CN202643427U - 分离式厌氧折流反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了分离式厌氧折流反应器(简称ABR-Anaerobic Baffled Reactor)，其包括反应器本体、若干设于反应器本体顶部的上折流板和若干设于反应器本体底部的下折流板，上下折流板均采用垂直安装，反应器本体的两端分别设有进水管和出水管，上折流板和下折流板将反应器本体沿水流方向依次分成六个隔室，在不同的隔室内进行产酸和产甲烷，使得产酸和产甲烷在物理上分隔开来。本实用新型结构简单、造价低、容积利用率高、不易阻塞、对生物体的沉降性能无特殊要求、污泥产率低、剩余污泥量少、泥龄高、污泥无需在载体表面生长、不需后续沉淀池进行泥水分离工艺的运行，水力停留时间短、可以间歇的方式运行、耐水力和有机冲击负荷能力强，可时间长运行而无需排泥。

Description

分离式厌氧折流反应器

技术领域

本实用新型涉及废水处理领域，尤其涉及一种分离式厌氧折流反应器。

背景技术

厌氧消化是一个复杂的生物学过程，在自然界内厌氧发酵过程也广泛存在着。在厌氧条件下，在有水的地方，有机物很容易发生厌氧消化，厌氧消化的代表性产物为甲烷和硫化氢。厌氧微生物，即为能在无氧条件下分解有机物的微生物。它们在地球上的分布是十分广泛的。其中包括人和动物的肠胃、植物的木质组织、海底、湖底、塘底和江湾的沉积物，以及各种污泥、沼泽、粪坑和稻田土壤中，都有不同数量的厌氧微生物存在。

人们所开发的厌氧消化处理工艺，则是用人工的办法在一种反应器内创造厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，使设备内积累高浓度的厌氧微生物，以加速厌氧发酵过程，使人工厌氧发酵的速度大大超过自然界中自发的厌氧发酵。

在废水的厌氧处理过程中，废水中的有机物经微生物的共同作用下，最终被转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响、相互制约，形成复杂的生态系统。一般有机废水中的污染物为高分子有机物，这些有机物在废水中以溶解物、悬浮物或胶体的形式存在。

如图1所示，废水中有机污染物的厌氧降解过程可划分为四个阶段：

1、水解阶段

水解定义为复杂的非溶解性的聚合糖被转化为简单的溶解性单糖或二聚糖的过程。高分子有机物因相对分子质量较大，不能透过细胞膜，因此不可能被细菌直接利用，所以水解过程通常较缓慢，被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。多种因素可能影响水解的速度与水解的程度，一般包括：水解温度；有机质在反应器内的停留时间；有机质的组成，例如木素、碳水化合物、蛋白质与脂肪的质量分数；有机质颗粒的大小；pH值；氨的浓度：水解产物的浓度(例如挥发性脂肪酸)。

2、发酵(或酸化)阶段

发酵定义为有机化合物既是电子受体也是电子供体的生物降解过程(自身氧化还原反应)，在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的产物。因此这一过程也称为酸化。在这一阶段，上述小分子的化合物在发酵细菌(即酸化菌)的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞外。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸(VFA)、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。

在此阶段中，脂肪酸发酵会产生氢气，因此这一反应的顺利进行，必须依赖于消耗氢的产甲烷过程，以便使氢浓度维持在较低水平。此外，脂肪酸的降解能使pH下降，因此在反应系统中应当有足够的缓冲能力。

在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程在pH下降到4时仍可以进行，例如在青饲料的熟化中人们即利用了这一特性。但是产甲烷过程的最佳pH值在6.5～7.5间，因此pH值的下降将会减少甲烷生成和氢的消耗，并进一步引起酸化产物组成的改变。一些产物例如丙酸会大量生成。产乙酸菌没有足够的能力克服这种改变，产甲烷菌活力的下降又进一步加剧了酸的积累，使pH值进一步下降。厌氧降解过程因之恶化，严重时可使甲烷的形成完全中止。

