有機(jī)廢水處理工程中的氧化還原電位的特性研究_圖文

1、鄭州大學(xué)碩士學(xué)位論文有機(jī)廢水處理工程中的氧化還原電位的特性研究 姓名:蘇高強(qiáng)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):環(huán)境工程指導(dǎo)教師:曾科20090525摘 要廢水處理過程中,存在各種氧化還原反應(yīng),對(duì)處理系統(tǒng)而言,氧化還原電位已不 再是一個(gè)熱力學(xué)平衡概念,也不能作為某種氧化物和還原物的濃度指標(biāo),也不能是單 一電對(duì)的氧化還原電位,但它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的氧化還原狀態(tài)給出一個(gè)綜合指標(biāo)。本文以原污水COD濃度15000-'23000mg/L,處理水量2500"-3900m3/d的廢水 處理工程為對(duì)象,進(jìn)行ORP變化特性實(shí)驗(yàn)研究。研究了該工程的ORP沿工藝流程的 變化特征,ICASB池高度上ORP的變化特征

2、,SBR運(yùn)行周期中ORP的變化特征。 得出以下結(jié)論:(1在工藝流程中,調(diào)節(jié)沉淀池ORP從一138mv升到84mv;在加藥提升間中, ORP從一90mv升高到130mv;在厭氧池中,ORP由130my下降至-347mv;在SBR 池中,ORP由一343mv升高到一53mv。工藝處理出水COD與ORP有良好的相關(guān)性, 出水COD越低,ORP越高,可利用ORP判斷處理效果;而出水的pH與ORP相關(guān) 性不好。(2在厭氧池內(nèi),取樣點(diǎn)在高度方向,頂部的取樣點(diǎn)ORP主要受物理和化學(xué)因 素的影響,而底部的取樣點(diǎn)主要受生物因素的影響;在高度上,廢水從進(jìn)水到1號(hào)取 樣點(diǎn),ORP下降迅速;而從1號(hào)取樣點(diǎn)到6號(hào)取樣點(diǎn)

3、ORP變化緩慢。在厭氧池高度上T、pH、COD變化與ORP有良好的相關(guān)性,可利用ORP變化 曲線判斷有機(jī)物降解情況,利用ORP曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置判斷污泥活性;出水有機(jī) 物濃度與出水ORP沒有良好的相關(guān)性,不能作為判斷厭氧出水水質(zhì)好壞的依據(jù);進(jìn) 水有機(jī)物濃度會(huì)對(duì)ORP產(chǎn)生影響,進(jìn)水有機(jī)物濃度越高,厭氧ORP下降的越低。 (3在SBR工藝運(yùn)行周期中,COD,NH4+與ORP有良好的相關(guān)性,COD、NH。+和ORP變化曲線中存在特征區(qū)域,可利用ORP判斷有機(jī)物去除情況;運(yùn)行周期中 ORP與DO、T、pH也有良好的相關(guān)性,表現(xiàn)在ORP出現(xiàn)平臺(tái)時(shí),DO、T、pH也會(huì) 出現(xiàn)平臺(tái),因此可利用ORP曲線控制曝

4、氣量,減少能量損失。關(guān)鍵詞:ORP;有機(jī)廢水;廢水處理;IC反應(yīng)池;SBR;Ab stractIn the process of wastewater treatment,therere many redox reactions.Some reach balance,while other don、t;at this time,ORP is neither the notion of energetics balance for the reactor system nor a index of the concentration of oxide and reducer and the OR

5、P of a single electrode;however,it can demonstrate the synthetic state of oxidation and reduction. This paper,facing to the wastewater treatment project whose original COD is 15000mg/123000mg/l and which treats 2500。3900m3water in one day,uses experimental methods to study the character of ORP in th

6、e process of wastewater treatment, the character of ORP on the height of ICASB anaerobic reactor and the chatecter of ORP in the operation cycle of SBR and maKe such conclutions:First,the character of ORP in the process of wastewater treatment:in the regulationand sedimention tanK,ORP ascends from-1

7、38mv to 84mv;in thedrug-adding and water-rising room,ORP rises from-90mv to 130mv;in the anaerobic reactor'ORP decreases from 130mv to-347mv;In SBR,ORP ascends from-343mv to-53mv.The COD of drain water has good relationship with ORP,but the pH does not.Second,the character of ORP on the height o

8、f anaerobic reactor:ORP of the sampling dot on the top is mainly influenced by physical factors and chemical factors,ORP of the sampling dot at the bottom is mainly influenced by the biological factors;ORP decreases very quickly from the inlet pot to NO.1sampling dot but after NO.1sampling dot ORP d

9、ecreases slowly;T,pH value,COD have good relationship with ORP,it is possible to use ORP to estimate how COD is degraded and to use inflexion of ORP to estimate the activity of the anaerobic sludge;the higher the concentration of the inlet water,the lower the ORP in the reactor,the relationship betw

10、een COD and ORP of drain water is not good and ORP cant be an evidence for judging the quality of drain water.Third,the character of ORP in the cycle of SBR:COD and ammonia nitrogen have good relationship with ORE In the curve of COD and ammonia nitrogen and ORE there are characteristic regions,ORP

11、can be used to judge the degradation of COD and ammonia nitrogen;T,pH value,and DO also have good relationship with ORP,which manifests in that when ORP reach its flat area,T、pH value and DO also reach these fiat areas too,and according this ORP can be used to control aneration and to cut down the e

12、nergy loss.Key word:ORP;organic wastewater;wastewater treatment;IC reactor;SBR原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究所 取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已 經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均己在文 中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。學(xué)位敝作者:瓤蜀強(qiáng) 加3年廠月如 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品,知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬鄭州大學(xué)。根 據(jù)鄭州大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,同意學(xué)

13、校保留或向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī) 構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱;本人授權(quán)鄭州大學(xué)可以將 本學(xué)位論文的全部或部分編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或者其他 復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。本人離校后發(fā)表、使用學(xué)位論文或與該學(xué)位 論文直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時(shí),第一署名單位仍然為鄭州大學(xué)。保密論文在解 密后應(yīng)遵守此規(guī)定。學(xué)位論文作者:屆清強(qiáng)叫年廠月r日在氧化還原反應(yīng)中,電子從一種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種物質(zhì),因此在這兩種物質(zhì) 之間產(chǎn)生了電位差,即氧化還原電位(oxidation-reduction potential,簡(jiǎn)稱ORP。 氧化還原電位可通過鉑金電極與參比電極插入介質(zhì)溶液中

14、,與毫伏計(jì)連接測(cè)得。 在廢水物理和化學(xué)處理過程中,廢水的物理狀態(tài)和化學(xué)狀態(tài)不斷發(fā)生著變 化,氧化還原電位也隨之改變。在廢水生物處理系統(tǒng)中,同時(shí)進(jìn)行著大量的氧化 還原反應(yīng),有的可能達(dá)到平衡,有的可能未達(dá)到平衡,這時(shí),對(duì)生物處理系統(tǒng)而 言,ORP已不再是一個(gè)熱力學(xué)平衡概念n3,也不能作為某種氧化物和還原物的濃 度指標(biāo),但它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的氧化還原狀態(tài)給出一個(gè)綜合指標(biāo),如ORP值低,表 明廢水處理系統(tǒng)中還原性物質(zhì)或有機(jī)污染物含量高,溶解氧濃度低,還原環(huán)境占 優(yōu);ORP值高,表明廢水中有機(jī)污染物濃度低,溶解氧或氧化性物質(zhì)濃度高, 氧化環(huán)境占優(yōu)。ORP受物理環(huán)境、化學(xué)環(huán)境以及生物環(huán)境的影響;同時(shí)ORP影響水

