升流式酸化反应器的制作方法

本发明涉及环境工程污水处理和生物质能源制备的领域，是一种利用兼氧型微生物将经完全水解后的高浓度有机处理水进行酸化反应促使其完全转化成简单有机酸的处理装置。

背景技术：

在自然界中的有机物都是以超高分子或大分子有机分子结构存在的，如纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、蛋白质等，其分子量都在百万以上，而一旦这些有机物质进入水中，在微生物的作用下就会发生水解，其主要的表现形式就是对水体中溶解氧的需求，微生物主要是通过新陈代谢作用和自我繁殖能力对有机物在不同供氧条件下起作用，微生物通过新陈代谢作用在有氧条件下消化吸收（通过渗透吸收）小分子结构有机物，向体外排泄（通过渗透排出）代谢产物有机酸、生物酶和CO2（酸化过程），排出的有机酸和生物酶具有粘性，会吸附于大分子或超大分子结构有机物表面，在有机酸的腐蚀作用和生物酶的催化作用下，链接有机分子中的氧键会发生断裂，由水分子替代氧键并释放氧原子（水解过程），如此反复以超高分子或大分子有机分子结构存在的有机物，就会逐渐完全转化为可被微生物直接消化吸收的小分子结构的有机物，这一过程在环境工程污水处理和生物质能源制备的领域被称为酸化水解过程。

微生物从对氧的需求方面可分为兼氧型微生物、好氧型微生物和厌氧型微生物。兼氧型微生物主要是在偏酸性缺氧状态下生存的微生物，其主要作用就是对有机物进行酸化水解；好氧型微生物主要是利用可吸收的小分子结构有机物和对氧的需求转化为能量，通过快速的自我繁殖和新陈代谢以固形物和CO2气体的方式对有机物进行去除；厌氧型微生物主要是利用经完全酸化水解的有机物进一步酸化成基础有机酸等物质，并将这些基础物质转化为沼气（生物质能源制备）从而对有机物进行去除。

在环境工程污水处理和生物质能源制备的过程中，采用厌氧处理工艺对有机物进行转化时，必须将经完全水解后的基础有机物完全酸化为乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等基础物质，然后通过厌氧微生物的渗透消化作用将其转化为甲烷和二氧化碳。在酸化的初期阶段，主要产物为挥发性脂肪酸（VFA），同时还有部分的醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等产物产生，随着酸化程度的进一步进行，这些物质会逐渐转化为乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等基础物质。

在进行酸化的过程中，主要是由兼氧型微生物进行的，兼氧型微生物的生存状态是在偏酸性缺氧状态下生存，其酸性是由其代谢产物形成的，当酸性逐渐积累且无氧补充时PH值会逐渐降低，兼氧型微生物的新陈代谢逐渐停止，而逐渐进入厌氧状态当无氧补充时PH值会逐渐降低，兼氧型微生物的新陈代谢逐渐停止，而进入厌氧状态，酸化进程停止，表现为不能完全转化为基础有机酸，处理效率大为降低。在酸化阶段，兼氧型微生物和厌氧型微生物是相伴生存的，在兼氧型微生物将基础有机物转化为基础有机酸时厌氧型微生物就会将其转化为甲烷和二氧化碳，从而减缓PH值降低的速度，但由于兼氧型微生物的转化速度远大于厌氧型微生物的转化速度，而且厌氧型微生物对氧极度敏感，极少量的氧都会令其进入休眠状态或死亡，因此必须解决这两种微生物的伴生问题。由于厌氧微生物对温度的变化也极其敏感，因此还需解决外界温度变化的影响问题。

由于兼氧型微生物和厌氧型微生物的世代时间较长即繁殖能力较弱，因此在酸化反应和厌氧反应过程中需保证有足够的微生物种群数量，同时由于完全水解的基础有机物具有极强的亲水性，其产生的粘性物质由于水表面张力的作用吸附的效果和能力将变的非常有限，因此需提供微生物与有机物的接触时间与停留时间。

