+86-15267462807
Ngôn ngữ
Một máy phân hủy nước thải chuyển đổi chất rắn có khả năng phân hủy sinh học thành dòng chất rắn sinh học ổn định hơn đồng thời tạo ra khí sinh học giàu mêtan. Trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị, quá trình phân hủy kỵ khí thường được sử dụng sau khi tách chất rắn sơ cấp và thứ cấp để giảm chất rắn dễ bay hơi, mùi hôi, mức độ mầm bệnh và lượng bùn cần xử lý cuối cùng.
Tuy nhiên, quá trình phân hủy đáng tin cậy phụ thuộc vào nhiều điều hơn là việc đưa bùn vào bể không có oxy. Nhiệt độ, thời gian lưu thủy lực, lượng chất hữu cơ, sự pha trộn, độ kiềm và độ đặc của thức ăn đều ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật mà cuối cùng tạo ra khí mê-tan.
Đối với người vận hành và nhà thiết kế xử lý nước thải, việc hiểu rõ các mối quan hệ này là điều cần thiết khi đánh giá công suất phân hủy, khắc phục sự cố vận hành không ổn định hoặc xem xét thu hồi khí sinh học và sản xuất khí tự nhiên tái tạo.
Phân hủy kỵ khí là một quá trình chuyển đổi sinh học được thực hiện bởi một số nhóm vi sinh vật hoạt động tuần tự. Quá trình này thường được mô tả trong bốn giai đoạn.
1. Thủy phân
Các phân tử hữu cơ lớn như protein, carbohydrate và chất béo không thể được sử dụng trực tiếp bởi nhiều vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình thủy phân, các enzyme ngoại bào sẽ phân hủy chúng thành các hợp chất hòa tan nhỏ hơn như axit amin, đường và axit béo.
Quá trình thủy phân có thể trở thành bước giới hạn tốc độ khi bùn chứa các hạt có khả năng phân hủy sinh học chậm.
2. Sinh axit
Vi khuẩn sinh axit chuyển đổi các hợp chất hòa tan thành axit béo dễ bay hơi (VFA), rượu, hydro, carbon dioxide, amoniac và các chất trung gian khác.
Giai đoạn này diễn ra tương đối nhanh chóng. Nếu quá trình sản xuất axit trở nên nhanh hơn mức quần thể sinh metan ở hạ lưu có thể tiêu thụ các chất trung gian thì VFA sẽ tích tụ và pH phân hủy có thể giảm.
3. Quá trình tạo axetat
Các sinh vật sinh acetogen chuyển đổi VFA và rượu cao hơn chủ yếu thành axetat, hydro và carbon dioxide. Các hợp chất này trở thành chất nền chính cho các vi sinh vật tạo khí metan.
4. Quá trình sinh metan
Vi khuẩn cổ sinh metan chuyển đổi axetat và hydro/cacbon đioxit thành metan. Chúng phát triển chậm hơn và nhạy cảm hơn với nhiệt độ, độ pH, các hợp chất độc hại và những thay đổi tải trọng đột ngột so với nhiều sinh vật tạo axit.
Do đó, mục tiêu tổng thể không chỉ đơn giản là “phân hủy”. Một bể phân hủy hoạt động tốt sẽ duy trì cân bằng tất cả bốn giai đoạn sinh học để chất rắn dễ bay hơi được ổn định thay vì để các axit trung gian tích tụ.
EPA lưu ý rằng quá trình phân hủy kỵ khí giúp ổn định chất rắn trong nước thải, giảm mùi hôi và mầm bệnh, đồng thời chuyển một phần chất rắn dễ bay hơi thành khí sinh học.
Đối với việc quản lý chất rắn sinh học của Hoa Kỳ, Giảm 38% chất rắn dễ bay hơi cũng là một điểm chuẩn quan trọng vì đây là một phương pháp được quy định trong 40 CFR 503.33 để chứng minh khả năng giảm lực hút vectơ.
Các thiết bị phân hủy nước thải được lựa chọn theo đặc tính bùn, nồng độ chất rắn, diện tích khu vực, tốc độ tải và khả năng thu hồi năng lượng mong muốn.
