厌氧系统中降低硫酸盐影响且促进甲烷生产的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改进处理工艺，用于促进在硫酸盐方面存在问题的厌氧消化系统的有机废物降解及沼气生产。
【背景技术】
[0002]即使本说明书中列出或讨论了在先发表文献，也并不一定应视为已承认该文献为现有技术或公知常识。
[0003]现有技术的厌氧系统包括消化装置、两相系统、上流式厌氧污泥床系统(UASB)、膨胀颗粒污泥床系统(EGSB)、过滤装置、折流板槽、序列间歇式反应器(SBR)以及最近出现的膜式生物反应器(MBR)。在这些系统中，依次通过水解、产酸以及产甲烷过程，实现进料流中有机物质的降解。
[0004]两相厌氧消化系统和/或工艺用于将上述产酸反应及产甲烷反应分离，以实现产酸及产甲烷操作条件的分别优化，从而达到有机物质向沼气转变过程中各阶段所涉及具体微生物存续条件的最优化。上述两反应在不同反应器内同时进行且为产酸菌和产甲烷菌提供最为有利的条件，从而提高整个系统的性能。所述性能包括有机降解性能，更具体而言，包括产甲烷性能及二氧化碳固定性能。
[0005]上述产酸是指有机物质向挥发性脂肪酸(VFA)及一定量氢气(?)转变的过程。所述挥发性脂肪酸进一步被产甲烷菌消耗，从而生成可回收的二氧化碳和甲烷(CH4)。然而，氨、硫酸盐、轻金属离子及重金属等多种物质可对此甲烷生成过程产生抑制性的不利影响。很多工业废水中均含有硫酸盐，其可在硫酸盐还原菌(SRB)的作用下还原为硫化物。由于硫酸盐还原菌也消耗有机物质，因此其与产甲烷菌形成竞争关系。而且，在厌氧反应器中，硫酸盐还原菌可替代产甲烷菌。然而，一般认为，在争夺有机物质的竞争中，硫酸盐还原菌的竞争力不如参与单体降解的发酵微生物有效，而且此类竞争不发生于水解和产酸阶段。此外，硫化物对各种菌群的毒性可产生次生抑制作用。
[0006]现有的去除废水中硫酸盐的工艺在很大程度上为物理化学工艺。这些工艺涉及废水的稀释和汽提，以及混凝、氧化/还原和沉淀等化学反应，因而这些工艺需在废水中添加额外化学物质，或者需增加水的体积。此外，有人提出利用生物转化(部分氧化为元素硫)，或使产甲烷菌适应游离硫化氢，尤其是具有固定生物质的反应器内的硫化氢，从而以提高其对硫化物的耐受能力的方式实现硫酸盐的去除。然而，这种方式一般需要较长的驯化时间。
[0007]因此，需要一种降低被处理有机物质中硫酸盐和/或硫化物含量的改进工艺。
【发明内容】
[0008]本文所述方法不涉及额外化学物质，而是以生物方式将硫酸盐转化为H2S，而后将H2S沉淀为金属硫化物。因此，其可在向产甲烷反应器进料之前去除废水中的硫酸盐和硫化物，从而降低了硫酸盐还原菌相对于产甲烷菌的竞争力并促进甲烷生产。
[0009]在本发明的第一方面，公开了一种用于处理有机废物的两相厌氧工艺，包括如下步骤:
[0010]在第一相反应器内引入含有有机废物的一进料流；
[0011]生成流出该第一相反应器的一引出流；以及
[0012]将流出该第一相反应器的引出流提供至第二相反应器，
[0013]其中，至少在该工艺的起始阶段，所述第一相反应器具有10至25天的污泥龄(sludge retent1n time, SRT)，而且 pH 值保持为 4.5 至 6。
[0014]在本发明的多种实施方式中，至少在该工艺的起始阶段，所述污泥龄可以为11至24天(如14至20天，约15天，或20天)。在本发明的多种实施方式中，在该起始阶段完成后，所述污泥龄可以为10至15天。
[0015]在本发明的多种实施方式中，所述pH值可以为约5.0至6.0(例如5.5)。
[0016]在本发明的多种实施方式中，所述第一相反应器可提供有惰性气体，例如氩气，尤其为氮气。
