（环境工程专业论文）废水厌氧生物处理中氢作用机理初步试验研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下( 或我个人) 进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学 院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：煎苤日期；赳 关于论文使用授权的说明 本人完全了解桂林工学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 签名：查查导师签名：乏璺丝盘蕴日期：迹：2 桂林工学院硕士学位论文 摘要 本文以污水厌氧生物处理中氢的作用为研究对象，通过实验过程与数据 分析，研究氢在厌氧生物处理中的作用。实验利用加于折流板厌氧反应器的 直流电场改变污水厌氧处理的环境条件，采用两个相同厌氧反应器实验的方 式进行，通过实验监测比较出水水质发现：在废水厌氧生物处理过程中氢 气浓度的变化可以调节环境中氧化还原电位和酸碱度，当其维持在适宜的浓 度范围内，可以缩短反应器启动时间，加快反应进程，提高出水水质。实验 分两个阶段进行。反应器内污泥取自桂林漓泉啤酒厂已形成的颗粒污泥，污 泥含水率为8 2 4 。实验用厌氧反应器中加电场的为1 # 未加电场为2 # ，第 一阶段，实验废水为啤酒废水。实验过程中，外加电场电压由整流器控制， 其初始电压经空白试验确定为3 伏。进水负荷刚开始为o5k g m 3 d ，负荷每 周提高o5k g m 3 d ，四周后达到2k g m 3 d 而后每周提高1 5k g m 3 d 浓度， 最后达到8 k g m 3 d 。本阶段实验，1 反应器达到稳定状态的时间要比得2 # 反 应器减少1 6 天，而c o d 去除率也要比2 ! 高l o 个百分点：反应器启动初期， 水质开始出现酸化现象，1 撑反应器比2 # 反应器提前1 周左右恢复正常，之后 p h 值也相对稳定。第二阶段，实验废水为糖蜜废水。电场电压为3 v ，反应 器运行过程中最高负荷为4 0 k g m 3 d ，同一阶段的实验结果基本相符，l # 反应 器的c o d 去除率比2 f 高1 0 左右，p h 值仍然比较稳定，基本保持在6 5 7 3 范围内，2 # 反应器中废水中p h 值为6 3 6 9 ，略微出现酸化：而硫酸盐去 除率也高于2 # 6 7 左右，但是，当负荷超过4 0 k g m 3 d 时，这三个监测 项目值均丌始呈下降趋势，通过分析推测认为是硫酸盐含量过高而对反应产 生了抑制作用。反应器稳定运行后的水力停留时间为2 4 h 。 通过对实验结果的分析研究表明，利用外加电场电解水产生氢来控制调 节厌氧反应过程中氢气的浓度，使其基本保持在适宜的浓度范围内，不仅可 以缩短厌氧反应器启动时间，提高c o d 降鳃率，同时对厌氧过程的酸化起到 一定的缓冲调节作用。从对糖蜜废水处理的结果可以看出，外加电场的存在， 在一定程度上，也可以提高硫酸盐去除效率。实验从改变外界环境条件的角 度出发，来提高废水厌氧生物处理效率，其结果对厌氧生物处理的进一步拓 展发展，具有较大的意义。 4 桂林工学院硕士学位论文 关键词：原子态氢直流电场 折流板厌氧反应器 a b s t r a e t i t i sb a s i so nt h e a c t i o no fh y d r o g e ni na n a e r o b i cb i o l o g i c a l t r e a t m e n t ， i n v e s t i g a t i n gt h er e l a t i o na n dt h ee f f e c td e g r e eb e t w e e nt h e mb ym o n i t o r i n ga n d a n a l y z i n g t h e e n v i r o n m e n ti s c h a n g e db yt h e c o n t i n u o u se l e c t r i cf i e l di n a n a e r o b i cr e a c t o r ，a n dt h e r ea r e2s a m er e a c t o r si nt h i se x p