[發明專利]分離式厭氧折流反應器及其工作方法

無效

• 申請號: 201210157071.3
• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN102659243A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 徐富
• 申請（專利權）人: 蘇州蘇水環境工程有限公司
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及廢水處理領域，尤其涉及一種分離式厭氧折流反應器及其工作方法。

背景技術

厭氧消化是一個復雜的生物學過程，在自然界內厭氧發酵過程也廣泛存在著。在厭氧條件下，在有水的地方，有機物很容易發生厭氧消化，厭氧消化的代表性產物為甲烷和硫化氫。厭氧微生物，即為能在無氧條件下分解有機物的微生物。它們在地球上的分布是十分廣泛的。其中包括人和動物的腸胃、植物的木質組織、海底、湖底、塘底和江灣的沉積物，以及各種污泥、沼澤、糞坑和稻田土壤中，都有不同數量的厭氧微生物存在。

人們所開發的厭氧消化處理工藝，則是用人工的辦法在一種反應器內創造厭氧微生物所需要的營養條件和環境條件，使設備內積累高濃度的厭氧微生物，以加速厭氧發酵過程，使人工厭氧發酵的速度大大超過自然界中自發的厭氧發酵。

在廢水的厭氧處理過程中，廢水中的有機物經微生物的共同作用下，最終被轉化為甲烷、二氧化碳、水、硫化氫和氨。在此過程中，不同微生物的代謝過程相互影響、相互制約，形成復雜的生態系統。一般有機廢水中的污染物為高分子有機物，這些有機物在廢水中以溶解物、懸浮物或膠體的形式存在。

如圖1所示，廢水中有機污染物的厭氧降解過程可劃分為四個階段：

1、水解階段

水解定義為復雜的非溶解性的聚合糖被轉化為簡單的溶解性單糖或二聚糖的過程。高分子有機物因相對分子質量較大，不能透過細胞膜，因此不可能被細菌直接利用，所以水解過程通常較緩慢，被認為是含高分子有機物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。多種因素可能影響水解的速度與水解的程度，一般包括：水解溫度；有機質在反應器內的停留時間；有機質的組成，例如木素、碳水化合物、蛋白質與脂肪的質量分數；有機質顆粒的大小；pH值；氨的濃度：水解產物的濃度(例如揮發性脂肪酸)。

2、發酵(或酸化)階段

發酵定義為有機化合物既是電子受體也是電子供體的生物降解過程(自身氧化還原反應)，在此過程中，溶解性有機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主的產物。因此這一過程也稱為酸化。在這一階段，上述小分子的化合物在發酵細菌(即酸化菌)的細胞內轉化為更簡單的化合物并分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸(VFA)、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質。

在此階段中，脂肪酸發酵會產生氫氣，因此這一反應的順利進行，必須依賴于消耗氫的產甲烷過程，以便使氫濃度維持在較低水平。此外，脂肪酸的降解能使pH下降，因此在反應系統中應當有足夠的緩沖能力。

在厭氧降解過程中，酸化細菌對酸的耐受力必須加以考慮。酸化過程在pH下降到4時仍可以進行，例如在青飼料的熟化中人們即利用了這一特性。但是產甲烷過程的最佳pH值在6.5～7.5間，因此pH值的下降將會減少甲烷生成和氫的消耗，并進一步引起酸化產物組成的改變。一些產物例如丙酸會大量生成。產乙酸菌沒有足夠的能力克服這種改變，產甲烷菌活力的下降又進一步加劇了酸的積累，使pH值進一步下降。厭氧降解過程因之惡化，嚴重時可使甲烷的形成完全中止。

3、產乙酸階段

發酵酸化階段的產物在產乙酸階段被產乙酸菌轉化為乙酸、氫氣和二氧化碳。通常在厭氧顆粒污泥中存在著微生態系統，在此系統中，產乙酸菌靠近利用氫的細菌生長，因此氫可以很容易被消耗掉并使產乙酸過程順利進行。

除了許多產甲烷菌可以利用氫以外，硫酸鹽還原菌和脫氮菌也能消耗氫。此外少量的產乙酸菌也利用氫，這類產乙酸菌能使用氫作為電子供體將二氧化碳和甲醇還原為乙酸，此即同型產乙酸過程。

4、產甲烷階段

這一階段里，乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被轉化為甲烷、二氧化碳和新的細胞物質。在厭氧反應器中，所產甲烷的大約70％由乙酸歧化菌產生。在反應中，乙酸中的羧基從乙酸分子中分離，甲基轉化為甲烷，羧基轉化為二氧化碳，在中性溶液中，二氧化碳以碳酸氫鹽的形式存在。

這一過程是厭氧反應過程的最后一步，將前面所產生的有機酸等分解為甲烷、二氧化碳等物質。如果這一過程不能順利進行，揮發性脂肪酸會大幅度積累，導致整個系統的酸化，最終使厭氧反應停止。