15、體中金 屬離子的形態(tài)、兼性細(xì)菌的呼吸類型、厭氧環(huán)境產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸發(fā)酵的類型、產(chǎn)甲烷 菌的生長(zhǎng)以及產(chǎn)甲烷量等陋1。在厭氧處理系統(tǒng)中ORP影響產(chǎn)酸發(fā)酵過程和產(chǎn)甲 烷過程,這兩個(gè)過程相互影響和制約,它直接導(dǎo)致厭氧系統(tǒng)運(yùn)行的成敗口1;在SBR 處理系統(tǒng)中,ORP能影響好氧微生物的生命活動(dòng)并能反應(yīng)污染物的去除情況“1。 國(guó)家“十五期間12個(gè)重大科技專項(xiàng)中,“污水處理廠自動(dòng)控制技術(shù)”、“飲用水 安全消毒技術(shù)和“高效厭氧和好氧生物處理反應(yīng)器研制與應(yīng)用”被列為“水污 染控制技術(shù)治理"專項(xiàng)中。ORP是飲用水安全消毒技術(shù)、污水處理廠自動(dòng)控制 技術(shù)和厭氧精確控制研究的重要內(nèi)容和發(fā)展方向,對(duì)于節(jié)省能源,控制厭氧

16、微生 物的代謝途徑以及改善處理效果具有重要的意義H1。自然水體的氧化還原電位是影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的重要科學(xué)參數(shù),也是使重 金屬形態(tài)變化和毒性改變的重要環(huán)境因素,系統(tǒng)測(cè)定水體的氧化還原電位變化,可以知道重金屬污染物的存在形態(tài)。李金霞等研究上海市城市尾水外排長(zhǎng)江口對(duì) 水體氧化還原環(huán)境的影響及對(duì)重金屬Hg形態(tài)的影響,測(cè)得河污混合凈化區(qū)的氧 化還原電位大于300mv時(shí),重金屬Hg在此氧化還原環(huán)境下以H92+形態(tài)存在, 毒性會(huì)增加拍1。華東師范大學(xué)研究蘇州河水樣和泥樣認(rèn)為水樣總汞含量隨著自身 氧化還原電位的增大而增大,泥樣總汞含量隨著自身氧化還原電位的增大而減少6】o在廢水SBR和A/O處理系統(tǒng)中,氧化

17、還原電位與污染物的去除有良好的相 關(guān)性,可以做為廢水處理的控制參數(shù)。馬勇研究前置反硝化工藝,認(rèn)為缺氧區(qū)末 端ORP值與硝酸氮濃度具有較好的線性正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.91;實(shí)驗(yàn)無 論改變有機(jī)物濃度、氨氮濃度,還是改變運(yùn)行條件,都可以發(fā)現(xiàn)缺氧區(qū)末端ORP 值和硝酸氮濃度具有很好的相關(guān)性,并以此可以利用ORP值大小近似指示缺氧 區(qū)硝酸氮濃度,進(jìn)而推測(cè)反硝化是否完成;好氧區(qū)末端氧化還原電位值與出水氨 氮、硝酸氮濃度具有很好的相關(guān)性,在此基礎(chǔ)上建立了硝化反硝化反應(yīng)在線控制 系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)曝氣量、內(nèi)循環(huán)回流量和外源碳投加的自動(dòng)控制n,。彭永臻研究 SBR法脫氮,發(fā)現(xiàn)在COD降解過程中,當(dāng)COD降解至難

18、降解部分時(shí)ORP會(huì)出 現(xiàn)跳躍點(diǎn)指示COD基本降解完畢;在硝化過程中ORP上升到速率先快后慢,最 后出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái),指示硝化反應(yīng)的結(jié)束;在反硝化過程中,ORP迅速下降,出 現(xiàn)拐點(diǎn)指示反硝化結(jié)束。利用上述的特征點(diǎn)可有效地控制有機(jī)物降解,硝化以及 反硝化時(shí)間口3。高大文,彭永臻等通過實(shí)驗(yàn)對(duì)ORP作為SBR法處理豆制品廢水 過程控制參數(shù)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在整個(gè)反應(yīng)過程中,ORP會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)特征點(diǎn),一 個(gè)是ORP達(dá)到最小值的點(diǎn),一個(gè)是ORP變化量減少時(shí)的點(diǎn);與之對(duì)應(yīng)COD在 整個(gè)反應(yīng)過程中也會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域,當(dāng)ORP達(dá)到最小點(diǎn)時(shí),COD的去除率達(dá)到 8096,當(dāng)ORP變化量減緩時(shí),COD達(dá)到難降解的程度鵬1。曾薇

19、,王淑瑩,彭永臻 發(fā)現(xiàn)當(dāng)有機(jī)物達(dá)到難降解的程度時(shí),DO和ORP迅速大幅度升高,可利用這一 特征有效控制不同條件下有機(jī)物降解所需的曝氣時(shí)間舊3。李凌云通過氧化還原電 位控制脈沖式SBR法深度脫氮,發(fā)現(xiàn)在易降解的有機(jī)物降解結(jié)束時(shí),ORP會(huì)出 現(xiàn)跳躍點(diǎn)。而在反硝化結(jié)束時(shí)ORP會(huì)出現(xiàn)膝點(diǎn)n 0|。侯紅勛用氧化還原電位作為 氧化溝同步硝化反硝化控制參數(shù)3。彭永臻研究反硝化聚磷,認(rèn)為:氧化還原電 位可作為厭氧放磷的控制參數(shù),在缺氧吸磷過程中可預(yù)示反硝化的反應(yīng)程度,但2是無法作為吸磷過程的控制參數(shù)n 21。尹軍,王雪峰等認(rèn)為SBR工藝活性污泥的 比耗氧速率與氧化還原電位有良好的相關(guān)關(guān)系n 3l。汪慧珍,陳鵬

20、等發(fā)現(xiàn)將CASS 運(yùn)行過程劃分為3個(gè)時(shí)間段,此3個(gè)時(shí)間段的ORP分別在-49mv、9mv、30mv 上下波動(dòng),污染物的去除效果均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求n引。譚學(xué)軍研究低溫SBR法污 水處理系統(tǒng)運(yùn)行特性發(fā)現(xiàn)在低溫條件下ORP不適合用于低溫SBR系統(tǒng)的過程控 制n神。王亞宜,彭永臻等發(fā)現(xiàn)在雙污泥SBR工藝反硝化除磷脫氮過程中ORP檢 測(cè)有助于考察微生物所處環(huán)境的厭氧程度,保證放磷反應(yīng)的絕對(duì)厭氧,而且ORP 可以比較準(zhǔn)確地檢測(cè)出反硝化脫氮以及磷的吸收情況n引。凌忠勇,張可方研究 SBBR亞硝酸型同步硝化反硝化過程是發(fā)現(xiàn)pH、ORP、DO與氨氮、硝酸氮、亞 硝酸氮、總氮、COD的變化有良好的相關(guān)性,在反應(yīng)后期