3、产乙酸阶段

发酵酸化阶段的产物在产乙酸阶段被产乙酸菌转化为乙酸、氢气和二氧化碳。通常在厌氧颗粒污泥中存在着微生态系统，在此系统中，产乙酸菌靠近利用氢的细菌生长，因此氢可以很容易被消耗掉并使产乙酸过程顺利进行。

除了许多产甲烷菌可以利用氢以外，硫酸盐还原菌和脱氮菌也能消耗氢。此外少量的产乙酸菌也利用氢，这类产乙酸菌能使用氢作为电子供体将二氧化碳和甲醇还原为乙酸，此即同型产乙酸过程。

4、产甲烷阶段

这一阶段里，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。在厌氧反应器中，所产甲烷的大约70％由乙酸歧化菌产生。在反应中，乙酸中的羧基从乙酸分子中分离，甲基转化为甲烷，羧基转化为二氧化碳，在中性溶液中，二氧化碳以碳酸氢盐的形式存在。

这一过程是厌氧反应过程的最后一步，将前面所产生的有机酸等分解为甲烷、二氧化碳等物质。如果这一过程不能顺利进行，挥发性脂肪酸会大幅度积累，导致整个系统的酸化，最终使厌氧反应停止。

厌氧消化过程是由一系列发酵反应组成的，最终能使复杂有机物稳定化并转化为CH₄和CO₂等气体。这些反应是由几大类群不同种类的细菌组成的微生物群落共同完成的。这些细菌可以分为四个类群，即：(1)水解和发酵细菌；(2)产氢产乙酸细菌；(3)同型产乙酸细菌；(4)产甲烷细菌；其中的产甲烷细菌又可以分为氢营养型产甲烷细菌和乙酸营养型产甲烷细菌。不同类群的细菌具有不同的生理生化特性、最适PH值范围以及营养要求等。但一般来说，可以将这四类群细菌简单地分为两大类，即产酸细菌和产甲烷细菌，因此也可以将厌氧消化过程分戊两个阶段，即产酸阶段和产甲烷阶段。在这两个阶段内.负责有机物转化的细菌征组成及生理生化特性等方面均存在着很大的差异。在第一阶段中起作用的主要是水解和/或发酵细菌，它们能将复杂的含碳大分子有机物水解为简单的小分子单糖、氨基酸、脂肪酸和甘油等.然后再进一步发酵为各种有机酸s这一阶段细菌的种类很多，它们的主要特点是：代谢能力强、繁殖速度快(倍增时间最短的仅约为几十分钟)、对环境条件的适应性很强等。在第二阶段中细菌则主要是产甲烷细菌，它们的种类相对较少，能利用的基质也非常有限，繁殖速度很慢，倍增时间一般在十几小时，最长的达4～6d。此外，产甲烷细菌受环境因素，如pH值、温度、有毒有害物质或抑制物质等的影响较大，比第一阶段的细菌要敏感得多。

要维持传统的单相厌氧反应器的正常、高效的运行，就必须在一个反应器内维持上述两类特性炯异的细菌之间的平衡，即要保证出发酵和产酸细菌所产生的有机酸等产物能够及时有效地被产甲烷细菌所利用并最终转化为甲烷和二氧化碳等无机终产物，否则，就会造成反应器内有机酸的积累，严重时就会导致反应器内pH值的下降；pH值的下降，又会进一步对产甲烷细菌的活性和代谢能力产生不利影响，甚至会导致严重的抑制作用，进一步降低其转化和消耗有机酸的能力：由于pH值的下降对发酵和产酸细菌产生的不利影响不如其对产甲烷细菌所产生的那样严重，这主要是由于上述的两类细菌的不同特性所决定的，因此即使在反应器内的pH值下降到一定程度而导致对产甲烷细菌较严重的抑制时，发酵和产酸细菌的活性仍有可能还未受到较大影响，它们还会继续将原废水中的有机物转化为有机酸，如此就会造成更为严重的有机酸的积累和更大程度的pH值的下降，以及更为严重的对产甲烷细菌的抑制作用；实际上，这样的一个过程就是厌氧反应器出现所谓的“酸化现象”的过程，许多实际运行的经验告诉我们，一旦厌氧反应器出现丁酸化现象，要想将其恢复正常就很困难，一方而需要很高的运行厌氧反应器的技术和经验，另一方面还需要相对较长的时间；因此在某些实际工程中，一旦厌氧反应器出现了“酸化现象”，在条件许可的情况下，操作人员宁可将反应器内的污泥全部抛弃，重新投加接种污泥、重新培养驯化，很多事实都说明，这一方案比在原有基础上努力恢复运行所需要的时间有时还要短。由此.我们可以看出，传统的单相厌氧反应器中维持发酵和产酸细菌与产甲烷细菌之间曲平衡不是一件容易的事。