本发明就是利用兼氧型微生物和厌氧型微生物在酸化反应和厌氧反应过程中的背景技术而提出的。在目前行业中，所采用的现行技术和处理工艺，都未对酸化和厌氧反应过程有足够的认知，多数工艺是将水解反应、酸化反应和厌氧反应置于一个容器内进行同时反应，由于水解反应需要大量的溶解氧，酸化反应只需要满足自源呼吸的溶解氧，而厌氧反应拒绝溶解氧的存在，就是因为处理不同高浓有机处理水中的有机物的种类和溶解氧含量各不相同，从而导致反应器的反应速度和效率不能满足设计要求。在行业现阶段中所采用的厌氧反应装置的操作和运行是一个很大的问题，系统会经常莫名其妙的效率下降或停止运行甚至瘫痪，这也是行业中对厌氧反应器运用较少或不成功的原因之一，为有效解决这一问题，特提出本发明。

技术实现要素：

本发明是利用兼氧型微生物和厌氧型微生物对完全水解的高浓度有机处理水，在环境工程污水处理或生物质能源制备的过程中进行完全酸化的处理装置，可以有效提高其后续的生化处理的效果、效率和稳定性，减少固定资产的投资。

使用压力：常压；使用温度：常温20-22℃、中温30-32℃、高温50-53℃；

使用介质：高浓有机废水（COD＞200mg/L）。

本发明是利用上下为椎体的圆柱形罐体的容器，首先对兼氧型微生物种群和厌氧型微生物种群在容器内进行驯化培养，使其在弹性填料表面形成颗粒团状微生物污泥，通过供应溶解氧在颗粒团状微生物污泥表面形成兼氧酸化反应，在颗粒团状微生物污泥内表面与填料外表面之间形成厌氧还原反应，污泥数量应满足使用要求。然后将完全水解处理的高浓有机处理水通过进水管、进水分配器、分水管和布水管均匀的释放到容器中，与兼氧型微生物种群进行混合、调质、调匀处理，通过PH监测仪观察容器内的PH变化，利用泵送水力升力均匀缓慢通过弹性填料上附着的颗粒团状微生物污泥，为微生物与有机物的酸化反应和厌氧反应提供足够的接触时间与停留时间，此时会产生沼气，沼气在上升过程中会对经完全水解的高浓有机处理水和兼氧型微生物种群的混合水起到搅拌的作用，增加接触机会；由于沼气的释放填料上附着的污泥可能会脱落，当重量足够大时在重力的作用下下沉，由于溶解氧的存在厌氧型微生物进入休眠状态或死亡，逐渐转化成为兼氧型微生物种群；当重量较轻时会随水流缓慢上升，当水流通过填料区时，通过PH监测仪观察水流的PH变化，当PH值过低时自动启动由高压空气和高压水在高压溶气罐内形成的具有高浓度溶解氧的高压溶气水通过进水管等装置释放到容器中，通过溶解氧的强氧化性平衡PH值的变化，当PH值回归时停止供应；当混合水流继续上升时进入三项分离器，沼气通过导气管进入集气室，然后通过沼气排气管排出，为保证安全和及时掌握集气室的变化，防止负压或超压运行，需在沼气排气管设置安全阀和压力表并通过调压管、压力传感器和对空管进行自动控制；微生物活性污泥在三项分离器表面附着并聚集，随着重量的加大在重力的作用下滑落到反应器中继续反应；经酸化的处理水通过三项分离器后经出水堰、U型水封管和出水堰排水管流入中心稳定柱兼排水管中通过排水管进入后续处理程序。

本发明中兼氧型微生物的种群数量10000-12000mg/L，厌氧型微生物种群的数量6000-8000mg/L，容积负荷按6kgCOD/m3·d计算，溶解氧由PH值控制， PH值控制在5.5-6，温度按照设定温度确定，其它按需要设计。

本发明对使用温度的确定是基于兼氧型和厌氧型微生物对温度的变化极为敏感，过大的温度变化会使微生物进入休眠状态或死亡，因此需对容器进行保温处理，防止外界温度的变化对反应的影响，同时采用升流式反应的目的在于在酸化反应是放热的过程而厌氧反应是吸热的过程，当释放的热量大于吸收的热量时，热量会快速向上升腾并通过沼气和水流带走，可以最大限度的减少温度变化对系统的影响；在反应时应通过溶解氧的释放控制厌氧反应的速度，减少温度降低对系统的影响。在酸化反应和厌氧反应过程中温度可控时温度越高处理效率也就越高，温度设定时应考虑到设备和设施的使用工况以及其它因素，使用温度一旦确定，就应缓慢升温至控制温度，使用时应在控制区间使用，防止微生物因对温度的敏感而停止工作。