[0017]在本发明的其他实施方式中，所述工艺还包括在所述第一相反应器内建立硫酸盐还原菌群，以将硫酸盐转化为硫化氢。这些实施方式还可进一步包括使所述硫化氢与所述废水中所含金属或金属离子反应，以生成金属硫化物沉淀。与上述不同，或者在上述的基础上，所述硫化氢的部分或全部以气体形式从第一反应器去除，例如，所述硫化氢通过化学涤气器或生物涤气器去除。
[0018]在本发明的其他实施方式中，当水力停留时间固定时，所述第一相反应器的有机负荷率(organic loading rate, 0LR)为约0.5至约2克COD/克MLSS.L.d(例如，所述第一相反应器的有机负荷率为约1至约1.5克C0D/克MLSS.L.d)。
[0019]在本发明的其他实施方式中，所述有机废物的初始C0D/S0/比例可以为约10:1至约2:1(如约6:1至约2:1，或约5:1至约3:1)。
[0020]在本发明的其他实施方式中，所述有机废物可包括可生物降解固体，例如有机含量较高的污泥、食物废物、油性废物、固体废物，或者其任意组合(例如，所述污泥可以为废物污泥或二沉污泥)。
[0021]在本发明的其他实施方式中，所述第一相反应器主要为产酸反应器，而且/或者所述第二相反应器主要为产甲烷反应器或为单级厌氧反应器。
[0022]在本发明的其他实施方式中，所述第一相反应器操作时的水力停留时间可以为约
1.25天至约5天。在其他实施方式中，所述第二相反应器操作时的pH值可以为约6.5至约
7.9，例如为约6.8至约7.4 (例如约7.1)。
[0023]在本发明的其他实施方式中，所述第一和第二相反应器还可以包括pH值控制器、氧化还原电位控制器(oxidat1n reduct1n potential, 0RP)以及温度控制器。
[0024]在本发明的第二方面，公开了一种使用第一方面所述工艺的废物处理装置。在此方面的一种实施方式中，所述废物处理装置为废水处理装置。
[0025]在本发明的第三方面，公开了一种用于处理可生物降解废物的两相反应器系统，包括第一相反应器以及处于所述第一相反应器下游且与该第一相反应器液体连接的第二相反应器，其中，所述第一和第二相反应器适于使用本发明第一方面所述的工艺。
[0026]在此方面的一种实施方式中，所述第一相反应器可主要为产酸反应器，而且/或者所述第二相反应器可主要为产甲烷反应器或单级厌氧反应器。
[0027]在本发明的其他实施方式中，所述第一和第二相反应器还可以包括pH值控制器、氧化还原电位控制器以及温度控制器。
【附图说明】
[0028]以下，通过参考附图，对本发明进行更加详细的说明。
[0029]图1为硫酸盐还原至H2S的还原途径示意图。
[0030]图2所示为现有操作参数下产酸反应器中的H2S含量(A-)以及产甲烷反应器中的H2S含量(M-)。
[0031]图3所示为本发明操作参数下产酸反应器中的H2S含量(A-)以及产甲烷反应器中的H2S含量(M-)。
【具体实施方式】
[0032]已有发现证明，通过调节所使用厌氧系统的操作参数，可以降低硫酸盐还原菌的竞争力以及其对产甲烷菌功能的影响。对于两相系统，可惊讶地发现，按照本发明调节操作参数，可在产酸反应器中实现高H2S产出量，而在产甲烷反应器中实现较低的H2S产出量，从而降低产甲烷反应器中硫酸盐还原菌的竞争力。此惊人发现表明，除了产酸机制，所述产酸反应器中还发生其他有用机制。
[0033]举例而言，可按照以下方案设置并运行本发明工艺。
[0034]a.两相厌氧工艺的设置:在所述产酸反应器上配置pH值控制器、氧化还原电位控制器(0RP)以及温度控制器，以将pH值控制于5.0至5.5范围内，温度保持于40土1°C，氧化还原电位控制于约_400mV ；
[0035]b.在工艺起始阶段，在产酸反应器内通入氮气或氩气，以对