e r i m e n t w ec o m p a r e d t h e o u t l e tw a t e rq u a l i t yb yp a r a l l e le x p e r i m e n tm o n i t o ra n ds u r v e yt h ee f f e c t d e g r e eo fc o n t i n u o u se l e c t r i c f i e l df o ra n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n t t h e p a r t i c u l a t es l u d g ei nr e a c t o rc o m e sf r o ml iq u a nb r e w e r yo fg u i l i na n di t s p e r c e n t a g eo fm o i s t u r ei s8 2 。4 c o n t i n u o u se l e c t r i cf i e l de x i s t si nl a n d2 # h a s n o t h i n g 1 1 1 e e x p e r i m e n td i v i d e s2s t a g e s o n ei s t h et r e a t m e n to fb r e w e r y w a s t e w a t e r i nt h ew h o l eo fo p e r a t i o n ，t h ev o l t a g ei sa d j u s t e db yr e c t i f i e r a n dt h e s t a r t i n gv o l t a g e 一3 v i sd e t e r m i n a t eb yb l a n kt e s t a tt h eb e g i n n i n g ，t h ei n t a k e l o a d i n gi s0 5k g m 3 da n di n c r e a s i n gt h el o a d i n g0 5k g m j de v e r yw e e k 4w e e k s l a t t e r ，t h el o a d i n gi s2 k g m 3 d t h e nt h el o a d i n gi si n c r e a s e d1 5k g m s d e v e r y w e e ka n da tl a s ti ta r r i v e s8 k g m 3 , d i nt h i ss t a g e ，t h er e a c t o rl a r r i v i n gs t e a d ys t a t e i se a r l i e r ( a b o u t16d a y s ) t h a n2w h i l et h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o di sa d v a n c e d a b o u t1 0 ；a tt h eb e g i n n i n g ，r e a c t o r1t h er e a c t o r sa p p e a ra c i d ，a n dt h ep hv a l u e i sm o r es t a b l e ( 6 5 7 3 ) c o m p a r i n gw i t h2 _ f w h i l et h ep hv a l u eo fr e a c t o r2 a p p e a r sa c i d ( 6 3 - 6 9 ) t h es e c o n ds t a g ei st h ed e a l i n go f h o n e y sw a s t e w a t e r t h e v o l t a g ei ss t i l l3 va n dt h el a s tl o a d i n gi s4 0 k g m 3 d 。