工藝的應(yīng)用
MBR工藝早主要用于微生物發(fā)酵工業(yè)，在污水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用研究始于60年代的美國。進(jìn)入21世紀(jì)，國內(nèi)外對(duì)膜生物反應(yīng)器的研究有了較大的進(jìn)展，并逐漸進(jìn)入中試和生產(chǎn)性應(yīng)用研究階段。MBR工藝具有常規(guī)污水生化處理所*的優(yōu)勢(shì)，因此在城市污水處理與回用、中水回用、生活污水以及高濃度工業(yè)廢水等處理中得到了廣泛的應(yīng)用。
MBR工藝因其占地面積小、生化效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)已被國內(nèi)外水處理領(lǐng)域所認(rèn)可。隨著水資源短缺局勢(shì)的日益嚴(yán)峻及膜生產(chǎn)技術(shù)的不斷更新發(fā)展,MBR在水處理領(lǐng)域中逐漸得到了較為廣泛的應(yīng)用, 其數(shù)量日益增多, 規(guī)模也不斷擴(kuò)大。
什么是厭氧反應(yīng)器酸化？
一般來說，對(duì)于以產(chǎn)甲烷為主要目的的厭氧過程要求pH值在6.5~8.0之間，廢水堿度偏低或運(yùn)行負(fù)荷過高時(shí)，會(huì)引起反應(yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸積累，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌活力喪失而產(chǎn)酸菌大量繁殖，持續(xù)過久時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌活力喪失殆盡而產(chǎn)乙酸菌大量繁殖，引起反應(yīng)器系統(tǒng)的“酸化”。嚴(yán)重酸化發(fā)生后，反應(yīng)器難以恢復(fù)至原有狀態(tài)。