Một lò phản ứng bể khuấy liên tục, hoặc CSTR , là một trong những cấu hình quen thuộc nhất đối với bùn thải đô thị.
Việc trộn giữ cho chất rắn lơ lửng, phân phối nhiệt và thức ăn đi vào, đồng thời làm giảm độ dốc axit hoặc nhiệt độ cục bộ. Hệ thống sưởi ấm thường được sử dụng để duy trì nhiệt độ hoạt động ổn định.
Đối với quá trình phân hủy bùn đô thị mesophilic, nhiệt độ gần 35°C (95°F) được sử dụng rộng rãi. Hướng dẫn của EPA về mặt lịch sử liên quan đến thời gian lưu giữ khoảng 15 ngày ở 35°C trong một thiết bị phân hủy tốc độ cao được trộn hoàn toàn với các điều kiện có khả năng giảm đáng kể chất rắn dễ bay hơi.
HRT thiết kế thực tế thường dài hơn và phải dựa trên đặc tính bùn, tải lượng chất rắn, nhiệt độ, lượng dư thừa và mục tiêu xử lý.
Một Lớp bùn kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) lò phản ứng hoạt động khác nhau. Nước thải chảy lên trên qua lớp bùn kỵ khí dày đặc chứa sinh khối dạng hạt hoặc kết bông.
Hệ thống UASB đặc biệt hấp dẫn đối với nước thải công nghiệp có nồng độ tương đối cao vì chúng có thể giữ lại nồng độ sinh khối hoạt động lớn trong khi vận hành với thời gian lưu thủy lực tương đối ngắn.
Nhìn chung, chúng thích hợp hơn cho nước thải hòa tan hoặc dễ phân hủy sinh học hơn là bùn đô thị dày chứa nồng độ chất rắn lơ lửng cao.
Các đầm phá có mái che cung cấp một giải pháp ít phức tạp hơn cho khí hậu ấm áp và một số nước thải nông nghiệp hoặc công nghiệp nhất định. Một nắp linh hoạt thu giữ khí sinh học được tạo ra trong khi đầm cung cấp lượng tiêu hóa.
Nhìn chung, chúng đòi hỏi nhiều đất hơn và cung cấp ít khả năng kiểm soát quy trình hơn so với các máy phân hủy hỗn hợp, được gia nhiệt.
Bất kể cấu hình, một số thông số phải được cân bằng:
| Thông số vận hành | Cân nhắc điển hình |
|---|---|
| Nhiệt độ ưa nhiệt | Khoảng 30–38°C |
| Nhiệt độ ưa nhiệt | Khoảng 50–57°C |
| PH phân hủy | Thường vào khoảng 6,8–7,5 |
| HRT | Phụ thuộc nhiều vào loại lò phản ứng, nguồn cấp dữ liệu và nhiệt độ |
| OLR | Phải phù hợp với sinh khối hoạt động và khả năng trộn |
| Độ kiềm | Cung cấp bộ đệm chống lại sự tích tụ VFA |
| Trộn | Ngăn chặn sự phân tầng, lớp cặn và quá tải cục bộ |
Những con số này nên được coi là điểm khởi đầu hoạt động hơn là thông số kỹ thuật thiết kế chung.
Ví dụ, tăng OLR mà không xem xét HRT có nghĩa là sẽ có nhiều vật liệu phân hủy sinh học hơn đi vào cùng một thể tích lò phản ứng. Các sinh vật tạo axit có thể phản ứng nhanh chóng, trong khi methanogens không thể tăng hoạt động của chúng với tốc độ như nhau.
Tương tự như vậy, việc trộn tốt không thể bù đắp cho việc gia nhiệt không đủ và độ kiềm cao không thể bù đắp vô thời hạn cho tình trạng quá tải hữu cơ nghiêm trọng.
Tiêu hóa ổn định đến từ việc duy trì môi trường sinh học tổng hợp , không tối ưu hóa một tham số riêng biệt.
Mộtaerobic digestion produces biogas containing primarily methane and carbon dioxide together with water vapor, hydrogen sulfide, and trace contaminants.
EPA mô tả khí sinh học thô từ hệ thống kỵ khí thường chứa khoảng 45–65% khí mêtan , mặc dù thành phần thực tế phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu và hoạt động.
