UASB装置调试运行报告

生产实习报告学 院 名 称： 土木与水利工程学院 专 业 班 级： 给水排水2009级 学 号： 姓 名： 指 导 教 师： 胡真虎、董方、苏馈足 实 习 日 期： 2012.7.92012.7.13 UASB装置调试运行报告一、工艺及装置简介 当前，高浓度的有机废水一大挑战，随着人类孜孜不倦的努力，UASB渐渐为世人所了解和应用，通过UASB可以很好的处理污水中难降解的有机物，并利用其内部的厌氧微生物对高浓度有机物进行厌氧消化，经过三个阶段（发酵阶段,产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段）将有机物转化为酸和甲烷气体，一方面为后续有氧处理减少了压力，从而解决了有氧处理难以降解某些人造有机物的困难，另一方面，产生的甲烷气体可以成为一中大量应用的能源，因为该装置产气率还是挺高的。产酸和产甲烷阶段如下图所示： 发酵阶段: 发酵使之有机化合物既是电子受体有是电子供体的生物降解过程。在此过程中水解阶段产生的小分子化合物在发酵细菌的细胞内转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物。因此，这一过程也称为酸化阶段。这一阶段的末端产物主要有挥发性脂肪酸，醇类，乳酸，H2，CO2，NH3和H2S等。与此同时，发酵细菌也利用部分物质和能量合成新的细胞物质。发酵过程是是由大量的，不同种类的发酵细菌共同完成，发酵细菌是一个复杂的混合菌群，它主要是专性厌氧和兼性厌氧菌属异养菌。发酵细菌所进行的生化反应受到两方面的约束：一方面市底物的组成与浓度，另一方面，是代谢产物的种类及后续生化反应的进行情况。底物浓度大时一般均能加快生化反应的速率不同底物的组成有时会影响物质的流向，形成不同的代谢产物，代谢产物的累积会会阻碍生化反应的顺利进行。产氢产乙酸阶段： 在产氢产乙酸阶段;发酵阶段的末端产物在产氢产乙酸菌的作用下进一步转化为乙酸，H2和CO2，提供给甲烷菌，同时合成新的物质，在厌氧条件下能产乙酸的微生物主要由两类：一类是异养性细菌，能利用有机物产生乙酸和氢气;另一类为混合营养形生物，既能利用有机物产生乙酸也能利用H2和CO2产生乙酸。只有在产乙酸菌产生的氢被甲烷菌有效利用时，系统内氢的分压才能维持在很低的水平。产氢产乙酸菌为甲烷菌提供乙酸和氢气，促进甲烷菌的生长；产甲烷菌能够利用H2而降低环境中氢的分亚，反过来又有利于产氢产乙酸菌的生长这种在不同类群微生物菌种之间氢的产生和利用的偶联现象称为种间氢转移。产氢产乙酸菌在耗氧微生物共生的情况下将长链脂肪酸降解为乙酸和氢气，获得能量而生长。产甲烷阶段： 在产甲烷阶段，产甲烷细菌将乙酸，甲酸，甲醇，甲胺和H2/CO2转化为CH4,CO2和新的物质。产甲烷菌是有机物厌氧降解食物链中最后的一个成员，也是最主要的一类细菌群。产甲烷菌是一群形态多样，具有特殊细胞结构，可代谢H2和CO2及少数几种简单有机物生成甲烷的严格厌氧古菌，它广泛存在与自然界，如污泥，动物肠道，瘤胃和湖海沉积物。在厌氧反应器中，污泥消化是产生的甲烷细菌数量约为100000-100000000个UASB颗粒无你中产甲烷菌数量可达1000000000个/ml。产甲烷菌只能利用简单的碳素化合物，这与其他微生物生长代谢的能源和碳源明显不同，根据甲烷细菌利用底物种类的不同，产甲烷过程分两个阶段：其一是在二氧化碳存在时利用氢气生成甲烷；其二是利用乙酸生成甲烷。本次实验的装置是一种简化的实验装置，其外形呈圆筒状，如图所示： 其底部有一根管作为进水管，桶侧面有固定的出水口，顶部利用法兰密封，顶上有出气管，桶内便是反应区和储气区，经过处理的水便从上部的U形管一滴滴流出，U形管的作用是水封，可以防止内部的气体流出。