CSTR和ABR處理有機(jī)廢水產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷特征與效能.pdf

1、厭氧發(fā)酵技術(shù)是解決環(huán)境污染及能源需求問題的重要途徑。本文針對常見的連續(xù)流攪拌槽式反應(yīng)器(CSTR)和厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)兩類反應(yīng)器在發(fā)酵制氫和甲烷發(fā)酵中存在的理論和技術(shù)問題，開展了發(fā)酵產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷系統(tǒng)的調(diào)控技術(shù)研究，并探討ABR同步產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷的的可行性，進(jìn)一步研究了提高其效能的技術(shù)措施。
　　以好氧污泥為啟動接種物的CSTR發(fā)酵制氫系統(tǒng)的研究表明，通過工程控制技術(shù)，可以在系統(tǒng)內(nèi)定向培育出丙酸型發(fā)酵、丁酸型發(fā)酵和乙醇型發(fā)酵等代謝

2、類型不同的微生物群落，其中乙醇型發(fā)酵是厭氧活性污泥系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)氫的最佳類型，其比產(chǎn)氫速率為2.89 mol/kgMLVSS·d，是丁酸型發(fā)酵的4倍，是丙酸型發(fā)酵的148倍。在CSTR發(fā)酵制氫系統(tǒng)中，其產(chǎn)氫機(jī)制主要為丙酮酸脫羧產(chǎn)氫和輔酶Ⅰ氧化還原平衡調(diào)節(jié)產(chǎn)氫，其產(chǎn)氫量對反應(yīng)器總產(chǎn)氫量的貢獻(xiàn)分別為82％和18%，而產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸作用未得到發(fā)揮。同時發(fā)現(xiàn)，較低的污泥負(fù)荷率對乙醇型發(fā)酵的形成具有顯著的促進(jìn)作用。在相同條件下，CSTR啟動污泥負(fù)荷為0.

3、99 kgCOD/kgMLVSS·d，達(dá)到穩(wěn)定乙醇型發(fā)酵的時間為30d，而當(dāng)污泥負(fù)荷降低為0.64 kgCOD/kgMLVSS·d時，乙醇型發(fā)酵的啟動則可在16 d內(nèi)完成。
　　為解決CSTR發(fā)酵制氫系統(tǒng)存在的單位基質(zhì)氫氣轉(zhuǎn)化率低及因攪拌帶來的耗能問題，開展了ABR系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)氫研究。結(jié)果表明，ABR是一種較為理想的有機(jī)廢水發(fā)酵制氫反應(yīng)設(shè)備，與CSTR相比，具有較高的微生物產(chǎn)氫活性、較低能源消耗等優(yōu)點。在HRT13.5h、35℃和進(jìn)

4、水COD5000 mg/L條件下，系統(tǒng)可在26d達(dá)到乙醇型發(fā)酵，其比產(chǎn)氫速率為0.13L/gMLVSS·d，而CSTR在同樣條件下的比產(chǎn)氫速率僅為0.06 L/gMLVSS·d。
　　在一定控制條件下，CSTR和ABR兩類反應(yīng)器內(nèi)均可建立起完整的甲烷發(fā)酵微生物體系。CSTR在進(jìn)水COD濃度為4000 mg/L、HRT為24h等條件下，可以在73 d形成具有完整甲烷發(fā)酵過程的絮狀懸浮厭氧活性污泥系統(tǒng)，其COD去除率維持在70%左右。

5、而 ABR以厭氧絮狀污泥接種時，在進(jìn)水COD、HRT相同的情況下，其COD去除率在1d后即可達(dá)到74%，在有機(jī)負(fù)荷為4kg/m3·d，COD去除率可穩(wěn)定在90%以上。
　　提出了借助ABR構(gòu)建發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷系統(tǒng)的技術(shù)思想，通過前端格室發(fā)酵產(chǎn)氫、后端格室發(fā)酵產(chǎn)甲烷的生物相功能調(diào)控，構(gòu)建成功 ABR發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷系統(tǒng)，在進(jìn)水COD6000 mg/L、ALK1900 mg/L條件下，系統(tǒng)的COD去除率提高到62%以上，產(chǎn)氫能

6、力達(dá)到0.37 m3/m3·d，產(chǎn)甲烷能力達(dá)到1.66 m3/m3·d。研究表明，堿度調(diào)節(jié)可有效刺激ABR發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷系統(tǒng)中厭氧活性污泥的增殖和產(chǎn)甲烷活性，但對前端格室厭氧活性污泥的發(fā)酵產(chǎn)氫所用有所抑制；而微量元素則對所有微生物類群的活性具有很好的提升效果，并可有效增加系統(tǒng)的生物多樣性，但對微生物增殖的促進(jìn)作用不顯著。無論是進(jìn)水COD濃度的改變、堿度的變化，還是微量元素的投加，都會引發(fā)ABR發(fā)酵聯(lián)合產(chǎn)氫-產(chǎn)甲烷系統(tǒng)中微生物群落的