另外，由于产甲烷细菌对环境条件的要求要远高于发酵和产酸细菌，而且产甲烷细菌的生长速率也远低于发酵和产酸细菌，因此我们在运行传统的单相厌氧反应器时.都是首先按照产甲烷细菌的要求来选择运行条件，而且还会采取繁杂的措施来尽量维持两者之间的平衡。这样的一种运行控制战略虽然可以首先保证产甲烷细菌的止常牛长和发挥其正常的代谢功能，但可以肯定这对于发酵和产酸细菌以及同样属于第一阶段细菌的水解细菌等种类的菌群来说，就不一定是其最适的生长环境条件和能最好地发挥其代谢功能的条件，但是由于它们的适应能力较强、生长速率也较快，因此即使不是处在最适条件下，它们还是能够比较充分地发挥其代谢功能。因此，可以说，在传统的单相厌氧反应器的运行巾，在一定程度上牺牲了第一阶段细菌的部分功能，以保证产甲烷细菌能处在最佳的环境条件下。通常将水解、发酵、产乙酸三个阶段归结为产酸相，将产甲烷阶段归结为产甲烷相。传统上将把产酸相和产甲烷相结合在一个反应器中，但是产酸相和产甲烷相针对不同的反应要求，需要不同的优势菌种，因此操控优势菌种难。

实用新型内容

本实用新型一个目的是要提供一种将产酸和产甲烷分隔开来的分离式厌氧折流反应器，厌氧折流反应器简称为ABR(Anaerobic Baffled Reactor)。

根据本实用新型的一个方面，公开了分离式厌氧折流反应器，其包括反应器本体、若干设于反应器本体顶部的上折流板和若干设于反应器本体底部的下折流板，上下折流板均采用垂直安装，

反应器本体的两端分别设有进水管和出水管，

上折流板和下折流板将反应器本体沿水流方向依次分成六个隔室：

第一隔室为布水区，第一隔室与进水管相通；

第二隔室为水解区，第二隔室内培养水解功能菌；

第三隔室为发酵区，第三隔室内培养发酵功能菌；

第四隔室为产乙酸区，第四隔室内培养产乙酸功能菌；

第五隔室为产甲烷区，第五隔室内培养产甲烷功能菌；

第六隔室为清水收集区，第六隔室与出水管相通。

其有益效果是，通过一系列垂直安装的上下折流板，将反应器本体分成六个隔室，在不同的隔室内进行产酸和产甲烷，使得产酸和产甲烷在物理上分隔开来。使得被处理的废水在反应器内沿着上折流板和下折流板做连续的上下运动，使水流在不同隔室中的流态呈完全混合态，整个反应器内的水流以缓慢的速度作水平流动。废水在折流板的作用下，水流绕折流板流动，而使得水流在反应器内的流径的总长度增加。同时，由于折流板的阻挡和污泥的沉降作用，生物固体可以被有效地截留在反应器内。

反应器的整个流程方向则表现为推流态。在反应动力学的角度，这种完全混合与推流相结合的复合型流态十分利于保证反应器的容积利用率、提高处理效果及促进运行的稳定性，是一种极佳的流态形式。同时，在一定处理能力下，这个复合型流态所需的反应器容积也比单个完全混合式的反应器容积小很多。