21、ORP曲線的突躍點(diǎn)可 以作為反應(yīng)結(jié)束的控制點(diǎn)¨7|。聞春博,雷中方等對(duì)沸石投加型SBR的好氧段實(shí) 時(shí)優(yōu)化控制研究發(fā)現(xiàn)在進(jìn)水總氮濃度較大的條件下ORP對(duì)硝化終點(diǎn)的指示不明 確,但pH作為控制參數(shù)具有較高的穩(wěn)定性n 8|。高大文、彭永臻等對(duì)SBR交替好 氧缺氧短程反硝化過程控制進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)每一次缺氧反硝化都可以根據(jù)ORP 曲線出現(xiàn)的肘點(diǎn)的出現(xiàn)控制缺氧時(shí)間n引。張超,呂錫武等對(duì)SBR工藝中反硝化 聚磷進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)污染物變化與pH、ORP、DO具有良好的相關(guān)性,在缺氧攪 拌階段,ORP能指示是否發(fā)生了反硝化聚磷反應(yīng)以及反硝化聚磷的程度;在好 氧階段ORP能指示總氮濃度出現(xiàn)最低的時(shí)間心0。

22、對(duì)于化學(xué)處理方法,葉曉華認(rèn)為采用化學(xué)處理方法處理廢水的同時(shí),配合 pH、ORP在線自動(dòng)加藥控制系統(tǒng),可使還原破鉻、氧化破氰及中和反應(yīng)控制在 最佳范圍內(nèi),達(dá)到較好的處理效果乜¨。余健用氧化還原電位預(yù)測(cè)和控制地下水除 鐵濾池出水含鐵量,發(fā)現(xiàn)濾池除鐵量(Y與ORP(X之間的關(guān)系可用回歸方 程Y:0.0004exp3816/(X+200(R2=0.9664表示,當(dāng)ORP在400"-'-'510mv 時(shí),濾池出水含鐵量小于0.3mg/1雎2J。在厭氧廢水處理系統(tǒng)中,氧化還原電位對(duì)產(chǎn)酸發(fā)酵階段有著重要的影響。喻 揚(yáng)控制產(chǎn)酸發(fā)酵階段的氧化還原電位優(yōu)化釀酒酵母乙醇的生長(zhǎng)。趙

23、丹、任南琪 通過控制氧化還原電位來控制不同的產(chǎn)酸發(fā)酵類型舊41。周帆在兩相厭氧反應(yīng)器中 利用氧化還原電位作為相分離的控制參數(shù),發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)酸相反應(yīng)器的ORP明顯 高于產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器,ORP可以作為控制參數(shù)非常良好的實(shí)現(xiàn)相分離瞳51。宋佳3秀對(duì)產(chǎn)氫發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)在不同發(fā)酵類型連續(xù)轉(zhuǎn)化過程中,ORP與pH值 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,不同的發(fā)酵類型具有各自的特征pH和ORP生態(tài)位,通過監(jiān)測(cè) 反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)ORP和pH值可迅速了解反應(yīng)器內(nèi)部動(dòng)態(tài),進(jìn)而及時(shí)指導(dǎo)反應(yīng)器的 運(yùn)行刪。在厭氧廢水處理系統(tǒng)中,氧化還原電位對(duì)污染物的去除有著重要的影響。吳 慧芳運(yùn)用ABR法處理印染廢水發(fā)現(xiàn)ORP隨著廢水流程而逐漸下降,廢水溫度

24、越 高ORP下降的越低瞳71。金杰,俞志敏等發(fā)現(xiàn)在城市食品廢棄物高固體含量厭氧 消化過程前期pH與ORP呈正相關(guān),而在后期呈負(fù)相關(guān)1。藍(lán)惠霞等研究ORP 對(duì)微氧顆粒污泥降解五氯酚的影響,發(fā)現(xiàn)五氯酚的去除率隨ORP的升高而降低; 出水五氯酚、四氯酚和三氯酚濃度隨ORP的降低而降低,而二氯酚濃度卻呈現(xiàn) 上升趨勢(shì)陋引。楊凱,王向德對(duì)低濃度生活污水厭氧處理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)ORP 變化與COD變化吻合,在ORP下降劇烈時(shí),大部分COD被去除;而在ORP 變化平穩(wěn)時(shí),COD也變化穩(wěn)定啪1。王建芳,趙慶良等發(fā)現(xiàn),OSA工藝厭氧段ORP 由一100mv下降到一250mv時(shí),污泥產(chǎn)率由0.439/g下降到0.

25、329/g,證實(shí)了降低 ORP有利于污泥減量鵬¨。在消毒工藝中,氧化還原電位也可作為控制參數(shù)。北京銀燕環(huán)保公司通過控 制氧化還原電位來控制建筑水消毒和含氰廢水氧化過程中的投氯量刳。張延青用 氧化還原電位測(cè)量臭氧處理海水生成的氧化物口引。劉志生認(rèn)為健康飲用水的氧化 還原電位在200mv以下口4。何玲提出在消毒過程中氧化還原電位比自由氯更能 反映產(chǎn)水工藝中出水的氧化能力b引。20世紀(jì)30年代,哈佛大學(xué)生化專家研究組通過監(jiān)測(cè)ORP來研究氯的氧化 能力。結(jié)果表明,氧化還原電位讀數(shù)與氯對(duì)許多微生物和細(xì)菌的殺滅效果高度相 關(guān),即與水質(zhì)的細(xì)菌學(xué)指標(biāo)相關(guān)。最初的發(fā)現(xiàn)很快被各國(guó)對(duì)飲用水和泳池水消毒 的

26、補(bǔ)充研究所證實(shí),之后很多國(guó)際和國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可了氧化還原電位檢測(cè)。 1971年世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水采用氧化還原電位值為650mv(鉑/甘汞電極 或700mv(鉑/氯化銀電極的標(biāo)準(zhǔn):1982年德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)采用750mv(鉑 /氯化銀電極作為德國(guó)公共和商業(yè)泳池水氧化還原電位標(biāo)準(zhǔn):1988年美國(guó)國(guó)4家溫泉和泳池協(xié)會(huì)采用650mv(鉑/氯化銀電極作為公共溫泉氧化還原電位最 低建議值H1。Charpentier J等人根據(jù)15年來的經(jīng)驗(yàn),指出實(shí)際測(cè)量的氧化還原電位數(shù)值與 電化學(xué)平衡理論預(yù)測(cè)的數(shù)值相一致。氧化還原電位數(shù)據(jù)還可以對(duì)曝氣池中的物理 或生物活動(dòng)提供有用的信息:在曝氣階段隨著大部分碳的去除、氨氮