Tại các nhà máy xử lý nước thải, khí này có thể là:
Riêng bùn đô thị không phải lúc nào cũng có thể phát huy tối đa tiềm năng năng lượng của hệ thống phân hủy hiện có.
Việc bổ sung các chất thải hữu cơ năng lượng cao phù hợp như cặn chế biến thực phẩm, chất thải thực phẩm, chất béo, dầu và mỡ có thể làm tăng tải lượng carbon có khả năng phân hủy sinh học và do đó làm tăng sản xuất khí sinh học.
EPA xác định đồng tiêu hóa là một phương pháp có thể tăng sản lượng khí từ các nguyên liệu thô có năng suất thấp. Một cơ sở xử lý nước thải được trích dẫn của Hoa Kỳ tiếp nhận chất thải và chất béo, dầu và mỡ từ quá trình chế biến thực phẩm đã tăng gần gấp đôi sản lượng khí sinh học của họ.
Điều này không có nghĩa là việc bổ sung thức ăn tối đa là điều mong muốn. Chất nền mới đến cần được đánh giá về:
Khí phân hủy thô thường không thích hợp để phun trực tiếp vào đường ống khí đốt tự nhiên.
Nâng cấp điển hình bao gồm một số giai đoạn điều trị:
Loại bỏ hydro sunfua: Phương tiện chứa sắt, than hoạt tính, khử lưu huỳnh sinh học hoặc các công nghệ khác loại bỏ H2S ăn mòn.
Loại bỏ độ ẩm: Làm mát, ngưng tụ, sấy khô hoặc hấp phụ làm giảm hơi nước.
Tách CO2: Tách màng, hấp phụ dao động áp suất, lọc nước hoặc hấp thụ hóa học có thể làm tăng nồng độ khí mêtan.
Kiểm soát chất gây ô nhiễm dấu vết: Siloxanes và VOC cũng có thể cần được loại bỏ tùy thuộc vào nguồn nước thải và đặc tính khí cuối cùng.
EPA báo cáo rằng RNG được nâng cấp thường chứa ít nhất 90% khí mê-tan, trong khi RNG được bơm vào đường ống thường đạt xấp xỉ 96–98% khí mêtan , tùy thuộc vào thông số kỹ thuật về chất lượng khí đốt của cơ quan tiếp nhận.
Đối với các dự án của Hoa Kỳ, CNG hoặc LNG tái tạo đủ điều kiện được sản xuất từ khí sinh học từ các nhà máy xử lý nước thải đô thị cũng có thể nằm trong lộ trình được phê duyệt trong Tiêu chuẩn nhiên liệu tái tạo của liên bang.
Các nhà vận hành nên phản ứng với các xu hướng trước khi việc sản xuất khí mê-tan sụp đổ.
tạo bọt may result from filamentous organisms in the incoming sludge, rapid gas release, inadequate mixing, sudden loading changes, high concentrations of fats or proteins, or poor solids withdrawal.
Các dấu hiệu cảnh báo bao gồm:
Các hành động khắc phục có thể bao gồm giảm tải, cải thiện việc phân phối hỗn hợp, quản lý nguyên liệu thô rắc rối, điều chỉnh việc thu hồi bùn và kiểm soát bọt dai dẳng một cách cơ học.
Sự gia tăng đột ngột lượng chất hữu cơ thường làm tăng sản xuất axit trước khi các sinh vật tạo khí metan có thể phản ứng.
VFA bắt đầu tích tụ, độ kiềm bị tiêu hao và độ pH cuối cùng giảm xuống.
Tuy nhiên, Chỉ riêng pH là một chỉ số muộn bởi vì đệm bicarbonate có thể che giấu sự mất ổn định đang phát triển.
Do đó, người vận hành thường theo dõi VFA cùng với độ kiềm tổng hoặc độ kiềm bicarbonate. Tăng trưởng đều đặn Tỷ lệ VFA trên độ kiềm thường quan trọng hơn một lần đọc riêng lẻ. Theo quy tắc vận hành thực tế, các giá trị dưới khoảng 0,3 thường biểu thị khả năng đệm thoải mái, trong khi chuyển động liên tục về phía khoảng 0,4–0,5 hoặc cao hơn sẽ kích hoạt việc điều tra. Các xu hướng lịch sử của từng địa điểm cụ thể phải luôn được ưu tiên hơn một điểm báo động chung.