本实用新型结构简单、无运动部件、无需机械混合装置、造价低、容积利用率高、不易阻塞、污泥床膨胀程度较低，从而可降低反应器的总高度、投资成本和运转费用低生物量特性，对生物体的沉降性能无特殊要求、污泥产率低、剩余污泥量少、泥龄高、污泥无需在载体表面生长、不需后续沉淀池进行泥水分离工艺的运行，水力停留时间短、可以间歇的方式运行、耐水力和有机冲击负荷能力强，对进水中的有毒有害物质具有良好的承受力、可长运行时间而无需排泥。

在一些实施方式中，进水管和出水管均位于反应器本体的顶部。其有益效果是，进水管位于顶部，水流从上流入，可以促进混合。出水管位于顶部，水流从上方流出，可以更好的保证沉降的效果。

在一些实施方式中，第四隔室的上部设有收集氢气的第一三相分离器和第一收集管，第一三相分离器对废水、氢气、污泥三相进行有效分离，第一收集管对产生的气体进行收集。其有益效果是，通过第一收集管将氢气收集起来作为能源使用。

在一些实施方式中，第五隔室的上部设有收集甲烷的第二三相分离器和第二收集管，第二三相分离器对废水、甲烷、污泥三相进行有效分离，第二收集管对产生的气体进行收集。其有益效果是，通过第二收集管将甲烷收集起来作为能源使用。

在一些实施方式中，第二隔室的底部设有水解功能菌回收管；第三隔室的底部设有发酵功能菌回收管；第四隔室的底部设有产乙酸功能菌回收管；第五隔室的底部设有产甲烷功能菌回收管；第六隔室的底部设有排放污泥的排空管。其有益效果是，通过水解功能菌回收管、发酵功能菌回收管、产乙酸功能菌回收管和产甲烷功能菌回收管分别实现各菌种的回收。排空管用于排除反应器内淤积的污泥。

在一些实施方式中，上折流板的底端沿水流方向设有折角。其有益效果是，使得各个隔室内污泥的都只会沉降当前隔室，防止污泥的跑动。

在一些实施方式中，还包括控制器，控制器实时监测和控制第二隔室、第三隔室、第四隔室及第五隔室内水流的温度、酸碱度和氧化还原电位。其有益效果是，通过控制器，实时监测和控制温度、酸碱度和氧化还原电位，使得每个隔室内的环境均为最当前隔室内投放菌种的最佳生长环境，充分发挥各菌种的作用，提高反应器的整体反应速率。

分离式厌氧折流反应器的工作方法，其包括如下步骤：

废水通过进水管进入到第一隔室内，并通过布水装置使得废水均匀分布于第一隔室内；

废水沿水流方向经过上下折流板后进入第二隔室，并在水解功能菌的作用下水解；

废水沿水流方向经过上下折流板后进入第三隔室，并在发酵功能菌的作用下发酵；

废水沿水流方向经过上下折流板后进入第四隔室，并在产乙酸功能菌的作用下产生乙酸、氢气和二氧化碳；

废水沿水流方向经过上下折流板后进入第五隔室，并在产甲烷功能菌的作用下产生甲烷和二氧化碳；

废水沿水流方向经过上下折流板后进入第六隔室，并通过出水管排出。

在一些实施方式中，第三、四隔室的温度为35℃-37℃或者55℃-65℃，pH值为5.0-8.5，氧化还原电位为-200mv～-140mv。

在一些实施方式中，第五隔室的温度为35℃-37℃或者55℃-65℃，pH值为6.5-7.8，氧化还原电位为-220mv～-190mv。

本实用新型的优点是

1、良好的水力条件：反应器内的水力条件是影响处理效果的重要因素之一。本实用新型的容积利用率要高于其他型式的反应器。随处理水量的增加，产气量提高，促进了返混作用，同时由于折流板的阻挡作用，阻止了各个隔室间的混合作用，因而就整个反应器而言，具有推流式的流态，且隔室越多，越趋于推流态。因此，可把运行中的厌氧折流反应器看作一个由一系列混合良好的连续搅拌反应器系统的串联，因而具有较强的处理能力。