27、的部分硝化, 氨氮全部硝化,ORP逐漸上升;在非曝氣階段硝酸鹽的部分反硝化,完全硝化, ORP逐漸下降船副。在生物脫氮過程中,Koch.Oldham很好地建立了溶解氧,硝酸鹽,氧化還原 電位之間的相關(guān)關(guān)系聆引。Charpentierl踟等,Heduit偏愛使用ORP的絕對(duì)值。 由于在同一個(gè)處理系統(tǒng)中,氧化還原電位的值受化學(xué)物質(zhì)的種類、固體物質(zhì)的濃 度、生化反應(yīng)的活性、pH.溫度等因素的影響,一些研究者(Warehamn們等認(rèn)為 基于氧化還原電位曲線的控制策略比基于氧化還原電位絕對(duì)值的控制策略更好。 AI-Ghusain等推薦應(yīng)用pH的變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)脫氮過程的控制H¨。最近,Saunet

28、等 應(yīng)用氧化還原電位變化規(guī)律進(jìn)行過程控制,取得了較好的N去除率H副。Ra.C.S 采用兩段SBR處理高濃度的豬糞便廢水,應(yīng)用氧化還原電位變化的特征點(diǎn)對(duì)生 物脫氮除磷過程實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)控制H馴。研究者還發(fā)現(xiàn),SBR工藝的硝化反硝化過 程中,硝化結(jié)束時(shí)在DO和ORP曲線上會(huì)出現(xiàn)“氨氮突躍點(diǎn)”,反硝化結(jié)束時(shí), 在ORP曲線上會(huì)出現(xiàn)“硝酸鹽膝”44-45,基于這些特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)SBR的過程 控制H64引。David Gray認(rèn)為在純水處理中,氧化還原電位通常用于保證在水流經(jīng)膜或 離子交換樹脂等可能被氧化破壞的材料前脫除氯或其他氧化劑,當(dāng)亞硫酸氫鹽或 活性炭沒能很好地除氯時(shí),氧化還原電位可以給予警告H副。由

29、于在廢水處理中,發(fā)生的氧化還原反應(yīng)眾多,而且在各反應(yīng)器內(nèi)影響ORP 的因素(物理因素、化學(xué)因素,生物因素也不相同,因此很難判斷ORP的改 變主要由物理因素、化學(xué)因素,生物因素中的那一種引起;在活性污泥處理系統(tǒng) 中存在很多有機(jī)物質(zhì),有機(jī)物濃度較大的變化只引起ORP較小的變化,因此很 難判斷ORP改變主要由那種有機(jī)物引起;在利用ORP控制硝化反硝化上,雖然5各種方法有相通之處,但是在利用ORP曲線拐點(diǎn)判斷脫氮程度還沒有統(tǒng)一的說 法H1;運(yùn)用ORP控制SBR運(yùn)行需要廢水在處理過程中處于穩(wěn)定的狀態(tài),在實(shí)際 應(yīng)用中困難較大。目前對(duì)厭氧生物處理,對(duì)ORP的研究只進(jìn)行了初步的探討,運(yùn)用ORP控制 厭氧池的運(yùn)

30、行還需進(jìn)一步的研究。(1溫度在廢水處理過程中,溫度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。好氧微生物在15,-30 活動(dòng)旺盛,厭氧微生物最佳溫度在35。C附近和55。C附近。在厭氧廢水處理過程 中,溫度的改變對(duì)微生物的組成和增殖、產(chǎn)甲烷速率、污泥的沉淀性能等都有重 要影響,溫度應(yīng)保持穩(wěn)定。為保證厭氧池運(yùn)行的穩(wěn)定,廢水在進(jìn)入?yún)捬醭厍耙话?通過冷卻塔降溫和水蒸氣加熱的方法調(diào)節(jié)廢水溫度至35"C或55。C。由ORP的計(jì)算公式如下:E=Eo+(2.303nF倦Tlg(【OX/Red】,卜某一定濃度下的電極電勢(shì);E0_標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì);R氣體常數(shù)(8.314J.K-1.mol一1;卜溫度(K;n電極反應(yīng)中得到和失去

31、的電子數(shù);F法拉第常數(shù)(96485Cmol一;【Ox或【Red】氧化型物質(zhì)或還原型物質(zhì)的濃度,由此公式可知可知溶液溫度越高,溶液的ORP越低;在廢水處理過程中, 溫度的影響也是如此。另外,水處理過程溫度越高,ORP越低,還與溫度升高導(dǎo)致水分子團(tuán)蔟變 6小有關(guān)H引。尹軍,劉志生用純水做實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)T與ORP的線性擬合結(jié)果:y=-3. 4799x+313.66,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.981,Y為氧化還原電位,x為溫度可知ORP與 T有良好的相關(guān)性H91。此外,溫度的改變也可同時(shí)導(dǎo)致酸堿度、氣體溶解度、生物活性的改變以及 水體污染物相間平衡的改變,進(jìn)而影響ORP。(2壓力壓力包括液體壓力、機(jī)械壓力和氣體壓力

32、。在廢水處理過程中,壓力主要影 響氣體的溶解度,進(jìn)而影響微生物的活性。在水體中,壓力的增大,可導(dǎo)致氣體 的溶解量增加。在厭氧池中,壓力的增加可導(dǎo)致甲烷、一氧化碳,硫化氫等還原 性氣體的增加,降低體系的氧化還原電位;但這些氣體的增加可抑制產(chǎn)甲烷菌和 產(chǎn)酸菌的活性。在好氧池中,壓力增加可提高溶解氧的濃度,提高系統(tǒng)的氧化還 原電位。(1pH值廢水處理中,pH值是一個(gè)重要的控制因子。好氧微生物和發(fā)酵產(chǎn)酸菌最佳 生長(zhǎng)pH值為6.5-,8.5,厭氧產(chǎn)甲烷菌的最適宜pH為6.87.2。為控制合適的 pH值,一般通過加堿調(diào)節(jié)的方法控制。微生物的污染物的代謝活動(dòng)對(duì)pH值影 響很大,在產(chǎn)酸階段,產(chǎn)酸菌分解大分子有

33、機(jī)物產(chǎn)生脂肪酸和二氧化碳有降低 pH的作用,但在分解蛋白質(zhì)的過程中產(chǎn)生氨有提升pH值的作用;在產(chǎn)甲烷階 段,產(chǎn)甲烷菌利用乙酸產(chǎn)甲烷可提高系統(tǒng)的pH值。pH值是引起ORP升降的一個(gè)重要因素,pH值越高,ORP越低;pH值越低, ORP越高。在有H+參與的氧化還原反應(yīng)的ORP計(jì)算公式也可驗(yàn)證。尹軍,劉志 生用純水做實(shí)驗(yàn)通過Na0H和HCL調(diào)節(jié)純水pH值分析pH值與ORP關(guān)系的線性 擬合結(jié)果:y=-48.111x+643.84,相關(guān)系數(shù)為0.9681,其中y為氧化還原電位,X 為pH值,可知在純水中pH與ORP有良好的相關(guān)性49o在污水中雖然pH與 ORP有一定的相關(guān)性,但由于ORP還受微生物活動(dòng)、