由于厌氧微生物对温度和PH很敏感，该装置也配备了相应的处理装置，旁边的白色壶中便盛有缓冲溶液Na2CO3,它和UASB通过管子连接，产甲烷菌最适pH范围为6.87.2。在pH=6.5以下或 pH=8.2以上的环境中，厌氧消化会受到严重的抑制，这主要是对产甲烷菌的抑制，当PH发生变化时通入Na2CO3调节PH使之更适应微生物的生长。厌氧消化速率随温度的变化比较复杂，在厌氧消化过程中存在着两个不同的最佳稳度范围：一为55左右，一为35左右因此,为了更好的控制温度在桶外壁套上红色的保温套其上有温控装置，当温度变化超过微生物的适应范围，便可以通过加热或降温措施来控制温度。该装置的优点在于：1，可以很好的适应有机负荷的变化。2，装置构造简单，从而节约投资成本，占地面积小。 3，处理低浓废水的效率已具备与好氧处理竞争的能力。二、测量方法 UASB装置的测定指标有：进水COD，PH,气体成分及其含量，出水VFA1,COD的测量-滴定法。 （1）方法原理： 本方法在经典重铬酸钾-硫酸消解体系中加入助催化剂硫酸钾与钼酸铵。同时密封消解过程是在加压下进行的，因此大大缩减了消解时间。消解后测定化学需氧量的方法采用滴定法，也可采用光度法。 （2）水样的采集与保存： 水样采集后，应加入硫酸将PH调制小于2，以控制微生物的活动。样品应尽快分析，必要时在4摄氏度冷藏保存，并在48小时内测定。 （3）仪器： 具密封塞的加热管：50ml，锥形瓶：150ml，酸式滴定管：25ml，恒温定时加热装置 （4）试剂： 消解液：称去9.8g重铬酸钾。50.0g硫酸铝钾，10.0g钼酸铵，溶解于500ml水中，加入200ml浓硫酸，冷却后移至1000ml容量瓶中，并用水稀释至标线。该溶液的重铬酸钾的浓度为0.4mol/L Ag2SO4-H2SO4催化剂：称取8.8g分析纯Ag2SO4，溶解于1000ml浓硫酸中。 掩蔽剂：称取10.0g分析纯HgSO4，溶解于100ml10%硫酸中。 （5）步骤： 准确吸取3.0ml水样，置于50ml具密封塞的加热管中，加入1ml掩蔽剂+3ml消化液+5ml催化剂，旋紧密封塞子，一次将消化管插入 已达到165度的COD消解装置恒温体孔中，定时定温进行催化消解工作。当定时器发出呼叫信号时整个消解过程完毕，将消解管按顺序从装置中取出，冷却后用滴定法测出COD值。 将样液转移到150ml锥形瓶中，用20ml蒸馏水分3次冲洗消化管冲洗进入锥形瓶中，加入2-3滴试亚铁灵指示剂用硫酸亚铁铵标准溶液回滴，溶液颜色由黄色经蓝绿至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准该溶液的用量算出COD值。 COD(mg/L)=(V0-V1）*C*8*1000/V2式中：VO-空白消耗硫酸亚铁铵标准该溶液用量。 V1-水样消耗硫酸亚铁铵标准该溶液用量。 V2-水样体积 C-硫酸亚铁铵标准该溶液浓度。 8-氧（1/2O摩尔质量（g/mol） 2，PH的测定(1) 按照PH计说明书的要求进行操作，启动仪器预热10min.(2) PH计校正：依次用上述三种标准溶液校正仪器。将电极和塑料杯用水冲洗干净后，再用标准缓冲溶液冲洗2-3次，用滤纸吸干。注入70ml标准溶液与塑料瓶中插入电极校正仪器刻度(3) 样品的测定：小心移开正液，先用水冲洗电极。在样品中插入电极，测定样品的PH.测定后，将电极和塑料杯洗干净3，VFA的测定： （1）按照气相色谱仪的操作要求进行操作，一次打开氮气，空气和氢气源，启动仪器，预热30min。