2、稳定的生物固体截留能力：厌氧折流反应器对生物固体具有良好而稳定的截留能力。厌氧折流反应器反应器中80％的生物固体集中在隔室内形成高浓度的污泥层，其浓度可高达50-80g/l。污泥具有良好的沉降性能，不受进水量的变化而影响产气，厌氧折流反应器的运行稳定可靠。

3、良好的颗粒污泥形成及微生物种群的分布：厌氧折流反应器中，隔室内的水流类似于升流式厌氧污泥床。虽然颗粒污泥的形成并不是厌氧折流反应器工艺的关键，但它可确实形成颗粒污泥，形成颗粒污泥的产甲烷功能菌在ABR中具有良好的分布。同时，在不同隔室中不同的菌种分别以优势种群存在。

4、良好而稳定的处理效果：厌氧折流反应器处理工艺能很有效地处理不同中高浓度有机废水。

附图说明

图1是厌氧降解过程的流程示意图。

图2是本实用新型一实施方式的离式厌氧折流反应器的结构示意图。

图3是本实用新型一实施方式的分离式厌氧折流反应器的剖视图。

图4是本实用新型一实施方式的分离式厌氧折流反应器的工作方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图2至图3示意性的显示了根据本实用新型一实施方式的分离式厌氧折流反应器，其包括反应器本体1、控制器21、若干上折流板2和若干下折流板3。上折流板2垂直固定于反应器本体1的顶部，下折流板3垂直固定于反应器本体1的底部，在上折流板2的底端沿水流方向设有折角。在反应器本体1的两端分别设有进水管4和出水管5，进水管4和出水管5均位于反应器本体1的顶部

上折流板2和下折流板3将反应器沿水流方向依次分成六个隔室：

第一隔室6为布水区，第一隔室6与进水管4相通；

第二隔室7为水解区，第二隔室7内培养水解功能菌，在第二隔室7的底部设有水解功能菌回收管16，水解包括但不限于纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖和葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽和氨基酸等；

第三隔室8为发酵区，第三隔室8内培养发酵功能菌，在第三隔室8的底部设有发酵功能菌回收管17，发酵即发酵细菌(即酸化菌)将水解区中产生的小分子物质转化为挥发性脂肪酸、乳酸、二氧化碳、氨和硫化氢等；

第四隔室9为产乙酸区，第四隔室9内培养产乙酸功能菌，在第四隔室9的底部设有产乙酸功能菌回收管18，在第四隔室9的顶部设有收集氢气的第一段三相分离器12和第一收集管13，产乙酸菌将发酵区中产生的物质转化为乙酸、氢气、碳酸和新的细胞物质，通过第一三相分离器对废水、氢气、污泥三相进行有效分离，通过第一收集管对产生的气体进行收集；

第五隔室10为产甲烷区，第五隔室10内培养产甲烷功能菌，在第五隔室10的底部设有产甲烷功能菌回收管19，在第五隔室10的顶部设有收集甲烷的第二三相分离器14和第二收集管15，产甲烷菌将产乙酸区中产生的物质转化为甲烷、二氧化碳、水和新的细胞物质，通过第二三相分离器对废水、甲烷、污泥三相进行有效分离，通过第二收集管对产生的气体进行收集。