34、溶解氧等因素的影響,pH 與ORP的相關(guān)性沒有在純水中的強(qiáng)。7(2Do在好氧池中,出水口出DO應(yīng)控制在2mg/l,如果是純氧曝氣應(yīng)在4mg/l。缺 氧反硝化池DO應(yīng)在0.5mg/1H刨。在厭氧池中,分子氧基本上不存在,硝態(tài)氮最 好小于0.2mg/1。DO作為廢水處理的一種氧化劑,是引起系統(tǒng)ORP升高最直接的原因。在 純水中,ORP與DO的對(duì)數(shù)成線形關(guān)系,ORP隨DO的升高而升高。唐曉,王 佳測(cè)量的海水ORP與溶解氧的對(duì)數(shù)線性擬合結(jié)果:y=231+65.5109DO,其中Y 為氧化還原電位,DO為溶解氧濃度嘞3。(3離子廢水中經(jīng)常含有一些無機(jī)或有機(jī)離子及絡(luò)合離子,如Fe”、Fe2+、Cr207、

35、 N03一、S04扣、N02一、NI-h+、CH3C00一、胺離子,氨基酸離子等5u。在廢水處理 過程中,這些離子不斷改變價(jià)態(tài)或在相間不斷傳遞。這些離子的存在、遷移和轉(zhuǎn) 變無疑可導(dǎo)致ORP的改變。(4有機(jī)物有機(jī)物一般都是強(qiáng)還原劑。在廢水處理過程中,它不斷被代謝為小分子物質(zhì) 或被共代謝為易降解的物質(zhì)。在厭氧代謝過程中,它可生成比原有機(jī)物還原性更 強(qiáng)的物質(zhì)如氨氣、甲烷和硫化氫,降低體系的氧化還原電位;在好氧代謝過程中, 有機(jī)物被氧化生成二氧化碳,硝酸鹽提高系統(tǒng)的氧化還原電位。(5固體物質(zhì)在廢水中,存在有菌膠團(tuán)、顆粒污泥、黏土化合物,無機(jī)高分子化合物及腐 殖質(zhì)等具有巨大表面積和表面能的物質(zhì),它能吸附

36、無機(jī)離子和有機(jī)物導(dǎo)致氧化還 原物質(zhì)在相間的不斷轉(zhuǎn)移,從而引起氧化還原電位的變化嫡¨。(6堿度和硬度堿度分碳酸鹽堿度和重碳酸鹽堿度,硬度分Ca鹽硬度和Mg鹽硬度。堿度 和硬度的增加都可降低氧化還原電位H鍆,尹軍,劉志生用純水做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 也可驗(yàn)證H鍆。堿度增加降低ORP主要是提高pH的結(jié)果,但比pH升高降低ORP 的效果更強(qiáng)。硬度改變ORP主要與Ca鹽和Mg鹽有破壞水分子團(tuán)蔟的作用有關(guān)。(1微生物的種類微生物都有改變系統(tǒng)氧化還原電位的作用。好氧微生物、厭氧微生物,兼性 微生物都有降低氧化還原電位的作用陸列。好氧微生物通過以氧氣為最終電子受 體,消耗水體中的溶解氧來降低系統(tǒng)的電位。兼

37、性微生物先以氧氣或硝酸根、亞 硝酸根,硫酸根等為電子受體,消耗氧氣或含氧離子來降低體系的氧化還原電位, 這些離子或氧氣消耗完后,兼性微生物進(jìn)行厭氧代謝產(chǎn)生還原性物質(zhì)進(jìn)一步降低 水體的氧化還原電位。厭氧微生物通過代謝產(chǎn)生還原性有機(jī)物來降低體系的氧化 還原電位。在氧化塘廢水處理技術(shù)中,藻類的光合作用產(chǎn)生的溶解氧能增加水體 中溶解氧的含量,從而提高系統(tǒng)的氧化還原電位。(2微生物的組成在廢水生物處理系統(tǒng)中,存在著獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。在兩相厭氧生物反應(yīng)器中, 實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的有效分離,便于系統(tǒng)的控制和管理。在絮狀泥占優(yōu)勢(shì) 的UASB中,沿水流方向依次篩選出了產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌。在厭氧顆粒泥和厭 氧生物

38、膜中,從外部到內(nèi)部,占優(yōu)勢(shì)的菌種由產(chǎn)酸菌向產(chǎn)甲烷菌轉(zhuǎn)變。在厭氧反 應(yīng)系統(tǒng)中,必須把溶解氧濃度和氧化還原電位控制的很低,特別是在產(chǎn)甲烷階段, 氧化還原電位不能高于一330mv,相當(dāng)于2.36×1056L水中含有l(wèi)mol氧。而進(jìn)水 中難免會(huì)有溶解氧的存在,但在這種獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)的作用下,通過好氧微生物、 兼性微生物、厭氧微生物之間的協(xié)同作用以及共生作用,系統(tǒng)的氧化還原電位能 很快降到甲烷菌適宜生長(zhǎng)的范圍一330mv以下。這種低氧化還原電位的現(xiàn)象不僅 存在于厭氧反應(yīng)器中,甚至在曝氣池中的絮狀泥中也出現(xiàn)這種現(xiàn)象。(3微生物的活性厭氧活性污泥的活性可由最大比產(chǎn)甲烷速率和最大比COD去除速率表示

39、。 好氧活性污泥的活性也可由最大比COD去除速率表示。微生物的活性越高,消 耗氧氣的速率和產(chǎn)生還原性物質(zhì)的速率也越快,ORP降低也越迅速。氧化還原電位作為反映水體狀況的一項(xiàng)綜合指標(biāo),其影響因素眾多,總的來 說可歸結(jié)為三類:物理因素、化學(xué)因素、生化因素。這三個(gè)因素不是孤立的,它 們相互影響、相互制約。溫度的升高可弱酸和弱堿的進(jìn)一步電離、氣體溶解度降 9低、生物活性的改變以及水體污染物相間平衡的改變。壓力的增大可抑制微生物 的代謝活性和增加氣體的溶解度。在厭氧反應(yīng)過程中,一些氣體如硫化氫和氫氣 的增加可以只產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷反應(yīng)。微生物生長(zhǎng)都需要適宜的pH值和溶解氧,這 些因素的改變可導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)狀況

40、的改變。如在好氧池中pH值<6.5會(huì)抑制菌 膠團(tuán)細(xì)菌的生長(zhǎng)而有利于絲狀菌的生長(zhǎng),容易產(chǎn)生污泥膨脹;而pH值>ll時(shí), 可使活性污泥活性降低。在厭氧池,pH值<6時(shí),嚴(yán)重影響產(chǎn)甲烷的反應(yīng)。在好 氧池中,最好保持池內(nèi)的溶解氧大于2mg/1,溶解氧過低可導(dǎo)致污泥膨脹。在厭 氧池中則要嚴(yán)格密閉反應(yīng)器,防止溶解氧的進(jìn)入。重金屬離子可通過與酶蛋白結(jié) 合抑制生物活性。有機(jī)負(fù)荷的改變可影響微生物的降解速率和產(chǎn)甲烷活性,當(dāng)有 機(jī)負(fù)荷低時(shí),由于微生物得不到足夠的營(yíng)養(yǎng),代謝速率和產(chǎn)甲烷速率均較低;當(dāng) 有機(jī)負(fù)荷高時(shí),微生物代謝的速率較快,產(chǎn)甲烷量較大。微生物代謝有機(jī)物產(chǎn)生 的能量、氣體,氫離子可改變