t h ec o n c l u s i o ni ss a m ea s s t a g e1 ：t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o d i n1 撑h a db e e ni m p r o v e d ( 1 0 ) a n dt h e p hv a l u ek e e p si nl i m i to f6 5 7 蔓b e s i d e s t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fs 0 4 。i s a b o u t6 7 h i g h e rt h a nr e a c t o r2 w h i l et h el o a d i n ge x c e s s e s4 0k g m 3 d a l lt h e3b e f o r ew i l ld e s c e n d i ti sm a y b et h ei n f l u e n c eo fs 0 4 。a f t e ra n a l y z i n g a tt h es t a b l es t a t e ，t h eh y d r a u l i cr e s i d e n c et i m ei s2 4h o u r s w em a yd r a wt h ec o n c l u s i o n ；f i r s ti tc a r lr e d u c et h et i m eo fs t a r t u p ，i m p r o v e 5 桂林工学院硕士学位论文 t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o da n dm a k et h ep hv a l u ek e e p i n gi ns t e a d ys t a t e b e c a u s eo f t h ee x i s t i n go f c o n t i n u o u se l e c t r i cf i e l d ，i ta l s oc a l lb es e e nf r o ms t a g e2 t h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fs 0 4 2 i sa d v a n c e di ns o m ed e g r e e o nt h eb a s i so f c h a n g i n gt h ee x t e r n a le n v i r o n m e n tc o n d i t i o n ，i tm a yi m p r o v et h ee f f i c i e n c y o f t r e a t m e n ta n dt h ec o n c l u s i o ni sm o r ei m p o r t a n tf o rt h ed e v e l o p m e n to fa n a e r o b i c b i o l o g i c a lt r e a t m e n t k e yw o r d ：h y d r o g e n ；c o n t i n u o u se l e c t r i cf i e l d ；a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r 6 桂林工学院硕士学位论文 第一章引言 厌氧处理技术的发展虽然已有百余年历史，但其飞速发展的势头出现在 近2 0 年问，这一快速发展势头也为世界各国对环境保护工作的空前重视和生 物科学技术的发展所推动。随着现代高速厌氧反应器的出现以及对厌氧技术 原理的深入认识，厌氧技术己成为多种工业和生活废水的上业化处理的重要 手段，它以低成本和能源的回收成为具有吸引力的技术，再次引起世人瞩 目 1 lo 厌氧技术目前仍处在其百年发展历史上的高潮期。本次实验就是在以往 厌氧处理技术的基础上，针对废水厌氧生物处理技术的一些缺点，如启动期 长、易酸化及有机物去除率较低等缺点，利用外部条件的改变对污水厌氧生 物处理的影响来进行的研究。 1 1 厌氧技术的优点与缺点 与其它的处理技术相比，厌氧处埋技术本身有许多优势，比如像能耗低、 有机负荷高及运行成本低等，当然也存在藿一些缺点，如启动速度慢、运行 条件不够稳定等。