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厭氧消化的基本原理

有機物厭氧消化產(chǎn)甲烷過程是一個非常復(fù)雜的由多種微生物共同作用的生化過程。M.P.Bryany(1979)根據(jù)對產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的研究結(jié)果，提出了三階段理論。

*階段為水解發(fā)酵階段。在該階段，復(fù)雜的有機物在厭氧菌孢外酶的作用下，先被分解成簡單的有機物，如纖維素經(jīng)水解轉(zhuǎn)化成較簡單的糖類;蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成較簡單的氨基酸;脂類轉(zhuǎn)化成脂肪酸和甘油等。參與這個階段的水解發(fā)酵菌重要是厭氧菌和兼性厭氧菌。

二階段為產(chǎn)氫蠶乙酸階段。在該階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以為的*階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇類等轉(zhuǎn)化成乙酸和兼性厭氧菌。

三階段為產(chǎn)甲烷階段。在高階段中，產(chǎn)甲烷菌把*階段和二階段產(chǎn)生的乙酸、H2、和CO2等轉(zhuǎn)化為甲烷。

反應(yīng)器的工作原理及點

ABR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置若干豎向?qū)Я靼?將反應(yīng)器分隔成串聯(lián)的幾個反應(yīng)室,每個反應(yīng)室都可以看作一個相對獨立的上流式污泥床系統(tǒng)(簡稱USB),廢水進入反應(yīng)器后沿導(dǎo)流板上下折流前進,依次通過每個反應(yīng)室的污泥床,廢水中的有機基質(zhì)通過與微生物充分的接觸而得到去除。借助于廢水流動和沼氣上升的作用,反應(yīng)室中的污泥上下運動,但是由于導(dǎo)流板的阻擋和污泥自身的沉降性能,污泥在水平方向的流速極其緩慢,從而大量的厭氧污泥被截留在反應(yīng)室中。由此可見,雖然在構(gòu)造上ABR可以看作是多個UASB的簡單串聯(lián),但在工藝上與單個UASB有著顯著的不同,ABR更接近于推流式工藝。ABR反應(yīng)器獨的分格式結(jié)構(gòu)及推流式流態(tài)使得每個反應(yīng)室中可以馴化培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室中的污水水質(zhì)、環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落,從而導(dǎo)致厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相沿程得到分離,使ABR反應(yīng)器在整體性能上相當(dāng)于一個兩相厭氧處理系統(tǒng)。一般認(rèn)為,兩相厭氧工藝通過產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離,兩大類厭氧菌群可以各自生長在適宜的環(huán)境條件下,有利于充分發(fā)揮厭氧菌群的活性,提高系統(tǒng)的處理效果和運行的穩(wěn)定性。Letting教授在預(yù)測未來厭氧反應(yīng)器的發(fā)展動向時提出了一個潛力和挑戰(zhàn)性的新工藝思想,即分階段多相厭氧工藝(簡稱SMPA)。

開發(fā)工藝的理論基礎(chǔ)

微生態(tài)系統(tǒng)理論厭氧處理實際上是借助于不同微生物種群間的協(xié)同作用并通過水解酸化(產(chǎn)酸及產(chǎn)乙酸)產(chǎn)甲烷等一系列生物反應(yīng)將有機無底物轉(zhuǎn)化為無機物的過程。在此過程中,不僅各類型的微生物對環(huán)境條件的要求不同,而且它們通過對不同底物的利用而形成類似于生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈的營養(yǎng)關(guān)系,即微生態(tài)系統(tǒng)。因而,為使厭氧處理系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運行,需創(chuàng)造適合于不同微生物種群生長的環(huán)境條件,使反應(yīng)過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及能量的流動順利地進行。因而,兩相及多相厭氧反應(yīng)器(SMPAR,可由一個反應(yīng)器或多個反應(yīng)器串聯(lián)實現(xiàn),因而它并非指某個反應(yīng)器)技術(shù)的研究已成為開發(fā)新型厭氧反應(yīng)器技術(shù)的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。

二階段為產(chǎn)氫蠶乙酸階段。在該階段，產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以為的*階段產(chǎn)生的中間產(chǎn)物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇類等轉(zhuǎn)化成乙酸和兼性厭氧菌。

三階段為產(chǎn)甲烷階段。在高階段中，產(chǎn)甲烷菌把*階段和二階段產(chǎn)生的乙酸、H2、和CO2等轉(zhuǎn)化為甲烷。