EZ7200VFA在厭氧消化器的應用

哈希公司

厭氧消化簡介

 
厭氧消化是一種在市政和工業固體穩定過程的常用技術。穩定化是一個減少處理過程中的污泥病原體含量,使產品安全有益地使用或處理的過程。厭氧消化被應用在各種民營企業中，并且被大約10%的市政污水資源化設施(WRRF)所使用。

厭氧消化與其他穩定過程的不同之處在于其通過捕獲沼氣回收能源的可能性。沼氣是消化過程的副產品,可用于鍋爐系統產生熱量、利用發電機發電以提供動力給連接的發動機/汽輪機或進一步處理生成其他燃料,如天然氣。這種捕捉廢物流中儲存的能量的能力使厭氧消化成為一個有吸引力的技術，水資源回收設施持續努力以實現資源回收以及符合監管要求的統一。

應用案例

麥地那市衛生工程—— Kenneth J Hotz WRF

麥地那市衛生工程為麥地那市、不倫瑞克和其他幾個城鎮的公用事業提供支持。這個城市運營三個水回收設施。在這里，這座城市進行了資助改造，以提高厭氧消化器中可再生能源的捕獲。

厭氧消化器的進料包括捕獲的污泥或由上游污水資源化設施的污水處理過程以及捕獲的脂肪、油、油脂或食品/工業廢物。雖然厭氧消化器有很多的具體配置(嗜常溫、高溫等)，我們的目標是相同的:創建一個通過微生物的天然降解促進有機物質穩定受控分解的環境。這是在四個同步的階段完成的:水解、酸化、乙酸化和甲烷生成。

產甲烷細菌對許多工藝條件敏感,包括溫度、pH值和各種毒素的存在。優性能發生在pH值 6.8到-7.2 之間。如果消化器中的pH值下降,產甲烷過程即可被抑制，消化過程和沼氣生產也同時被停止。

厭氧消化過程概述

1.水解 – 有機物/細胞被分解成可溶性形式。

2.酸化 – 可溶性有機分子被產酸細菌轉化為VFA。

3.產乙酸 –VFA進一步分解，主要為乙酸(步驟2和步驟3統稱為發酵)。

4.產甲烷 –在產甲烷菌的作用下，VFA和H2轉化為CH4 (沼氣)和CO2。

這是通常被稱為消化器酸化——會產生氣味，同時消化系統失敗導致經常需要花費數萬美元恢復，代價昂貴，十分費時費力。當堿度較高時消化器的穩定性大大提高。堿度的定義是溶液中酸或酸性介質存在時抵抗pH變化的緩沖能力。在厭氧消化器，堿度會被上述提到的階段2中產生的VFA消耗掉。幸運的是,如上文提到的階段3所述，碳酸氫鹽堿度會在產甲烷菌將VFA轉化為甲烷的過程中產生。消化器操作人員可以通過監測加料速率、混合和加熱等操作過程維持VFA和堿度的健康平衡。

雖然厭氧消化過程很好理解，但操作人員仍然普遍面臨著消化失敗或能量回收效率低下問題的挑戰。

厭氧消化效率可以通過溶胞預處理技術大大提高。溶胞預處理提高了消化過程中能量捕獲的效率、環境可持續性和固體減少方面得到加強。其中一種這樣的預處理技術是熱水解過程(THP)。該過程使用的壓力和熱來實現這些結果。雖然厭氧污泥的預處理可以大大提高整個消化過程,但系統仍應該仔細監控以防止消化器過量投料。

厭氧消化器監控

典型的厭氧消化器監控包括周期性采集樣品(理想情況下日報)由實驗室分析pH值、堿度和VFA濃度。雖然這對于高度穩定的應用已經足夠，但更多的厭氧消化器受制于操作條件的劇烈變化。在這樣的情況下，可能需要增加額外的監測或增加采樣頻率以避免消化失敗，大限度地提高消化器性能和能量回收率。