我们在采用厌氧技术处理废水时，要尽量发挥其优势，同 时也要采取相应的措施避开或减小这些缺点对处理效果的影响，甚至可以针 对这些不足加以改进，进一步提高厌氧处理效率。 1 1 1 厌氧处理技术的优点 ( 1 ) 厌氧生物处理是无分子氧呼吸，在分解有机物过程是不必提供氧气 的，而好氧菌降解有机物是分子氧呼吸，在分解有机物过程必须提供分子氧， 理论上完全氧化l k g b o d 5 ，必须提供l 妇分子氧。好氧生物处理通常利用空 气进行充氧。空气中的氧通过曝气设备把空气充到水中，首先是空气中的氧 转移到水中，然后水中的氧再传递到好氧菌细胞内进行代谢，由于气膜液膜 的阻力氧的传递效率不是很高的，一般的曝气设备，充l k g 氧到水中约需 消耗o 5 l k w h 电力。1 9 9 0 年我国的城市废水排放总量已达3 5 4 亿i n 3 a ，如 废水的平均b o d 5 以2 0 0 m g l 计，b o d 5 去除率以9 0 计，要把这些b o d 5 废水的平均b o d 5 以2 0 0 m g l 计，b o d 5 去除率以9 0 计要把这些b o d 5 桂林工学院硕士学位论文 第一章引言 厌氧处理技术的发展虽然已有百余年历史，但其飞速发展的势头出现在 近2 0 年间，这一快速发展势头也为世界各国对环境保护工作的空前重视和生 物科学技术的发展所推动。随着现代高速厌氧反应器的出现以及对厌氧技术 原理的深入认识，厌氧技术己成为多种工业和生活废水的工业化处理的重要 手段，它以低成本和能源的回收成为具有吸引力的技术，再一次引起世人瞩 目l lj 。厌氧技术目前仍处在其百年发展历史上的高潮期。本次实验就是在以往 厌氧处理技术的基础上，针对废水厌氧生物处理技术的一些缺点，如启动期 长、易酸化及有机物去除率较低等缺点，利用外部条件的改变对污水厌氧生 物处理的影响来进行的研究。 1 1 厌氧技术的优点与缺点 与其它的处理技术相比，厌氧处理技术本身有许多优势，比如像能耗低、 有机负荷高及运行成本低等，当然也存在着一些缺点，如启动速度慢、运行 条件不够稳定等。我们在采用厌氧技术处理废水时，要尽量发挥其优势，同 时也要采取相应的措施避开或减小这些缺点对处理效果的影响，甚至可以针 对这些不足加以改进，进一步提高厌氧处理效率。 1 1 1 厌氧处理技术的优点 ( 1 ) 厌氧生物处理是无分子氧呼吸，在分解有机物过程是不必提供氧气 的，而好氧菌降解有机物是分子氧呼吸，在分解有机物过程必须提供分子氧， 理论上完全氧化1 k g b o d 5 ，必须提供l k g 分子氧。好氧生物处理通常利用空 气进行充氧。空气中的氧通过曝气设备把空气充到水中，首先是空气中的氧 转移到水中，然后水中的氧再传递到好氧菌细胞内进行代谢，由于气膜液膜 的阻力，氧的传递效率不是很高的，一般的曝气设备，充l k g 氧到水中约需 消耗0 5 l k w h 电力。1 9 9 0 年我国的城市废水排放总量已达3 5 4 亿m 3 a ，如 废水的平均b o d 5 以2 0 0 m g l 计，b o d 5 去除率以9 0 计，要把这些b o d 5 桂林工学院硕士学位论文 用活性污泥法去除，每年的电耗将达3 1 8 6 6 3 7 2 亿k w h ，如在南方地区的城 市生活废水采用厌氧法作为预处理，按b o d s 去除率7 0 计，则可节省大量 电能。对于高浓度有机废水，采用厌氧法其节省的电耗更是大得惊人，如我 国轻工业的造纸、食品发酵、皮革、制糖等行业每年排出的b o d ；以2 0 0 万t ， 采用好氧法处理，以b o d 5 去除率8 0 计，则年节电达8 , 0 1 6 亿k w h ，环境 效益和经济效益十分显著。 ( 2 ) 厌氧生物处理技术可以产生生物能。污泥消化和有机废水( 物) 的 厌氧发酵能产生大量沼气。而沼气的热值很高，可作为能源利用。早在2 0 世 纪2 0 3 0 年代，人们已开始有计划的利用有机质生产沼气，作为炊事和供热 用。在城市废水处理厂中，把初沉池和二沉池的污泥进行消化，不仅是为了 稳定污泥，而且是为了利用污泥消化过程产生的沼气，供消化池污泥加热和 发电。为水泵和鼓风机提供电力。我国青岛市海泊河污水处理厂利用污泥消 化产生的沼气作为能源取得了很大成功，他们利用沼气产生的热能和电能可 满足污水厂供热量的7 0 9 0 以及曝气池供氧用电量5 0 以上，达到了国际 水平。 ( 3 ) 厌氧生物处理污泥产量低。