厭氧系統(tǒng)中降低硫酸鹽影響且促進(jìn)甲烷生產(chǎn)的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)處理工藝，用于促進(jìn)在硫酸鹽方面存在問題的厭氧消化系統(tǒng)的有機(jī)廢物降解及沼氣生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]即使本說明書中列出或討論了在先發(fā)表文獻(xiàn)，也并不一定應(yīng)視為已承認(rèn)該文獻(xiàn)為現(xiàn)有技術(shù)或公知常識(shí)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的厭氧系統(tǒng)包括消化裝置、兩相系統(tǒng)、上流式厭氧污泥床系統(tǒng)(UASB)、膨脹顆粒污泥床系統(tǒng)(EGSB)、過濾裝置、折流板槽、序列間歇式反應(yīng)器(SBR)以及最近出現(xiàn)的膜式生物反應(yīng)器(MBR)。在這些系統(tǒng)中，依次通過水解、產(chǎn)酸以及產(chǎn)甲烷過程，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料流中有機(jī)物質(zhì)的降解。
[0004]兩相厭氧消化系統(tǒng)和/或工藝用于將上述產(chǎn)酸反應(yīng)及產(chǎn)甲烷反應(yīng)分離，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸及產(chǎn)甲烷操作條件的分別優(yōu)化，從而達(dá)到有機(jī)物質(zhì)向沼氣轉(zhuǎn)變過程中各階段所涉及具體微生物存續(xù)條件的最優(yōu)化。上述兩反應(yīng)在不同反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)進(jìn)行且為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌提供最為有利的條件，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。所述性能包括有機(jī)降解性能，更具體而言，包括產(chǎn)甲烷性能及二氧化碳固定性能。
[0005]上述產(chǎn)酸是指有機(jī)物質(zhì)向揮發(fā)性脂肪酸(VFA)及一定量氫氣(?)轉(zhuǎn)變的過程。所述揮發(fā)性脂肪酸進(jìn)一步被產(chǎn)甲烷菌消耗，從而生成可回收的二氧化碳和甲烷(CH4)。然而，氨、硫酸鹽、輕金屬離子及重金屬等多種物質(zhì)可對(duì)此甲烷生成過程產(chǎn)生抑制性的不利影響。很多工業(yè)廢水中均含有硫酸鹽，其可在硫酸鹽還原菌(SRB)的作用下還原為硫化物。由于硫酸鹽還原菌也消耗有機(jī)物質(zhì)，因此其與產(chǎn)甲烷菌形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。而且，在厭氧反應(yīng)器中，硫酸鹽還原菌可替代產(chǎn)甲烷菌。然而，一般認(rèn)為，在爭(zhēng)奪有機(jī)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)中，硫酸鹽還原菌的競(jìng)爭(zhēng)力不如參與單體降解的發(fā)酵微生物有效，而且此類競(jìng)爭(zhēng)不發(fā)生于水解和產(chǎn)酸階段。此外，硫化物對(duì)各種菌群的毒性可產(chǎn)生次生抑制作用。
[0006]現(xiàn)有的去除廢水中硫酸鹽的工藝在很大程度上為物理化學(xué)工藝。這些工藝涉及廢水的稀釋和汽提，以及混凝、氧化/還原和沉淀等化學(xué)反應(yīng)，因而這些工藝需在廢水中添加額外化學(xué)物質(zhì)，或者需增加水的體積。此外，有人提出利用生物轉(zhuǎn)化(部分氧化為元素硫)，或使產(chǎn)甲烷菌適應(yīng)游離硫化氫，尤其是具有固定生物質(zhì)的反應(yīng)器內(nèi)的硫化氫，從而以提高其對(duì)硫化物的耐受能力的方式實(shí)現(xiàn)硫酸鹽的去除。然而，這種方式一般需要較長(zhǎng)的馴化時(shí)間。
[0007]因此，需要一種降低被處理有機(jī)物質(zhì)中硫酸鹽和/或硫化物含量的改進(jìn)工藝。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本文所述方法不涉及額外化學(xué)物質(zhì)，而是以生物方式將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為H2S，而后將H2S沉淀為金屬硫化物。因此，其可在向產(chǎn)甲烷反應(yīng)器進(jìn)料之前去除廢水中的硫酸鹽和硫化物，從而降低了硫酸鹽還原菌相對(duì)于產(chǎn)甲烷菌的競(jìng)爭(zhēng)力并促進(jìn)甲烷生產(chǎn)。
[0009]在本發(fā)明的第一方面，公開了一種用于處理有機(jī)廢物的兩相厭氧工藝，包括如下步驟:
[0010]在第一相反應(yīng)器內(nèi)引入含有有機(jī)廢物的一進(jìn)料流；
[0011]生成流出該第一相反應(yīng)器的一引出流；以及
[0012]將流出該第一相反應(yīng)器的引出流提供至第二相反應(yīng)器，
[0013]其中，至少在該工藝的起始階段，所述第一相反應(yīng)器具有10至25天的污泥齡(sludge retent1n time, SRT)，而且 pH 值保持為 4.5 至 6。
[0014]在本發(fā)明的多種實(shí)施方式中，至少在該工藝的起始階段，所述污泥齡可以為11至24天(如14至20天，約15天，或20天)。在本發(fā)明的多種實(shí)施方式中，在該起始階段完成后，所述污泥齡可以為10至15天。
[0015]在本發(fā)明的多種實(shí)施方式中，所述pH值可以為約5.0至6.0(例如5.5)。