本发明提出的有机物在完全水解的基础上被完全酸化是基于在自然界中厌氧微生物多是以单细胞或简单多细胞存在的，这些微生物细胞只能通过渗透作用与外界进行能量交换，由于经完全水解并酸化的有机物具有超强的亲水性，由于水表面张力的作用，厌氧微生物对有机物的吸附效果和能力将变的非常有限致使厌氧反应缓慢进行，而酸化反应的速度非常快，且需要一定数量的溶解氧维持兼性微生物的活性，为此将传统的酸化反应与厌氧反应同时进行改为酸化反应独立控制然后在进行厌氧反应，只有这样才能使后续的厌氧处理工艺的处理效率得到最大限度的提高，而其设计参数就能得到最大的优化，其投资额和运行成本也会大幅下降，也必然会产生相应的经济价值和社会价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为剖立面布置图；图2为A—A剖面图；

图中：（1）反应容器 （2）分水管 （3）布水管 （4）布水管支架 （5）PH监测仪探孔 （6）弹性填料 （7）中心稳定支架 （8）填料支架 （9）三项分离区 （10）导气管 （11）中心稳定柱兼排水管 （12）出水堰排水管 （13）出水堰 （14）沼气排气管 （15）U型水封管 （16）集气室 （17）调压管 （18）压力传感器 （19）对空管 （20）安全阀 （21）压力表 （22）完全水解的高浓有机处理水 （23）兼氧型、厌氧型微生物种群 （24）高压溶气罐 （25）压缩空气 （26）高压水 （27）高压溶气水 （28）进水分配器 （29）进水管 （30）完全酸化水 （31）排水管 (32)排泥管。

具体实施方法

在图1的实施例中，首先对兼氧型和厌氧型微生物种群（23）在容器内进行驯化培养，使其在弹性填料（6）表面形成颗粒团状微生物污泥，通过供应溶解氧在颗粒团状微生物污泥表面形成兼氧酸化反应，在颗粒团状微生物污泥内表面与填料外表面之间形成厌氧还原反应，污泥数量应满足使用要求。然后将完全水解处理的高浓有机处理水（22）通过进水管（29）、进水分配器（28）、分水管（2）和布水管（3）均匀的释放到反应容器（1）中，与兼氧型微生物种群（23）进行混合、调质、调匀处理，通过PH监测仪（5）观察容器内的PH变化，利用泵送水力升力均匀缓慢通过弹性填料（6）上附着的颗粒团状微生物污泥，为微生物与有机物的酸化反应和厌氧反应提供足够的接触时间与停留时间，由中心稳定支架（7）作为填料支架（8）为弹性填料（6）提供支撑。当水流通过填料区时，通过PH监测仪（5）观察水流的PH变化，当PH值过低时自动启动由高压空气（25）和高压水（26）在高压溶气罐（24）内形成的具有高浓度溶解氧的高压溶气水（27）通过进水管（29）释放到反应容器（1）中，通过溶解氧的强氧化性平衡PH值的变化，当PH值回归时停止供应；当混合水流继续上升时进入三项分离器（9），沼气通过导气管（10）进入集气室（16），然后通过沼气排气管（14）排出，为保证安全和及时掌握集气室（16）的变化，防止负压或超压运行，需在沼气排气管（14）设置安全阀（20）和压力表（21）并通过调压管（17）、压力传感器（18）和对空管（19）进行自动控制；微生物活性污泥（23）在三项分离器（9）表面附着并聚集，随着重量的加大在重力的作用下滑落到反应器（1）中继续反应；经酸化的处理水（30）通过三项分离器（9）后经出水堰（13）、U型水封管（15）和出水堰排水管（12）流入中心稳定柱兼排水管（11）中通过排水管（32）进入后续处理程序。

在图1的实施例中，反应产生的增值剩余污泥（23）由排泥管（32）排出。

在图1的实施例中，由保温材料（33）对反应容器（1）进行保温处理。

图2为图1实施例中的必要补充。