厌氧菌世代时期长，如产甲烷菌的倍增 时间约4 6 d 。所以厌氧产值系数y 值比好氧小。有机物在好氧降解时，如 碳水化合物，其中约有2 3 被合成细胞，约有1 3 被氧化分解提供能量。厌氧 降解时，只有少量有机物被同化为细胞，而大部分被转化为c h 4 和c 0 2 。所 以好氧处理产泥量高，而厌氧处理产泥量低，且污泥已稳定，可降低污泥处 理费用。 ( 4 ) 对氮和磷的需要量较低。氮和磷等营养物质是组成细胞的重要元素， 采用生物法处理废水，如废水中缺少氮磷元素，必须投加氮和磷，以满足细 菌合成细胞的需要。厌氧生物处理要去除lk gb o d 5 所合成细胞量远低于好 氧生物处理，因此，可减少n 和p 的需要量，对于缺乏n 和p 的有机废水采 用厌氧生物处理可大大节省n 和p 的投加量，使运行费用低。 ( 5 ) 厌氧消化对某些难降解的有机物有较好的降解能力。随着化学工业 的发展，越来越多的自然界本来没有的有机化合物被合成。这些新问世的有 桂林工学院硕士学位论文 机物，有些是可以生物降解的，有些则是难于生物降解的或不能生物降解的， 甚至是有毒的，有些则会通过水环境食物链富集积累，危害严重的会有致癌、 致畸、致突变的可能。这些有毒物进入常规的好氧废水生物处理系统，不仅 得不到理想的处理效果，而且对微生物产生毒害，影响生物处理的正常进行。 近年来，经研究发现厌氧微生物具有某些脱毒和降解有害有机物的功效，而 且还具有某些好氧微生物不具有的功能。 11 2 厌氧处理技术的缺点 污水厌氧生物处理也有很多的不足之处。有时废水温度低，或浓度低， 或碱度不足，或者要求出水b o d 值低等情况都限制了厌氧处理技术的应用， 因而可根据实际情况进行好氧或厌氧处理工艺的选择。 ( 1 ) 厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷。 采甩厌氧生物法不能去除废水中的氮和磷。含氮和磷的有机物通过厌氧 消化，其所含的氮和磷被转化成氨氮和磷酸盐，由于只有很少的氮和磷被细 胞合成利用，所以绝大部分的氮和磷以氨氮和磷酸盐的形式在出水排出。因 为氮和磷是营养物质，排入水体可引起湖泊富营养化，虽然厌氧法在去除c o d 和b o d 方面具有高效低能耗的优点，但因不能去除氮和磷，使浚法的应用存 在局限性，当被处理的废水含有过量的氮和磷时，不能单独采用厌氧法，而 应采用厌氧与好氧工艺相结合来处理。 ( 2 ) 厌氧法启动时间较长。 因为厌氧微生物的世代时期长，增长速率低，污泥增长缓慢，所以厌氧 反应器的启动时间很长，一般启动期长达3 6 个月，甚至更长。如要达到快 速启动，必须增加接种污泥量，这就会增加启动费用。在经济上是不合理的。 ( 3 ) 运行管理较为复杂，易酸化。 由于厌氧菌的种群较多，如产酸菌与产甲烷菌性质各不相同，而互相又 密切相关，要保持这两大类种群的平衡，对运行管理较为严格。稍有不慎， 可能使两种群失去平衡，使反应器不能正常工作。如进水负荷突然提高，反 应器的p h 值会下降，如不及时发现控制，反应器就会出现“酸化”现象，使 桂林工学院硕士学位论文 产甲烷菌受到严重抑制，甚至使反应器不能再恢复正常运行，必须重新启动。 ( 4 ) 卫生条件较差，易引起二次污染。 一般废水中含有硫酸盐，厌氧条件下会产生硫酸盐还原作用而放出硫化 氢等气体。硫化氢是一种有毒和具有恶臭的气体，如果反应器不能作到完全 封闭，就会散发出臭气，引起二次污染。因此，厌氧处理系统的各处理构筑 物应尽可能做到密封，以防臭气散发。 ( 5 ) 厌氧处理去除有机物不彻底。 厌氧处理废水中有机物时往往不够彻底，一般单独采用厌氧生物处理不 能达到排放标准，所以厌氧处理必须要与好氧处理相配合。 1 2 厌氧处理工艺的发展介绍 1 2 1 厌氧处理工艺的发展 废水厌氧生物处理技术发展至今，已有1 2 0 多年了。回顾1 9 世纪术到2 0 世纪5 0 年代前，厌氧生物处理技术主要应用于处理生活废水污泥，如化粪池、 隐化池( 双层沉淀池) 和传统厌氧消化池等。废水厌氧生物处理工艺的发展 速度相对较慢。随着发达国家工业化和城市化的进程，为了处理工业生产过 程产生的大量工业废水和农牧业废水，1 9 5 5 年人们开发了高效的厌氧接触法 工艺，这标志着现代废水厌氧生物处理工艺的诞生，至2 0 世纪7 0 年代，由 于能源问题突出，人们认识到开发高效节能废水厌氧生物处理技术的重要性， 研究工作取得重大进步，厌氧消化新工艺层出不穷，打破了过去认为厌氧处 理工艺处理效能低，需要较高温度、较高废水浓度和较长停留时矧的传统观 念，厌氧处理是高效能的，可适应不同的温度和不同的浓度。 