41、水體的溫度、氣體分壓,水體pH。(1對(duì)金屬離子遷移的影響環(huán)境中的氧化還原電位,對(duì)元素的遷移能力有巨大影響,一些重金屬在氧化 環(huán)境中具有較高的遷移能力,而一些在還原環(huán)境中容易遷移。如鉻、釩在高度氧 化的環(huán)境中形成易溶解的化合物鉻酸鹽和釩酸鹽。在還原環(huán)境中一些金屬離子與 S2一結(jié)合,生成沉淀。在水體沉積物表層,是一個(gè)對(duì)氧化還原電位極敏感的化學(xué)和 生物系統(tǒng),極低的氧化還原電位都能引起金屬向間隙水釋放加劇瞄¨。(2對(duì)金屬毒性的影響在不同的氧化還原條件下,金屬離子的價(jià)態(tài)也不同。在高氧化還原電位條件 下,金屬離子一般有高的電位,在低氧化還原電位條件下,金屬離子一般有低的 電位。而離子價(jià)態(tài)的不同,

42、毒性也不同,如Cr6+的毒性大于Cr3+,As3+對(duì)脫氫酶的 毒性比As5+平均大53倍。在水體沉積物中,氧化還原電位的變化導(dǎo)致金屬離子 的釋放能加重金屬離子的生物毒性畸¨。lO好氧微生物生長(zhǎng)最適宜的氧化還原電位為300-,400mv,在100mv以上即能 生長(zhǎng);厭氧微生物的氧化還原電位<100mv,兼性厭氧微生物氧化還原電位>100mv 時(shí)進(jìn)行有氧呼吸,氧化還原電位<100mv時(shí)進(jìn)行無氧呼吸或厭氧發(fā)酵。產(chǎn)酸細(xì)菌 對(duì)氧化還原電位要求不甚嚴(yán)格,甚至在一100,-一+100mv之間進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。產(chǎn)甲 烷菌對(duì)氧化還原電位要求十分嚴(yán)格,它的最適氧化還原電位為一400&quo

43、t;-,一500mv, 在培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌的初期,氧化還原電位甚至不能高于一330mv哺21。厭氧微生物之所以不能在高氧化還原電位下生長(zhǎng)是因?yàn)?(1厭氧微生物細(xì) 胞中無高電位的細(xì)胞色素和細(xì)胞色素氧化酶;(2對(duì)微生物生長(zhǎng)所必需的一個(gè)或 多個(gè)酶的-SH只有被完全還原以后這些酶才能活化或活躍地起酶學(xué)功能,因此環(huán) 境中僅僅無氧的存在不足以為厭氧微生物尤其是嚴(yán)格厭氧微生物提供生長(zhǎng)條件, 還必須是環(huán)境中的氧化還原電位穩(wěn)定在厭氧微生物所要求的范圍。顧夏聲認(rèn)為氧化還原電位對(duì)于厭氧消化過程有強(qiáng)烈的影響畸朝。Has S.J指出 甲烷菌最佳比生長(zhǎng)速率和比產(chǎn)甲烷速率在ORP為一370一500mV,而ORP在 一315&q

44、uot;-一350mv之間時(shí)急劇下降1。Fetzerch等認(rèn)為ORP為100mv即可抑制甲烷 菌methanosarcina barKeri從甲醇產(chǎn)生甲烷陸5l,但Fetzer卻認(rèn)為溶解氧的存在對(duì) EGSB反應(yīng)器的運(yùn)行沒有明顯的影響嘞3。決定發(fā)酵類型最主要的限制因子是pH和ORP陸71。產(chǎn)酸相的3種發(fā)酵類型(乙 醇發(fā)酵、丙酸發(fā)酵,丁酸發(fā)酵中,丁酸型發(fā)酵和丙酸型發(fā)酵分別以丁酸或丙酸 為主要液相末端發(fā)酵產(chǎn)物,而乙醇型發(fā)酵的主要液相末端產(chǎn)物為乙醇和乙酸。 喻揚(yáng)控制產(chǎn)酸發(fā)酵階段的氧化還原電位優(yōu)化釀酒酵母乙醇的生長(zhǎng),發(fā)現(xiàn)不同 的ORP值水平時(shí)對(duì)乙醇得率,甘油形成,有機(jī)分泌、生物量和軍體死亡率的影 響有明

45、顯的差異。任南琪通過控制氧化還原電位來控制不同的產(chǎn)酸發(fā)酵類型, 發(fā)現(xiàn)當(dāng)ORP高達(dá)100mv時(shí)主要發(fā)生丙酸型發(fā)酵,在pH值為5不變的情況下, 隨著ORP自然降低至-100mv,開始發(fā)生丁酸型發(fā)酵;在ORP調(diào)解階段,當(dāng)通過ORP控制反應(yīng)器的ORP為一220my時(shí)丁酸型發(fā)酵向丙酸性發(fā)酵轉(zhuǎn)變乜4|。周帆 認(rèn)為酸相反應(yīng)器的ORP在一200"-"一300mv之間,而甲烷相反應(yīng)器ORP在一300mv 以下,在兩相厭氧反應(yīng)器中利用氧化還原電位可以作為相分離的控制參數(shù)乜51。 宋佳秀對(duì)產(chǎn)氫發(fā)酵系統(tǒng)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)在不同發(fā)酵類型連續(xù)轉(zhuǎn)化過程中,ORP與 pH值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,不同的發(fā)酵類型具有各自的

46、特征pH和ORP生態(tài)位,通過 監(jiān)測(cè)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)ORP和pH值可迅速了解反應(yīng)器內(nèi)部動(dòng)態(tài),進(jìn)而及時(shí)指導(dǎo)反應(yīng) 器的運(yùn)行啪3。宮曼麗,任南琪等對(duì)丁酸型發(fā)酵生物制氫反應(yīng)器的運(yùn)行特性進(jìn)行研 究,發(fā)現(xiàn)以湯米廢水為底物,實(shí)現(xiàn)生物制氫反應(yīng)器丁酸型發(fā)酵連續(xù)流穩(wěn)定運(yùn)行的 ORP條件為一480mv-500mv啪1。對(duì)生活污水進(jìn)行曝氣,經(jīng)過一段時(shí)間后,廢水內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一些黃褐色的絮凝體, 這些絮凝體稱作活性污泥。好氧生物處理是在有氧氣的條件下,利用活性污泥中 的好氧微生物和兼性微生物,以污染物作為電子供體,以氧氣作為電子受體,分 解污染物的方法為二氧化碳和水的方法畸引;按活性污泥存在的方式可分為懸浮型 活性污泥法和附著型活性