仪器工作条件如下：FID检测器和汽化室温度均为250度柱室采用程序升温初始温度为120度，停留3min后以10度/min的速度升至180度并在该温度下停留2min，载气使用空气，氮气和氢气。（2）水样的处理：用7ml离心管取适量反应器出水水样，在1400r/min下离心10min后，去上清液加入等量甲酸酸化，然后经0.45um微孔滤膜过滤。（3）样品的测定：用10ul进样器取1ul水样按照仪器的操作进行样品的测定4，甲烷含量的测定： 利用气相色谱仪分析产气中的甲烷含量，仪器工作条件如下：TCD检测器，检测器温度60度，汽化室60度，柱室温度40度，桥流90mA，高纯氩作载气。三、实验结果记录及分析 实验数据如下表格：实验数据分析：日期 项目PHCOD气体VFA空白进水出水氢气甲烷乙烷丙烷丁烷戊烷7月10号7.00 V02.60 5.11 1.00 样品142 400 1 2163 239 2446 2802 V19.50 10.85 7.20 标样1440 335 2 3223 1286 200 2287 V6.90 5.74 6.20 COD3093.33 186.67 7月11号7.11 V012.95 8.25 2.70 样品494 339 1 2025 70 150 2906 V119.82 13.80 9.10 标样1374 317 2 2378 1169 170 2072 V6.87 5.55 6.40 COD3520.00 125.33 7月12号7.14 V09.47 4.52 15.01 样品336 603 1 1982 201 180 1767 V115.01 9.47 20.09 标样1819 412 2 2200 186 210 2045 V5.54 4.95 5.08 COD1573.33 122.67 7月13号7.16 V010.70 8.10 13.00 样品245 636 1 2569 304 100 3023 V116.20 12.90 17.70 标样1993 372 2 2755 100 195 2229 V5.50 4.80 4.70 COD1866.67 213.33 PH：从这几天测量的数据来看PH基本正常，但也有一定的误差，可能是由于操作不当，没有将电极及塑料杯洗干净，当然也有可能是UASB反应器内PH发生的变化。COD:进水COD数据从这四天测量的情况来看存就在较大的差异，前两天维持在3千左右，而后两天则维持在1千左右，这其中的差异在于每天所测之人的操作存在较大不同，由于每个人的习惯或方法存在误差，包括对进水样的稀释以及对滴定终点的判断不准确最终导致较大的差异，而出水COD将近维持在100-200之间存在较小的误差，可能是由于出水COD本身较低，存在的误差对其影响有限。气体：从气体的测定结果可以看出虽然每次都测的是同一个标样，但彼此存在一定的误差，其中甲烷含量较恒定，而氢气含量误差较大，所取的样品所测的四组数据前两组和后两组存在较大误差，其原因可能是一方面仪器存在误差，有时一组数据分别两次进入其结果也会截然不同，另一方面，在取气的过程中气体发生不同程度的泄漏，导致气体的量发生变化，当然也有可能是UASB反应器内气体的状况发生变化，包括气体的含量，气体的组成等。VFA:这四天所测的VFA数据无论是同一天还是天与天之间所测的数据都存在较大的误差这其中的误差存在几个方面。第一，每个组员之间存在操作误差，造成数据的误差。第二，可能在离心过程中离心不够充分。第三，在稀释过程中存在稀释误差。第四，在过滤过程中，过滤的不够充分。第五，气相色谱仪本身存在误差加上在操作过程中的误差，导致数据之间发生较大的差异。