废水处理专家先后开发成功厌氧滤池( 1 9 6 7 ) 、升流式厌氧污泥层( u a s b ) 反应器( 1 9 7 4 ) 、厌氧膨胀床( 1 9 7 8 ) 、厌氧流化床( 1 9 7 9 ) 、厌氧生物转盘( 1 9 8 0 ) 和厌氧折流板反应器( 1 9 8 2 ) 等高效的新工艺，并在u a s b 高效厌氧反应器 的基础上进一步丌发成功了具有更高效能的厌氧膨胀颗粒污泥床( e g s b ) ( 1 9 8 1 ) 和厌氧内循环( i c ) 反应器( 1 9 8 5 ) 。厌氧生物处理技术在废水生物 桂林工学院硕士学位论父 处理领域发挥着越来越大的作用。 为了应用方便，可以对不同类型的厌氧反应器进行分类。人们把2 0 世纪 5 0 年代以前开发的厌氧消化工艺称为第一代厌氧反应器，而把6 0 年代以后开 发的厌氧消化工艺称为第二代厌氧反应器。表1 - 1 汇集了1 9 8 2 年以前已应用 于生产或正在研究中的主要厌氧反应器及其设计参数和实验数据p 1 。 主塞笺= 垡塑蔓三垡壁墨丝堡三茎j 墅匕! 一 耄厌氧处理丁艺设芝鬻要? 处理对象，学嚣警囊差蓑戍用荆簇 化粪池0 1 5 - 1 年( 污生活污水 1 8 9 5 生产常温 第 障仆油4 6 - - 8 0 d 嗍) 翠篡7 k 0 5k g v s s 1 9 0 6生产 常温 肃 隐化池 ( 污泥) 生活污水 1 9 0 6生严 讯温 霉 普通消化池 ：。，0 d污嘉 二j ：f 1 5k g ，z 。 生产 量耋 鬈 高速消化池 t 。a 污泥 ：f 3 。5k g 1 9 5 。生产 言差 耩 。o 席l 淄 厌氧接触法 。5 6 d 有机废水 b 1 0 。d 1 5 喀 1 9 5 5生产 中温 厌氧生物滤池 鸽升流式扶氧污 _ 二 泥层反麻器 代墩氟膨帐床 反厌氧流化眯 应厌轼生物转盘 器 0l 9 8 d 6 2 0 h 6 2 4 h 05 4 h 8 1 8 h 何目l 泼水 3 10k gv s s 1 9 6 7 有机废水 6 i5k g v s s 1 9 7 4 生产忡中滥 生产性中温 有机废水 4o 岖v s s 1 9 7 8实验小试 常温 有机泼水 9 1 3k g v s s 1 9 7 9实验小毹 常温 有机废水8 3 3 9 c o d 1 9 8 0实验小试 常温 ( m 2 d ) 厥钒折流板反 6 2 6 h 有机跋水 8 3 6 k g1 9 8 2实验小试 常i 盐 竺兰! ! 兰l 一 从整个厌氧反应器由第一代到第二代的发展过程来看，许多新型的厌氧 反应器都是从污泥与废水分离而增大泥、水接触面积来提高处理效率，污泥 颗粒化就是目前使用较广泛的一种方式。以外界条件的改变柬创设厌氧生物 桂林工学院硕士学位论文 处理的有利环境，是本次实验的创新点。 1 2 2 各类型厌氧反应器的特点 第一代厌氧反应器，化粪池和隐化池( 双层沉淀池) ，传统消化池与高速 消化池用于处理城市污水厂初沉池和二沉池排出的污泥。此类反应器的特点 是污泥龄( s r t ) 等于水力停留时间( h r t ) 。为了使污泥中的有机物达到厌 氧消化稳定，必须维持较长的污泥龄，即鞍长的农力停留时间。所以反应器 的容积很大，反应器的处理效能较低。 第二代主要用于处理各种工业排出的有机废水。它们的特点是污泥龄 ( s r t ) 与水力停留时间( h r t ) 两者不相等。可以维持很长的污泥龄，但水 力停留时间很短，即h r t 一乙醇氧化为乙酸；一乳酸氧化为己酸； 一重碳酸赫的产乙酸；一重碳酸盐的还原：一硫酸盐还原： 一n 0 一的还原： 一乙酸裂解产r p 烷；一乙酸裂解还原硫酸盐 表2 1 和图2 5 表明不同基质氧化时所需自由能和对环境氢分压的要求 各异。由丙酸转化为乙酸的氧化( 线) ，需在氢分压低于1 0 1 3 2 5 p a 时，丁 酸转化为乙酸的氧化( 线) 需在分压低于1 0 1 3 2 5 p a 时，才能进行：乙醇( 线 ) 和乳酸( 线) 氧化为乙酸在氢分压为9 p a 和1 0 1 3 2 5 p a 时则受到抑制。 