Các câu trả lời có thể bao gồm:
Nguyên liệu giàu protein giải phóng amoniac, trong khi chất thải chứa lưu huỳnh có thể tạo ra hydro sunfua.
Phần độc hại của amoniac phụ thuộc nhiều vào độ pH và nhiệt độ, do đó tổng nồng độ amoniac hoạt động thành công tại một cơ sở có thể gây ra sự ức chế trong các điều kiện khác nhau.
Sunfua gây ra các vấn đề về sinh học và vận hành vì sunfua hòa tan có thể ức chế vi sinh vật trong khi khí H2S gây ra mối lo ngại nghiêm trọng về ăn mòn và an toàn.
Xu hướng tỷ lệ phần trăm mêtan, CO2, H2S, VFA, độ kiềm, pH, sản lượng khí và lượng thức ăn cùng nhau cung cấp một hệ thống cảnh báo sớm mạnh mẽ hơn nhiều so với việc chỉ dựa vào thể tích khí.
Mộtaerobic digestion does not eliminate sludge. It converts biodegradable organic material while leaving a stabilized digestate containing water, residual solids, nitrogen, phosphorus and inorganic material.
Sau khi phân hủy, các nhà máy xử lý nước thải thường sử dụng máy ly tâm, máy ép lọc đai, máy ép trục vít hoặc các thiết bị khử nước khác để giảm khối lượng vận chuyển.
Chất lỏng cô đặc hoặc dịch lọc thường trả lại lượng đáng kể amoniac và phốt pho hòa tan cho quá trình xử lý nước thải. Tại các cơ sở lớn hơn, lượng chất dinh dưỡng phụ này có thể biện minh cho việc xử lý nitơ riêng biệt hoặc thu hồi phốt pho.
Một lựa chọn ngày càng quan trọng là thu hồi phốt pho dưới dạng sản phẩm phốt phát có thể sử dụng được thay vì cho phép kết tủa struvite không kiểm soát được trong đường ống, máy bơm và thiết bị khử nước.
Việc xử lý chất rắn sinh học cũng phải được xem xét trong quá trình thiết kế quy trình.
Theo quy định của EPA Hoa Kỳ, Loại A và Loại B chủ yếu đề cập đến các yêu cầu giảm mầm bệnh và chúng có các yêu cầu quản lý khác nhau đối với việc áp dụng đất đai. Chất rắn sinh học loại B vẫn có thể chứa mầm bệnh có thể phát hiện được và do đó yêu cầu hạn chế về địa điểm, trong khi chất rắn sinh học loại A đáp ứng các yêu cầu giảm mầm bệnh nghiêm ngặt hơn.
Mộtaerobic digestion by itself should therefore not automatically be described as producing “Class A biosolids.” The complete treatment train and applicable Part 503 criteria determine the final classification.
Khởi động nên dần dần.
Một trình tự thực tế bao gồm:
Việc nạp ngay một bể phân hủy mới tới công suất thiết kế tối đa có thể cho phép sản xuất axit vượt xa quần thể sinh metan đang phát triển.
Do đó, từ góc độ kinh tế, hệ thống phân hủy nước thải tốt nhất không nhất thiết phải là lò phản ứng tạo ra khí sinh học tối đa có thể. Người vận hành nên so sánh năng lượng sưởi ấm và trộn, tiết kiệm xử lý chất rắn, tiêu thụ hóa chất, bảo trì, sử dụng khí sinh học, xử lý dòng chất dinh dưỡng và doanh thu RNG hoặc điện năng tiềm năng như một sự cân bằng tổng hợp.
Hiệu suất của bể phân hủy bắt đầu bằng việc xác định chính xác đặc tính nước thải và bùn.
Trước khi lựa chọn lò phản ứng, hệ thống trộn, thiết bị xử lý khí hoặc thiết bị xử lý nước thải liên quan, hãy xác định tải lượng chất rắn dự kiến, đặc tính COD, nhiệt độ, hàm lượng lưu huỳnh và nitơ, yêu cầu HRT, lộ trình chất rắn sinh học cuối cùng và mục đích sử dụng khí sinh học.