第一三相分离器和第二三相分离器均采用苏州欧莱华环保设备有限公司生产的“GLS-AA”型三相分离器。

第六隔室11为清水收集区，第六隔室11与出水管5相通，在第六隔室11的底部设有排放污泥的排空管20。

控制器21同时与第二隔室7、第三隔室8、第四隔室9及第五隔室10连接，实时监测和控制各隔室内的水流的温度、酸碱度和氧化还原电位。

如图4示意性的显示了根据本实用新型一实施方式的分离式厌氧折流反应器的工作方法，其具体包括如下步骤：

步骤S001：废水通过进水管进入到第一隔室内，并通过布水装置使得废水均匀分布于第一隔室内。

步骤S002：废水沿水流方向经过上下折流板后进入第二隔室，并在水解功能菌的作用下水解。

步骤S003：废水沿水流方向经过上下折流板后进入第三隔室，并在发酵功能菌的作用下发酵。

步骤S004：废水沿水流方向经过上下折流板后进入第四隔室，并在产乙酸功能菌的作用下产生乙酸、氢气和二氧化碳。

步骤S005：废水沿水流方向经过上下折流板后进入第五隔室，并在产甲烷功能菌的作用下产生甲烷和二氧化碳。

步骤S006：废水沿水流方向经过上下折流板后进入第六隔室，并通过出水管排出。

在分离式厌氧折流反应器的工作过程当中，通过控制器使得第三隔室和第四隔室的温度维持在35℃-37℃或者55℃-65℃，pH值维持在5.0-8.5，氧化还原电位维持在-200mv～-140mv，这样一个最佳环境有利于发酵功能菌和产乙酸功能菌的作用。第五隔室的温度维持在35℃-37℃或者55℃-65℃，pH值维持在6.5-7.8，氧化还原电位维持在-220mv～-190mv，这样一个最佳环境有利于产甲烷功能菌的作用。控制器采用昆山上泰仪器有限公司生产的微电脑pH/ORP变送器PC-3100，自动控制温度、酸碱度和氧化还原电位。

在第三、四、五隔室内分别置有感应探头，当感应探头感应到隔室内的温度低于最佳环境的温度时，就会通过一加热装置对隔室内部进行加热，当感应探头感应到隔室内的温度高于最佳环境的温度时，就会通过停止加热装置对隔室内部的加热。当感应探头感应到隔室内的pH值偏离最佳环境的pH值范围时，会通过调节向隔室内投放碳酸钠的量，来调节隔室内的pH值。当感应探头感应到隔室内的氧化还原电位偏离最佳环境的氧化还原电位范围时，会通过向隔室内投放氧化剂或者还原剂，来调节隔室内的氧化还原电位。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.分离式厌氧折流反应器，其特征在于，包括反应器本体、若干设于反应器本体顶部的上折流板和若干设于反应器本体底部的下折流板，

所述反应器本体的两端分别设有进水管和出水管，

所述上折流板和下折流板将反应器本体沿水流方向依次分成六个隔室：

第一隔室为布水区，所述第一隔室与进水管相通；

第二隔室为水解区，所述第二隔室内培养水解功能菌；

第三隔室为发酵区，所述第三隔室内培养发酵功能菌；

第四隔室为产乙酸区，所述第四隔室内培养产乙酸功能菌；

第五隔室为产甲烷区，所述第五隔室内培养产甲烷功能菌；

第六隔室为清水收集区，所述第六隔室与出水管相通。

2.根据权利要求1所述的分离式厌氧折流反应器，其特征在于，所述进水管和出水管均位于反应器本体的顶部。

3.根据权利要求1所述的分离式厌氧折流反应器，其特征在于，所述第四隔室的上部设有收集氢气的第一三相分离器和第一收集管，第一三相分离器对废水、氢气、污泥三相进行有效分离，第一收集管对产生的气体进行收集。

4.根据权利要求1所述的分离式厌氧折流反应器，其特征在于，所述第五隔室的上部设有收集甲烷的第二三相分离器和第二收集管，第二三相分离器对废水、甲烷、污泥三相进行有效分离，第二收集管对产生的气体进行收集。

5.根据权利要求1所述的分离式厌氧折流反应器，其特征在于，所述

第二隔室的底部设有水解功能菌回收管；

所述第三隔室的底部设有发酵功能菌回收管；

所述第四隔室的底部设有产乙酸功能菌回收管；

所述第五隔室的底部设有产甲烷功能菌回收管；

所述第六隔室的底部设有排放污泥的排空管。

6.根据权利要求1所述的分离式厌氧折流反应器，其特征在于，所述上折流板的底端沿水流方向设有折角。

7.根据权利要求1所述的分离式厌氧折流反应器，其特征在于，还包括控制器，所述控制器实时监测和控制第二隔室、第三隔室、第四隔室及第五隔室内水流的温度、酸碱度和氧化还原电位。

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