根据厌氧生物降解的四阶段理论,可以看出厌氧消化的第三阶段(产甲烷阶段)为限速阶段。废水中的有机酸很容易被甲烷菌直接利用转化为沼气(CH4,CO2和H2O),从而使废水中的有机酸得以去除,废水pH上升,故对废水在正常运行情况下不必投加碱中和厌氧反应器进水pH值。
厌氧消化可分为高温厌氧消化(55˚C)、中温(35˚C)和常温厌氧消化,高温厌氧消化效率高;中温厌氧消化效果更稳定,其容积负荷均在5~20KgCOD/(m3.d);而常温厌氧消化效果较低。考虑到当地的气象条件和水量水质特征,本设计中采用中温厌氧发酵工艺。
厌氧生物处理过程与好氧生物处理相比较,厌氧生物处理的主要特征是:能量需求大大降低,还可产生能量。这是因为厌氧生物处理不要求供给氧气,相反却能生产出含有的50~70%甲烷(CH4)的沼气,含有较高的热值(约为21000~25000kJ/m3),可以用作能源。为去除lkgCOD,好氧生物处理约需消耗0.5~1.0kWh电能,而厌氧生物处理每去除1kgCOD约能产生3.5kWh等效电能;污泥产量极低。这是因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多。一般,厌氧消化中产酸细菌的产率Y为0.15~0.34,产甲烷细菌为0.03左右,混合菌群的产率约0.17。而好氧微生物的产率约为0.25~0.6(Y的单位为kgVSS/kgCOD)。因此,好氧生物处理的污泥产量约为250~600gVSS/kgCOD(去除),而厌氧生物处理的污泥产量仅为20~180gVSS/kgCOD(去除);对温度、pH等环境因素更为敏感。厌氧细菌可分为高温菌和中温菌两大类,其适宜的温度范围分别为55℃左右和35℃左右。如温度降至10℃以下,厌氧微生物的活动能力将非常低下。而好氧微生物对温度的适应能力较强,在5℃以上的温度条件下均能较好地发挥作用,产甲烷菌的适宜pH范围也较好氧菌为小;处理后废水有机物浓度在一定操作条件下略高于好氧处理;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(或部份降解);厌氧处理过程的反应较复杂。厌氧消化是由多种不同性质、不同功能的微生物协同工作的一个连续的微生物学过程,远比好氧生物处理中的微生物过程复杂。
FIC反应器主要应用于有机废水的处理,不要外力可产生自动内循环,体积负荷率高,污染物去除率高。因为FIC反应器相当上下两个UASB反应器的串联运行,下面一个UASB反应器具有很高的有机负荷率,起“粗”处理作用,上面一个UASB反应器的负荷低,起“精”处理作用,出水水质会较好。
FIC反应器结构如下图,被处理的废水由进水系统配送至反应器内,绝大部分有机物在*反应室得到有效处理,第二反应室再对剩余有机物进行精度处理,确保出水符合处理要求。在*、二反应室产生的沼气由三相分离器收集,由提升管通过气提作用将沼气和部分反应液送至顶部的分离器,沼气经分离器分离后排出,反应液回流至布水系统实现“内循环”。
FIC厌氧反应器的运用优势有:
1)反应器的有机负荷运行高
2)出水水质稳定
3)系统启动时间快
4)水力停留时间短
5)产生的沼气利用率高
6)结构紧凑,占地面积少
7)适用处理的废水种类多
8)对进水中SS含量要求低
9)剩余污泥用途多
10)运行费用低