通過連續監測能夠反映厭氧消化器健康狀態的某一些關鍵技術指標，消化器的穩定性和優能量回收率可以安全地持續保持。基于溫度和pH值在消化器中變化的靈敏度,操作人員可能會簡單監控消化器中的pH值和溫度變化來避免消化失敗。然而,通過這種方法反映失敗的本質是不夠的。從本質上講,一旦pH值變化,由于消化器已存堿度的耗盡，消化器的惡化已經不可避免。在這樣的事件中,甲烷的生成已經可能被抑制。直接實時監測消化器中VFA 和堿度的比率 (VFA: 堿度)在追蹤整個厭氧反應器的健康方面是更加有效的工具。除了VFA/堿度的比率、特定的碳酸氫鹽堿度水平可以幫助判斷厭氧消化器的穩定性，因為它與原料的質量有關(比如：更高水平的碳酸氫鹽堿度表明原料中有更高的蛋白質含量)。VFA/堿度比例提供了反映產甲烷菌健康狀況的早期指標，幫助操作人員保持厭氧消化器優性能和大能量回收。

案例研究

麥地那市衛生工程——利物浦WWTP

在2010年代早期,俄亥俄州的麥地那市某污水處理廠面臨著如改善他們的固體處理流程的問題。他們的現存技術包括一個老化的濕式空氣氧化工藝，這是一個能源密集型過程，操作過程需要大量的天然氣和電力。結合他們的需求, 麥地那市決定轉向更有利于環境可持續發展和節省能源的技術——厭氧消化和熱水解。

從污水處理到資源回收的轉變

市政府決定在厭氧消化器采用熱水解預處理實現沼氣產量和捕獲的大化以提高能量回收效率。為保證消化器的投料速率和連續監測消化器的健康狀況，麥地那市開始尋找用于監控厭氧消化器健康狀態的在線監測技術作為實驗室方法的補充(抓取樣品檢測VFA、堿度和pH值)。經過全面的市場調查，工廠決定購買哈希EZ7250分析儀實時監測消化器的VFA,碳酸氫鹽堿度和pH值。當啟動熱分解系統時，這種監測技術尤其有用，可以確保消化器投料速率并未導致過量VFA的產生（這可能導致pH值過低抑制產甲烷菌），同時確保大的沼氣產量。

根據評估VFA:堿度比率建議采取的行動（Adapted from MOP16 “Anaerobic SludgeDigestion” 1987).

VFA:堿度的比率根據具體的應用不同而變化。對于市政系統,一個健康的VFA:堿度范圍可以從0.15到0.3，當與生物除磷過程同步時甚至可以達到0.4。純粹的工業應用VFA:堿度的比率范圍或略有增加但仍能保持安全健康運行。

EZ7250分析儀，一次分析同時測定VFA 、堿度、碳酸氫鹽和pH

某水處理公司的厭氧消化器

對于保持厭氧消化器的性能面對的挑戰，在線VFA：堿度監測可以提供早期預警：

變化的進料量

混合或未知的進料

加熱和混合效率

細菌抑制（由于營養缺乏或毒性）

益處

通過回收廢水中的能量實現價值大化

通過在線監測直接洞察厭氧反應器的健康狀態實現停機（消化失敗）時間小化

結論

高度精確和可靠的在線儀表保證了厭氧消化器的健康，為系統管理者和操作者提供以下好處:

小化系統失敗幾率和停機時間

大化資源回收效率

EZ7250厭氧消化器監控解決方案，加上EZ9130重介質過濾系統,適合任何厭氧消化系統，可以為所有行業中厭氧消化器的操作人員在面臨各種挑戰時提供實時的監測數據。

在線分析解決方案

EZ7200系列濃度分析儀是專門為監控(濕)厭氧消化器而設計的多參數滴定儀。

EZ7250 VFAs 10-500mg/L以醋酸計, 碳酸氫鹽1-50meq/L或5,000mg/L以CaCO₃計, 總堿度和酚酞堿度1-50meq/L或5,000mg/L以CaCO₃計

EZ7251 VFAs 20-1,000mg/L以醋酸計, 碳酸氫鹽1-50meq/L或 5,000 mg/L以 CaCO₃計, 總堿度和酚酞堿度1-50 meq/L 或 5,000 mg/L以CaCO₃計

EZ7252 VFAs 100-5,000mg/L以醋酸計, 碳酸氫鹽5-100meq/L 或10,000mg/L 以CaCO₃計，總堿度和酚酞堿度5-100meq/L或10,000mg/L以CaCO₃計

EZ7253 VFAs500-10,000mg/L以醋酸計，碳酸氫鹽5-100 meq/L 或10,000mg/L以CaCO₃ 計, 總堿度和酚酞堿度5-100meq/L或 10,000mg/L以CaCO₃計

所有分析儀的選項包括：

多流路分析(1-8個樣品流路)降低了每個采樣點的成本

用于通信的模擬和/或數字輸出

END