厌氧生物处理的动力学综述_胡成亮

综述专论化工科技,2008,16(5):68~71SCIENCE&TECHNOL()GYINCHEMICALINDUSTRY厌氧生物处理的动力学综述`胡成亮`,冯权莉`,宁平“,任友昌3l(.昆明理工大学化学工程学院,云南昆明650224;2.昆明理工大学环境科学与工程学院,云南昆明65。。93;3.昆明冶金高等专科学校环境与化工学院,云南昆明65033)摘要:综述了有机物厌氧生物处理的动力学模型,对厌氧生物的降解机理、生物处理技术的特点做了概括性论述,并对典型的UASB厌氧生物处理反应器的流场数值和动力学进行了模拟。关健词:厌氧;生物;动力学;UASB;数值模拟中圈分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1008一0511(2008)05一0068一04目前,国内外对有机废水的治理主要有物理法、化学法和生物法l[,2〕。其中生物法中的厌氧生物技术又是应用非常广泛的技术。厌氧生物处理是在既无氧又无硝酸盐存在的条件下,通过兼性微生物及专性厌氧微生物的作用,使复杂有机物分解成无机物,最终产物是CH`、Cq以及少量的HZS、NH3、H:等,从而使废水得到净化处理[,〕。厌氧生物处理技术1.1有机物的厌氧生物降解过程厌氧生物反应大致可分为三个阶段川:水解发酵阶段;产酸脱氢阶段;产甲烷阶段。厌氧反应的三个阶段,以产甲烷阶段的反应速度最慢,产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷。此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱梭产生甲烷,前者约占总量的1/3,后者约占23/sj[,这也是厌氧消化的限制阶段。与好氧氧化相比,厌氧消化的产能量是很少的,所产生的能量大部分用于细菌自身的活动,只有少量用于合成新细胞,厌氧生物处理产生的能量少于好氧氧化。1.2厌氧生物处理技术的特点1.2.1厌氧生物处理技术的优点(l)运行成本与能耗较低厌氧生物处理的污泥产率低,可节省处理污泥的费用,厌氧生物处理不需要供氧设备,因而能耗较少。其最终产物为甲烷、二氧化碳(沼气)等,可作能源利用。(2)厌氧法所需营养成分较少厌氧生物处理所需营养成分比值(质量分数比,下同)为:BODS,N,P=100,2.5,0.5,处理一般有机污水时可不必投加营养成分。而好氧生物处理所需的需营养成分比值:BOD。:N:P=100:5:l。(3)负荷高通常,好氧法的容积负荷为(2一4)kgBOD。/(m,·d)。高速厌氧生物法的容积负荷约为(5~15)kgCOD/(m3·d),甚至高达50kgCOD/(m3·d)。1.2.2厌氧生物处理技术的缺点闭(1)处理程度低,一般不能达到排放标准,需好氧法或其它处理法作补充;(2)厌氧生物处理技术不能除磷;(3)厌氧生物处理过程反应速度较慢,反应产能也较少。所以合成新细胞的速度也慢,故厌氧处理的启动与处理时间较好氧法要长。收稿日期:2008一06一10作者简介:胡成亮(1984一),男,安徽巢湖人,昆明理工大学硕士研究生,主要从事环境污染治理方面的研究。*基金项目:云南省教育厅重点基金项目(14036076)。2厌氧生物反应的动力学模型2.1厌氧生物反应的动力学模型的研究进展厌氧过程动力学涉及底物的降解、微生物的生长和甲烷的生成等三方面的关系式。虽然研究厌氧模型的报道有很多,但在对设计有意义的范围内,采用1942年Moond提出活性污泥法的Moond方程描述厌氧过程中底物的降解和微生物的生长,用化学计量学的方法计算甲烷的生成DOI:10.16664/j.cnki.issn1008-0511.2008.05.018第5期胡成亮,等.厌氧生物处理的动力学综述具有足够的准确性。对于厌氧生物反应的动力学研究最有代表性和可扩展性的模型是2002年3月国际水质学会(IWA)推出的针对厌氧消化反应的厌氧消化模型ADMll(TheAnaerobieDigestionModelNo.1)[幻。ADMI主要描述了厌氧消化中的生化过程,将厌氧消化过程的生化反应分为胞内和胞外两大类,共涉及厌氧体系中的7大类微生物26个组分,包括14个可溶性组分和12个不溶性组分19个生化动力学过程,共有在ADMI模型中各种生化过程的反应速率方程是用形如Moond方程的基质降解动力学方程来描述。对于每一个组分,根据物料衡算,可以得到如下的微分方程:一产ma·SKs+S(3)式中:产为微生物比增值速率,才`;产anI二为基质达到饱和浓度时,微生物的最大比增值速率,d一,;Ks为饱和常数,数值上等于在产=产anI、2/时的基质浓度,mg/L。与微生物的比增值速率产相对应的底物比降解速率v,也可以用莫诺模式描述:刀=刁.xSKs十S(4),,dsVe二esdt一、*s*,`一、`S,,`+V艺v,.,;,(1)式中:v为基质比降解速率,