Công ty TNHH Công nghệ Môi trường Hàng Châu Nihao cung cấp các sản phẩm xử lý nước thải và hỗ trợ các dự án xử lý công nghiệp và đô thị bằng việc lựa chọn thiết bị theo định hướng quy trình.
Nếu bạn đang lên kế hoạch cho một hệ thống xử lý nước thải mới hoặc nâng cấp quy trình sinh học hiện có, hãy liên hệ Nước Nihao với tốc độ dòng chảy, đặc tính nước thải, mục tiêu xử lý và thông tin quy trình hiện có. Nhóm của chúng tôi có thể giúp đánh giá các cấu hình xử lý phù hợp và thiết bị hỗ trợ cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải.
Bốn giai đoạn là thủy phân, sinh axit, sinh axetat và sinh metan. Vật liệu hữu cơ phức tạp trước tiên được chuyển đổi thành các hợp chất hòa tan, sau đó là axit dễ bay hơi và các chất trung gian khác, tiếp theo là axetat và hydro, cuối cùng là metan và carbon dioxide.
Quá trình phân hủy ưa nhiệt trung bình thường hoạt động ở khoảng 30–38°C, với khoảng 35°C được sử dụng rộng rãi cho các máy phân hủy bùn đô thị. Quá trình phân hủy ưa nhiệt thường hoạt động ở khoảng 50–57°C. Hệ thống ưa nhiệt có thể cung cấp các phản ứng sinh học nhanh hơn và giảm mầm bệnh nhiều hơn nhưng nhìn chung nhạy cảm hơn với sự thay đổi nhiệt độ và rối loạn quá trình.
HRT xác định thời gian vật liệu còn lại trong lò phản ứng, trong khi OLR biểu thị lượng vật liệu hữu cơ được sử dụng trên một đơn vị thể tích lò phản ứng mỗi ngày. Tải quá mức kết hợp với việc lưu giữ không đủ có thể gây ra sự tích tụ VFA vì sự hình thành axit vượt quá khả năng chuyển hóa metan.
tạo bọt may be associated with filamentous organisms, high protein or fat loading, rapid gas production, poor mixing, feed variations, and accumulated scum. Control measures include identifying the source, correcting loading or mixing conditions, managing feedstocks, and removing accumulated foam or scum where necessary.
Khí sinh học thô được làm sạch để loại bỏ nước, hydro sunfua, carbon dioxide và các chất gây ô nhiễm như siloxan và VOC. Các công nghệ có thể bao gồm than hoạt tính, môi trường sắt, màng, hấp phụ dao động áp suất và hệ thống lọc. RNG chất lượng đường ống thường đòi hỏi nồng độ metan cao hơn nhiều so với khí phân hủy chưa được xử lý.
Nhiều nhà phân hủy của thành phố đặt mục tiêu tiêu hủy khoảng 40–60% chất rắn dễ bay hơi tùy thuộc vào khả năng phân hủy sinh học của bùn và thiết kế quy trình. Tại Hoa Kỳ, việc giảm 38% chất rắn dễ bay hơi là đặc biệt quan trọng vì đây là một lựa chọn của EPA để chứng minh việc giảm lực hút vectơ theo 40 CFR Phần 503.
Các mối nguy hiểm chính bao gồm nguy cơ cháy và nổ khí metan, độc tính của hydro sunfua, bầu không khí thiếu oxy, khí điều áp, không gian hạn chế và thiết bị di chuyển. Các cơ sở nên sử dụng tính năng phát hiện khí, thông gió, bảo vệ áp suất và chân không, kiểm soát ngọn lửa, phân loại điện, quy trình trong không gian hạn chế, hệ thống tắt khẩn cấp và quy trình vận hành tại địa điểm cụ thể. Các yêu cầu hiện hành của OSHA, mã cứu hỏa, mã điện và địa phương phải được xem xét trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống.
86 - 571 - 88647609
+86-15267462807
Tiếng Anh
عربي
tiếng Tây Ban Nha