47、污泥法。(1吸附由于活性污泥具有較大的比表面積,并且活性污泥表面覆蓋了多糖類的粘性 莢膜或粘液層,活性污泥很容易通過截留、范德華力、化學(xué)鍵等方式吸附水體中 的溶解狀態(tài)或膠體狀狀態(tài)的污染物質(zhì)。(2生物氧化污染物被吸附到微生物表面后,小分子的有機(jī)物被直接運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞體內(nèi),大 分子的有機(jī)物如淀粉、蛋白質(zhì)、高分子脂肪酸,脂肪等被微生物胞外酶水解成小 分子的物質(zhì)然后進(jìn)入微生物體內(nèi)。微生物進(jìn)入微生物體內(nèi)后,在線粒體和細(xì)胞膜 表面經(jīng)過電子傳遞體系被氧化呈二氧化碳和水,產(chǎn)生的能量一部分釋放出來,一 部分用于合成細(xì)胞物質(zhì),活性污泥增殖。12(3絮凝沉淀當(dāng)大部分有機(jī)物分解去除后,活性污泥法完成了凈化功能,處理后的凈

48、水要 排放出去。這時(shí)要對(duì)泥水混合液進(jìn)行分離沉淀,使上清液排放。沉淀過程對(duì)出水 有重要的影響,如果沉淀效果不好,由于活性污泥本身是一種有機(jī)物,出水中如 果含有污泥的話會(huì)增加出水COD,并且會(huì)導(dǎo)致生物量的流失。活性污泥由4部分組成:(1具有生物活性的微生物群體;(2微生物代謝 的剩余物質(zhì);(3微生物吸附的污水中的有機(jī)物質(zhì);(4微生物吸附的無機(jī)物質(zhì)。 其中微生物群體主要由好氧微生物和一部分兼性微生物組成;微生物中90-.一 95%為細(xì)菌,另外還有一些真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物。活性污泥中細(xì)菌主要以異養(yǎng)型細(xì)菌為主,成熟的正?；钚晕勰嗟募?xì)菌數(shù)大致 在107108個(gè)/ml嫡町活性污泥之間?；钚晕勰嘀械脑鷦?dòng)

49、物主要有肉足蟲、纖毛 蟲,鞭毛蟲;后生動(dòng)物主要有輪蟲、線蟲和瓢體蟲。好氧生物處理技術(shù)的影響因素主要有:溫度、酸堿度、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、 負(fù)荷和有毒物質(zhì)。(1溫度活性污泥法中的微生物主要是一些嗜溫細(xì)菌,最適溫度在1530;為安 全,一般認(rèn)為活性污泥法的最低溫度為10,最高溫度為35。(2酸堿度不同的微生物對(duì)pH要求不同,一般活性污泥法適宜的pH在6.5"-8.5,但 經(jīng)過馴化后,微生物對(duì)pH適應(yīng)的范圍可擴(kuò)大。(3溶解氧 . 在廢水中,當(dāng)溶解氧為2mg/l時(shí),污泥絮體內(nèi)部的溶解氧只有0.2"-0.3mg/l, 對(duì)菌膠團(tuán)細(xì)菌不利,但對(duì)絲狀菌生長(zhǎng)有力,很容易導(dǎo)致污泥膨脹。因此為保持

50、活 性污泥法的正常運(yùn)行,溶解氧應(yīng)大于2mg/l。如果是采用的是純氧曝氣,則溶解 氧應(yīng)保持在4mgfl。(4營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生活污水中,C、N,P比例比較合適,不需要另外投加C、N,P;而許多工業(yè)廢水中好多缺乏N和P元素,導(dǎo)致微生物不能很好地生長(zhǎng),因此需要投加N, P。C:N:P一般要求在100:5:l。微生物除了上述營(yíng)養(yǎng)元素外,還需要S、K、 Na、Ca、Fe,Mg等元素,但需要量甚微,一般廢水都能供給。(5負(fù)荷負(fù)荷分為容積負(fù)荷和有機(jī)負(fù)荷。在負(fù)荷較低時(shí),微生物得不到足夠的營(yíng)養(yǎng), 生長(zhǎng)繁殖緩慢,產(chǎn)泥量少;當(dāng)負(fù)荷高時(shí),微生物增長(zhǎng)迅速,產(chǎn)泥量大,需要不斷 排泥,而且當(dāng)負(fù)荷過高時(shí)會(huì)發(fā)生污泥膨脹。因此要根據(jù)需

51、要,適當(dāng)調(diào)整負(fù)荷。 (6有毒物質(zhì)有毒物質(zhì)主要有重金屬離子、硫化物、氨氮、以及有毒有機(jī)物等。廢水厭氧生物處理在早期又被稱為厭氧消化、厭氧發(fā)酵;是指在厭氧條件下 發(fā)生的,由多種微生物共同左右,以有機(jī)物作為電子供體,以中間代謝產(chǎn)物為電 子受體,生成甲烷和二氧化碳。厭氧池體微生物眾多,有產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌、同型產(chǎn) 乙酸菌、硝化反硝化細(xì)菌、硫化和反硫化細(xì)菌,甚至當(dāng)進(jìn)水溶解氧較高時(shí),厭氧 池底部會(huì)出現(xiàn)好氧細(xì)菌。在這些細(xì)菌的綜合作用下,維持了厭氧池的厭氧環(huán)境。 厭氧池中的主要細(xì)菌為發(fā)酵細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、產(chǎn)甲烷菌。(1水解、發(fā)酵階段:將大分子的有機(jī)物,不溶性有機(jī)物在細(xì)胞外酶的作 用下水解為

52、小分子、溶解性有機(jī)物然后進(jìn)入細(xì)胞轉(zhuǎn)化為脂肪酸、醇類、氫氣,二 氧化碳;(2產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段:產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌將丙酸、丁酸等脂肪酸和乙醇等轉(zhuǎn)化 為乙酸、H2和C02;(3產(chǎn)甲烷階段:產(chǎn)甲烷菌利用乙酸鹽和乙酸以及H2、C02產(chǎn)生CH4,此 過程由兩組不同的產(chǎn)甲烷菌完成,一組把氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化成為甲烷,稱為氧 化氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌(HOMC57;另一組從乙酸和乙酸鹽脫羧產(chǎn)生甲烷,分為氧化 氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌(HOMA、非氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌(NHOAM;14整攪太主亟±莖僮迨塞 查扭廛壟塾堡王猩主氫絲還廈皇焦絲簽蛙塑窒 (4在上述三階段理論的基礎(chǔ)上,人們又增加了一類細(xì)菌同型產(chǎn)乙酸 菌,其主要功

53、能是可以將產(chǎn)生的H2/C02合成為乙酸。但研究表明,實(shí)際上這一 部分由H2/C02合成而來的乙酸只有在氫分壓較大時(shí)才會(huì)出現(xiàn),其含量較少,只 占厭氧體系中總乙酸量的3%左右。1.6。2厭氧生物處理過程中微生物優(yōu)勢(shì)種群在厭氧生物處理過程中,由于內(nèi)部各區(qū)域生態(tài)環(huán)境的差異以及各微生物生長(zhǎng) 環(huán)境條件的差異,造成產(chǎn)酸細(xì)菌(產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌AFB、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌HPA、同 型產(chǎn)乙酸細(xì)菌HOMA、產(chǎn)甲烷細(xì)菌(氧化氫產(chǎn)甲烷細(xì)菌HOM、氧化氫利用乙 酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌HOMA、非氧化氫利用乙酸產(chǎn)甲烷細(xì)菌NHOAM中各類群細(xì)菌 有規(guī)律地出現(xiàn)演替。在推流式反應(yīng)器中,優(yōu)勢(shì)種群沿水流方向的典型演替規(guī)律如 下所示:進(jìn)水 斗 AFB、H

