[發明專利]微生物電輔助厭氧折流發酵制氫反應器

在審

• 申請號: 201310203153.1
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN104178417A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 朱葛夫;鄒然;劉超翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: C12M1/107
• 分類號: C12M1/107;C02F9/14
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明專利涉及一種聯合厭氧折流板反應裝置和微生物電解池實現廢水降解和產氫的新型裝置。屬于厭氧發酵制氫反應器，在解決厭氧發酵障礙的同時，能夠產生氫氣，實現廢物高效降解與產氫資源化利用。

背景技術

厭氧折流板反應器（ABR）是P.L.McCarty于1981年提出的一種新型的高效厭氧反應器。ABR可以看成多個升流式厭氧污泥床組成，反應器由多個隔板分隔為多個格室，每個格室由折流板分隔為升流和降流區域。沿著不同格室的推進，厭氧發酵經歷了水解發酵、產酸、產甲烷階段，針對不同的發酵階段，在不同的格室中形成了不同種類的優勢微生物種群，微生物相分離明顯。但是，厭氧發酵過程中，有機酸累積會造成發酵受阻，厭氧代謝過程緩慢，代謝周期長。而且現有的發酵制氫技術主要是利用產酸發酵菌群代謝碳水化合物產生H2及乙醇、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等小分子有機物，且底物中的氫元素只有小部分以H2的形式釋放，而大部分的氫仍被固定在液相產物中(如丙酸、丁酸及乙醇等)，這些揮發酸同時會抑制氫氣的產生。所以，碳源利用率低，氫氣產量低的“發酵障礙”一直是厭氧代謝中的一大難題。

微生物電解池（MEC）由陰陽兩極、外電路及電源構成。陽極室為發酵池，電活性微生物在陽極池能完全氧化有機物成?CO₂、H+和電子，在借助一定的外電壓下，把產生的電子傳遞給陽極，同時微生物在電子傳遞過程中獲得能量支持生長，電子在外電壓作用下通過外電路到達處于厭氧狀態的陰極，而質子則通過質子膜擴散到陰極池與電子結合生成H₂。而乙酸、丙酸、丁酸等厭氧代謝的中間產物可以作為電解池陽極池中產電菌的底物，在產電微生物的協助下，實現揮發酸的徹底氧化，拉動厭氧代謝過程的進行，同時能夠產生大量氫氣，突破常規發酵制氫的熱力學限制將理論比產氫率提高至12?mol?H2/mol?G，可有效解決“發酵障礙”難題。

故本發明裝置能夠實現厭氧廢水降解與產氫一體化，ABR的代謝中間產物成為MEC的底物，各格室中的厭氧產酸種群、產氫產乙酸種群和產電菌互營共生，解決“發酵障礙”的同時，實現產氫資源化利用。對實現廢水厭氧產氫資源化利用具有重大的理論價值和實踐意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型微生物電輔助厭氧折流板反應裝置，它具有設備結構簡單、厭氧代謝徹底、厭氧代謝周期縮短、容積利用率高、廢水處理與產能一體化等優點。

本發明為長方體結構，大小為300mm×80?mm×180?mm。主要由1外殼、2折流板、3隔板、4溢流堰、5陽極膜卡槽、6陰極膜卡槽、7氣體收集管、8水樣收集管、9污泥取樣管、10進水口、11出水口組成、12陽極膜鈦絲導出口、13陰極膜鈦絲導出口。共設4塊平行的與底壁相連的隔板把總反應器分為5個格室，每個格室的大小為60mm×80?mm×180?mm。3隔板上部為齒狀4溢流堰，能夠有效的阻擋前一格室升流區內的污泥流入下一格室的降流區內。?5塊平行的與上壁相連的折流板把每個格室分為升流區和降流區，降流區和升流區的大小分別為12mm×80?mm×180?mm和48mm×80?mm×180?mm。2折流板與左側外殼形成第一個降流區，2折流板與3隔板形成第一個升流區。第一個降流區的上部連接有10進水口，廢水以較快的速度進入較窄的降流區后，以較慢的速度進入右側較寬的升流區域，較慢的流速可以保證較高的微生物濃度。折流板傾斜度為45°，具有較好的引流和混合效果。在第一升流區的頂部設有7氣體收集管，收集管的直徑為10mm，可以便捷及時的收集氣體，采用有機玻璃圓管導出，外套塑膠管密封，具有較好密封效果。在第一升流區的前壁中上部，與頂壁的距離為35mm，設有8水樣收集管，直徑為18mm，能夠簡便收集到液體水樣進行分析。在第一升流區的前壁底部設有9污泥取樣管，直徑為20mm。第一升流區中部前后壁上設有5陽極膜卡槽和6陰極膜卡槽，5陽極膜卡槽與2折流板之間距離為12mm,?6陰極膜卡槽與3隔板之間的距離也為12mm，兩個卡槽之間距離為18mm，兩個卡槽的寬度都為2mm，能夠為陰陽極膜提供最佳的位置，保證最好的電子傳遞效果和較小的外電阻。陽極膜通過鈦絲在12導出口導出與穩壓電源相連，陰極膜通過鈦絲在13導出口導出與穩壓電源相連，導出口通過橡膠塞密封。在升流區的前壁中部設有8水樣收集管和9污泥取樣管，它們通過圓形的小管導出，與上壁和下壁的距離分別為35mm和10mm，其直徑分別為9mm和5mm。處理完的廢水由11出水口排出。本發明后面四個格室的構成與第一格室相同，且溢流堰的高度逐漸降低，保證進水的順利推流。