四、结论最终根据分析将数据初步定为：PH： 7.14COD; 进水3520 出水 125气体： 氢气 449 甲烷 339VFA: 乙酸 2025 丙酸 70丁酸150戊酸2906COD去除率 去除率=（3520-125）*100%=96%甲烷含量 t=339/(339+449)*100%=43% 从实验数据看COD的去除率是比较高的,产气中甲烷含量达43%还是可以的。五、个人总结 通过这次生产实习,我从中学到了很多,不论做什么事情,首要的是严谨的态度,在实验过程中,我们经历了烦躁,经历了失败,有时候样品滴定完成了,却突然发现,初始刻度数据没有记,有时候滴定滴着滴着,突然漏了很多标准溶液,其次是要有耐心,俗话说,欲速则不达,越想很快的完成实验便越容易发生错误,因此要学会放下心,一丝不苟的去完成实验,另外,组成员之间配合要默契,分工要明确,当一个人在同一时间去做不同的事难免会产生错误,一个人的能力和精力是极其有限的,但团体可以爆发出巨大的能量,要学会和别人共同承担一件事情,通过很好的分工,来更好的完成一件工作.当然,我也认识到作为一个实验人员的艰难,因为你每次所做的实验可能数据都会存在较大的误差,尤其是那种没有标准实验数据等的实验,此时你该怎么办?编造数据？还是放弃？显然二者都不可取，我们只能努力降低人为的失误，不断降低实验过程中的失误。 另外我想谈谈我对同这次生产实习的一点感想。 如今科技正飞速的发展，而我们却发现我们要喝的水却越来越脏，我们从以前的直接从河中取水到如今的必须经过自来水厂处理才能饮用，我就在想，我们能不能更加科学一点，我们能不能生产一些易降解且没有污染的产品，一方面保护我们赖以生存的环境，另一方面，保障人民的食品安全，真正的实现以人为本。 通过此次生产实习，我对厌氧消化技术有了更加充分的认识，对课本的理论知识进行了实践，首先是当前面临的高浓度的有机废水的处理，UASB给了一个很好的回答，然而我们不能就此沾沾自喜，随着时间的推移，可能我们面临的状况会越来越糟，谁的污染程度会越来越严重，到那时UASB还能适应吗？会不会被淘汰？因此，我觉得对于厌氧消化器的研究必须得加强，以便适应未来可能不断恶化的状况。不过目前来看UASB已经适应了社会发展的要求，其表现有以下几个方面。第一，对于高浓度有机废水通过UASB反应器后难降解难溶的有机物被微生物转化为可降解可溶的简单有机物，由于厌氧处理出水的COD还是较高不能直接排放，还要经过有氧处理后才能排放，而有氧处理最大的困难就在于难以分解很多人造有机废物，而UASB为其解决了这一大问题。第二，当前人类对于能源的认识更加充分，人们力求清洁有安全的能源而沼气的发现对我们来说是一个很好的消息，我们不但能从污水池处理中得到，而且在农村有很多原材料如废弃秸秆，牲畜的粪便，只要充分利用这些资源，农村便可以利用上清洁的能源，从而减少对树木的砍伐，进而保护森林。第三，目前对于污泥的处理大多只是简单的填埋和焚烧，这样不仅影响土壤微生物的平衡而且燃烧产生的废气又污染环境，UASB也提供了一种新的处理方法，我们可以通过厌氧消化来缩减污泥的体积，并且在此过程中产生沼气，成为我们日常使用的能源真可谓一举两得。六、参考文献1黄君礼.水分析化学（第三版）. 北京.中国建筑工业出版社.2008.2环保局水和废水检测方法编委会.水和废水监测分析方法（第四版）.北京.中国环境科学出版社.2000.3曾泳淮，林树昌编.水分析化学（仪器分析部分）.第二版.北京.高等教育出版社.2005.4严煦世，范瑾初主编.水质工程.第一版.北京.中国建筑工业出版社.2009.5张自杰主编.排水工程.第四版.北京.中国建筑工业出版社.2000.6Metcalf and Eddy. 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