54、PA、 HOMA、HOM、 HOAMHOMA、 HOAM NHOAMHOM出水-另外不同的產(chǎn)酸發(fā)酵類型,優(yōu)勢(shì)菌群也不相同。在ORP為一150mv'-"一400mv 的范圍內(nèi),pH4-4.5往往發(fā)生乙醇型發(fā)酵,這時(shí)優(yōu)勢(shì)菌群主要是梭狀芽孢桿菌、 發(fā)酵單胞桿菌屬、消化球菌屬、紅螺菌屬;以及紅假單胞菌屬;pH4.55時(shí)往 往發(fā)生丁酸型發(fā)酵,優(yōu)勢(shì)菌群主要是氣單胞菌屬、擬桿菌屬、梭桿菌屬,梭狀芽 孢桿菌屬;pH5左右往往發(fā)生混合型酸發(fā)酵;pH5.5左右發(fā)生丙酸型發(fā)酵,優(yōu)勢(shì) 菌群主要是丙酸桿菌,韋榮氏球菌屬;pH6以上往往發(fā)生丁酸型發(fā)酵,優(yōu)勢(shì)菌群 是氣單胞菌屬、擬桿菌屬、梭桿菌屬,梭狀芽孢

55、桿菌屬哺01。顆粒污泥的外觀實(shí)際上是多種多樣,有呈卵形、球形、絲形等;其直徑一般 為0.12mill,最大可達(dá)3"-5mm;反應(yīng)區(qū)底部的顆粒污泥多以無機(jī)粒子作為核 心:相對(duì)密度在1.Ol1.05左右;顆粒污泥主要由各類微生物、無機(jī)礦物以及 有機(jī)的胞外多聚物等,其VSS/SS一般為7080%;一般顆粒污泥中C、H、N的 比例為C約為40-'-50%、H約為7%、N約為10%;灰分含量因接種污泥的來源、 處理水質(zhì)等的不同而有較大差異,一般灰分含量可達(dá)8.8"-,55%哺“;15顆粒泥相當(dāng)于一個(gè)微小的生態(tài)系統(tǒng),其上有各類水解發(fā)酵菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌、 和產(chǎn)甲烷菌,其構(gòu)成遵循生

56、物代謝規(guī)律,即產(chǎn)酸菌在顆粒表面,產(chǎn)甲烷菌在顆粒 內(nèi)部。顆粒泥這一組成有利于基質(zhì)的傳遞。顆粒污泥的活性可以用最大比產(chǎn)甲烷速率和最大底物去除速率表示。另外, VSS可以反映顆粒泥中有機(jī)物的量,而微生物的數(shù)量很難通過計(jì)量來獲得,一般 可以使用VSS反映微生物的量。因此,也可用VSS/SS反映微生物的活性。一般 可認(rèn)為當(dāng)VSS/SS>70%時(shí),微生物的活性較強(qiáng)。1.6。4厭氧生物處理的影響因素產(chǎn)甲烷反應(yīng)是厭氧消化過程的控制階段,因此,一般來說,在討論厭氧生物 處理的影響因素時(shí)主要討論影響產(chǎn)甲烷菌的各項(xiàng)因素;主要影響因素有:溫度、 pH值、氧化還原電位、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、F/M比、有毒物質(zhì)等。(1溫度溫度

57、對(duì)厭氧微生物的影響尤為顯著;厭氧細(xì)菌可分為嗜熱菌(或高溫菌、 嗜溫菌(中溫菌;相應(yīng)地,厭氧消化分為:高溫消化(550C左右和中溫消化 (350C左右。(2pH值和酸度堿度pH是厭氧反應(yīng)的重要影響因素,產(chǎn)甲烷菌最適宜的pH在6.87.2之間。 在厭氧反應(yīng)器內(nèi),pH在產(chǎn)酸菌、產(chǎn)甲烷菌、氣體溶解平衡、溫度等因素綜合作 用的結(jié)果。產(chǎn)酸菌產(chǎn)生脂肪酸和二氧化碳,二氧化碳溶于水生成碳酸,都能消耗 水體的堿度;產(chǎn)甲烷菌能夠利用脂肪酸和二氧化碳產(chǎn)甲烷,為水體補(bǔ)充堿度。厭 氧池內(nèi)pH是產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌綜合作用的結(jié)果。(3氧化還原電位氧化還原電位是維持化學(xué)反應(yīng)和微生物生長(zhǎng)的重要因素;每種微生物都有其 適宜生長(zhǎng)的氧化

58、還原條件,非產(chǎn)甲烷菌適宜的化還原電位為+100一250mv的環(huán) 境正常生長(zhǎng)和活動(dòng);產(chǎn)甲烷菌的最適氧化還原電位為一400一500mv,在培養(yǎng)產(chǎn) 甲烷菌的初期,氧化還原電位不能高于一330mv。(4營(yíng)養(yǎng)條件厭氧微生物的生長(zhǎng)速率較低,對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的要求低于好氧微生物, 15其要求C:N:P=500:5:1畸引;多數(shù)厭氧菌不具有合成某些必要的維生素或 氨基酸的功能,所以有時(shí)需要投加:K、Na、Ca、Fe等金屬鹽類;微量元 素Ni、Co、Mo等;有機(jī)微量物質(zhì):酵母浸出膏、生物素、維生素等。(5負(fù)荷率厭氧生物處理的有機(jī)物負(fù)荷較好氧生物處理更高,一般可達(dá)5 10KgCOD/m3.d,甚至可達(dá)50-80KgCOD/m3.d。有機(jī)負(fù)荷率對(duì)底物和微生物之間的平衡以及產(chǎn)酸發(fā)酵和產(chǎn)甲烷反應(yīng)之間的 平衡起著重要的作用。高的有機(jī)負(fù)荷能提高生物量,減少反應(yīng)器的容積,但有機(jī) 負(fù)荷過高能導(dǎo)致廢水的酸化。(6有毒物質(zhì):所謂的有毒是相對(duì)的,有毒物質(zhì)在量較小時(shí)會(huì)成為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),判斷某種物質(zhì) 是否有毒要看它的量是否超過它的毒閩值。廢水處理中常見的有毒物質(zhì)有:硫化 物、氨氮、重金屬、氰化物及某些有機(jī)物。本文依據(jù)以下理論:在廢水處理系統(tǒng)中,同時(shí)進(jìn)行著大量的氧化還原反應(yīng):在廢水生物處理系統(tǒng)中微生物的合成代謝和呼吸作用,加藥間添加氧化劑如氯化 鐵后發(fā)生的氧化反應(yīng),有的可能達(dá)到平衡,有的可能未達(dá)到平衡,這時(shí),對(duì)于