加 d 04 印 ： 曩 0 o 0 o o 0 桂林工学院硕士学位论文 图2 - 5 也表明c 0 2 还原( 线) 和硫酸盐还原( 线) 所要求的氢分压比较 接近，并且在所有不同的氢分压下硫酸盐还原要比c 0 2 还原更为容易。另外， 当环境中的氢分压积累到1 0 ，1 3 p a 以上时，不但有丙酸栽的积累，而且还会提 高由c 0 2 还原产生的乙酸产量( 线) 。硫酸盐还原菌裂解乙酸更容易进行。 硝酸盐的还原由于所释放的自由能较多，所以比c 0 2 还原和硫酸盐还原和硫 酸盐还原更容易发生。 从上面的叙述可以看出，氢在污水的厌氧生物处理中起着举足轻重的作 用。从这一点出发，将氢气的浓度控制在适宜的范围内，可激发微生物的活 性，不仅可以加快反应速度，同时也可以提高处理效率。 而在本实验中，由于监测控制设备的限制，在运行过程中，反应器内部 氢气的分压无法确定，因此将通过对其酸碱度的测定( 主要是p h 值) 及出水 水质的检测来观察微生物的生长情况，推测反应器内氢气浓度是否适中。反 应器在不同电压下运行，通过对运行结果数据的对比分析，初步确定氢气与 厌氧生物反应的关系。 2 4 桂林工学院硕士学位论文 第三章实验研究的内容、意义和方法 3 1 实验研究内容和意义 31 1 研究内容 从上面的叙述可以看出，在整个厌氧处理阶段会发生以下反应： c h 3 c h 2 0 h + h 2 0 = c h 3 c 0 0 + h + + 2 h 2g = + 9 6 k j m o c h s c h 2c h 2 c o o + 2 h 2 0 = 2 c h 3 c o o 。+ h + + 2 h 2 g f 十4 8i k j m o l c h 3c h 2 c o o 一十3 h 2 0 = c h s c o o + h c 0 3 + h + + 3 h 2 g = + 7 61 k j m o l 其中g ”为自由能。 可以看出：产乙酸菌产生的氢被产甲烷菌有效利用时，以上三个反应才 能顺利进行。按化学动力学的观点，溶液中的化学可逆反应，当产物为气体 或沉淀物时，反应将朝生成气体或沉淀的方向进行。有机高分子污染物最终 降解为甲烷、二氧化碳、水，从理论上分析，产物中氢是不够的，需要向溶 液中补充氢，并且原子态的氢气比离子氢更有利，f 像好氧法需向溶液中充 氧一样，厌氧降解过程中需要向溶液中补充氢，如果采用一种这样的装置， 能把产乙酸反应中氢离子还原为原予态氢，一方面，促使产乙酸反应快速进 行，同时，原予态氢可促进产甲烷菌快速生长，从而使产甲烷过程顺利进行。 本试验将主要研究h 在厌氧生物降解中的作用。通过人工方法，在厌氧生物 降解的产乙酸和产甲烷阶段加入氢气，即在反应器的进水侧安装阴极( 电解) ， 出水端安装阳极，也即电解水。在电场作用下，使阴极的h + 获得电子被还原 形成氢气，即可维持稳定的还原环境，又可使产乙酸反应顺利进行，产甲烷 菌快速生长，降解过程加速进行，使出水水质更高。 如前所述，本实验采用a b r 反应器进行废水处理研究。整个过程分两个 阶段进行。第一阶段反应器采用啤酒废水运行实验。在啤酒废水运行过程中， 一个反应器中加电极，另一反应器按常规运行。通过对运行结果的监测和对 比，分析外加电场对厌氧微生物的影响。同时确定微生物生长繁殖适宜的电 压范围。 桂林工学院硕士学位i - e 文 啤酒废水的特点是水量大，无毒有害属高浓度有机废水。对于啤酒废 水的厌氧处理工艺和技术，目前已比较成熟。本实验采用啤酒废水运行，主 要是在这些成熟的工艺和技术的基础上，通过改变实验运行条件，这里是在 出水区加外加电场，进一步提高厌氧生物处理效率。 另外，由于啤酒废水的超标项目较简单，监测和控制方便，在实验过程 中干扰较少，这样可以保证反应器在外加电场环境中，能够较快且清楚的监 测和分析出微生物的生长反应，进而确定电场对厌氧微生物生长以及对废水 处理的影响，为下一步处理更复杂的废水打下良好的基础。 31 2 意义 通过对实验运行过程的监控及对实验数据的分析、对比，考察原子态氢 与污水厌氧处理过程联系，对于污水厌氧生物处理效率的提高和运行管理都 有着重要的理论和实践意义。 3 2 实验研究方法 如上所述，废水的厌氧生物处理具有有机负荷高、能耗低、投资及运行 成本低等优点，厌氧处理工艺从早期传统的厌氧消化发展到目前的u a s b 、 e g s b 等新型工艺，已经有了很大的改进和提高，但是有由于其存在。些问题， 比如，启动速度慢，时间长，c