[0016]在本發(fā)明的多種實(shí)施方式中，所述第一相反應(yīng)器可提供有惰性氣體，例如氬氣，尤其為氮?dú)狻?br>[0017]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述工藝還包括在所述第一相反應(yīng)器內(nèi)建立硫酸鹽還原菌群，以將硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化氫。這些實(shí)施方式還可進(jìn)一步包括使所述硫化氫與所述廢水中所含金屬或金屬離子反應(yīng)，以生成金屬硫化物沉淀。與上述不同，或者在上述的基礎(chǔ)上，所述硫化氫的部分或全部以氣體形式從第一反應(yīng)器去除，例如，所述硫化氫通過化學(xué)滌氣器或生物滌氣器去除。
[0018]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，當(dāng)水力停留時(shí)間固定時(shí)，所述第一相反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷率(organic loading rate, 0LR)為約0.5至約2克COD/克MLSS.L.d(例如，所述第一相反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷率為約1至約1.5克C0D/克MLSS.L.d)。
[0019]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述有機(jī)廢物的初始C0D/S0/比例可以為約10:1至約2:1(如約6:1至約2:1，或約5:1至約3:1)。
[0020]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述有機(jī)廢物可包括可生物降解固體，例如有機(jī)含量較高的污泥、食物廢物、油性廢物、固體廢物，或者其任意組合(例如，所述污泥可以為廢物污泥或二沉污泥)。
[0021]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述第一相反應(yīng)器主要為產(chǎn)酸反應(yīng)器，而且/或者所述第二相反應(yīng)器主要為產(chǎn)甲烷反應(yīng)器或?yàn)閱渭?jí)厭氧反應(yīng)器。
[0022]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述第一相反應(yīng)器操作時(shí)的水力停留時(shí)間可以為約
1.25天至約5天。在其他實(shí)施方式中，所述第二相反應(yīng)器操作時(shí)的pH值可以為約6.5至約
7.9，例如為約6.8至約7.4 (例如約7.1)。
[0023]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述第一和第二相反應(yīng)器還可以包括pH值控制器、氧化還原電位控制器(oxidat1n reduct1n potential, 0RP)以及溫度控制器。
[0024]在本發(fā)明的第二方面，公開了一種使用第一方面所述工藝的廢物處理裝置。在此方面的一種實(shí)施方式中，所述廢物處理裝置為廢水處理裝置。
[0025]在本發(fā)明的第三方面，公開了一種用于處理可生物降解廢物的兩相反應(yīng)器系統(tǒng)，包括第一相反應(yīng)器以及處于所述第一相反應(yīng)器下游且與該第一相反應(yīng)器液體連接的第二相反應(yīng)器，其中，所述第一和第二相反應(yīng)器適于使用本發(fā)明第一方面所述的工藝。
[0026]在此方面的一種實(shí)施方式中，所述第一相反應(yīng)器可主要為產(chǎn)酸反應(yīng)器，而且/或者所述第二相反應(yīng)器可主要為產(chǎn)甲烷反應(yīng)器或單級(jí)厭氧反應(yīng)器。
[0027]在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，所述第一和第二相反應(yīng)器還可以包括pH值控制器、氧化還原電位控制器以及溫度控制器。
【附圖說明】
[0028]以下，通過參考附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。
[0029]圖1為硫酸鹽還原至H2S的還原途徑示意圖。
[0030]圖2所示為現(xiàn)有操作參數(shù)下產(chǎn)酸反應(yīng)器中的H2S含量(A-)以及產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中的H2S含量(M-)。
[0031]圖3所示為本發(fā)明操作參數(shù)下產(chǎn)酸反應(yīng)器中的H2S含量(A-)以及產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中的H2S含量(M-)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]已有發(fā)現(xiàn)證明，通過調(diào)節(jié)所使用厭氧系統(tǒng)的操作參數(shù)，可以降低硫酸鹽還原菌的競(jìng)爭(zhēng)力以及其對(duì)產(chǎn)甲烷菌功能的影響。對(duì)于兩相系統(tǒng)，可驚訝地發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明調(diào)節(jié)操作參數(shù)，可在產(chǎn)酸反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)高H2S產(chǎn)出量，而在產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)較低的H2S產(chǎn)出量，從而降低產(chǎn)甲烷反應(yīng)器中硫酸鹽還原菌的競(jìng)爭(zhēng)力。此驚人發(fā)現(xiàn)表明，除了產(chǎn)酸機(jī)制，所述產(chǎn)酸反應(yīng)器中還發(fā)生其他有用機(jī)制。
[0033]舉例而言，可按照以下方案設(shè)置并運(yùn)行本發(fā)明工藝。
[0034]a.兩相厭氧工藝的設(shè)置:在所述產(chǎn)酸反應(yīng)器上配置pH值控制器、氧化還原電位控制器(0RP)以及溫度控制器，以將pH值控制于5.0至5.5范圍內(nèi)，溫度保持于40土1°C，氧化還原電位控制于約_400mV ；
[0035]b.在工藝起始階段，在產(chǎn)酸反應(yīng)器內(nèi)通入氮?dú)饣驓鍤?，以?duì)