濃度的逐漸增加，從而能夠使所述產(chǎn)酸產(chǎn)物的生成在較高的效率下繼續(xù)進(jìn)行。
[0060]可以理解的是，可以使用任意合適的水力停留時(shí)間運(yùn)行第一反應(yīng)器。合適的水力停留時(shí)間包括大約2小時(shí)到大約5天，例如大約3天到大約5天。此外，第一反應(yīng)可為大約2天到大約5天的固體/污泥停留時(shí)間。
[0061]第二反應(yīng)器位于第一反應(yīng)器的下游，可以是產(chǎn)甲烷反應(yīng)器或者是單級(jí)厭氧反應(yīng)器。由于第一反應(yīng)器的流出物或處理的污泥具有較高的pH，其可以在很小的或沒有pH校正且沒有溫度校正的情況下直接投入到第二反應(yīng)器，因此降低了與整個(gè)工藝過程有關(guān)的成本和能量需求?？梢岳斫獾氖?，在第一反應(yīng)器的下游可以串聯(lián)地或并行地設(shè)置不止一個(gè)反應(yīng)器。
[0062]當(dāng)?shù)诙磻?yīng)器為產(chǎn)甲烷反應(yīng)器(或多個(gè)反應(yīng)器)時(shí)，第二反應(yīng)器主要是產(chǎn)甲烷反應(yīng)器。也就是，反應(yīng)器還可以含有少量的產(chǎn)酸菌群，產(chǎn)酸菌群能夠?qū)⑷魏蝸?lái)自第一反應(yīng)器的未反應(yīng)的產(chǎn)酸物料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)酸產(chǎn)物以供大量的產(chǎn)甲烷菌所用。
[0063]當(dāng)?shù)诙磻?yīng)器為單級(jí)厭氧反應(yīng)器時(shí)，第二反應(yīng)器可以包括主要包括產(chǎn)酸細(xì)菌的產(chǎn)酸階段和主要包括產(chǎn)甲烷細(xì)菌的產(chǎn)甲烷階段。換言之，當(dāng)?shù)诙磻?yīng)器為單級(jí)厭氧反應(yīng)器時(shí)，它可以是位于第一反應(yīng)器下游的傳統(tǒng)的單級(jí)厭氧反應(yīng)器。
[0064]在如上所述的第二反應(yīng)器中，可以控制或不控制pH。在任一情況下，第二反應(yīng)器的pH可能為大約6.5到大約7.9，例如大約6.8到大約7.4，例如大約7.1。如果控制第二反應(yīng)器的pH，pH可以控制在大約6.8到大約7.4，例如大約7.1。
[0065]在使用中，第二反應(yīng)器可能具有10天以上的水力停留時(shí)間。
[0066]可以理解的是，為了確保優(yōu)化控制不同的工藝過程，第一和第二反應(yīng)器可以進(jìn)一步包括PH、氧化還原電勢(shì)(ORP)和溫度控制器。反應(yīng)器的讀數(shù)和調(diào)整可以通過處理裝置或方法的方式人工地或自動(dòng)地進(jìn)行。
[0067]第一和第二反應(yīng)器可以為配有pH和溫度控制裝置的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器，且在所述反應(yīng)器內(nèi)側(cè)可以有很小的正向氣體壓力。一般來(lái)說，第一反應(yīng)器可以小于第二反應(yīng)器，但也可以與第二反應(yīng)器為相同大小。典型地，當(dāng)有不止一個(gè)第二反應(yīng)器時(shí)，第一反應(yīng)器將與第二反應(yīng)器為相同大小。上述所述的反應(yīng)器和處理?xiàng)l件的特定設(shè)置同時(shí)提高了水解和產(chǎn)酸作用，這允許反應(yīng)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將酸相與分級(jí)行為相結(jié)合。
[0068]通過舉例的方式，所述方法可以根據(jù)下述原則運(yùn)行并設(shè)置。
[0069]a.在典型的單級(jí)厭氧反應(yīng)器或產(chǎn)甲烷反應(yīng)器前插入改進(jìn)的產(chǎn)酸作用主導(dǎo)級(jí)。通過結(jié)合起始設(shè)置和運(yùn)行條件，改進(jìn)的產(chǎn)酸反應(yīng)器允許微生物菌群的培養(yǎng)和聚集，其相對(duì)于在較高的PH條件下的有機(jī)物顆粒消減和VFA生成而言具有較高效率。
[0070]b.這一兩級(jí)厭氧系統(tǒng)設(shè)置有pH、ORP和溫度控制器。第一級(jí)反應(yīng)器的pH為6.5-8.5且溫度為35-60°C。這一連續(xù)型污泥消化系統(tǒng)的第一級(jí)可以在從若干小時(shí)到5天的水力停留時(shí)間下運(yùn)行。
[0071]c.在適應(yīng)一段時(shí)間后，第I級(jí)反應(yīng)器的微生物群落可預(yù)期包括大約99%的細(xì)菌和1%的古生菌。包括甲烷毛菌和甲烷八疊球菌的乙酸營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌(aceticlasticmethanogens)以及包括甲烷桿菌和甲烷微菌的氫營(yíng)養(yǎng)型甲烷菌在第一級(jí)反應(yīng)器中將占主
Q
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[0072]可以理解的是，在這之前所述的方法可用于任何需要處理有機(jī)廢物的廢物處理廠，所述有機(jī)廢物例如有機(jī)物含量高的來(lái)自廢水處理廠的廢棄污泥、二次污泥、含油污泥、工業(yè)污泥、污水污泥、廚余垃圾、含油廢物或固體廢物。例如，這里所述的方法可以用于污泥處理的廢水處理廠，例如污泥處理廠或工藝廢水處理廠。
[0073]可以理解的是，這里所述方法將尤其應(yīng)用到對(duì)在節(jié)約能量并回收能量的情況下處理廢水感興趣的地方以及污泥處理受限制的地方?？紤]到能源-環(huán)境關(guān)系的認(rèn)識(shí)不斷提高，能量回收越來(lái)越重要。現(xiàn)有技術(shù)的廢水處理方法具有顯著的碳痕跡，且上述公開的方法朝著能量中立(energy neutral)且最終為能量積極處理的設(shè)備發(fā)展。這里使用的方法和裝置能夠用于污泥處理廠和工業(yè)廢水處理廠，且能夠用于新廠或作為改進(jìn)加入到現(xiàn)有設(shè)備。在改進(jìn)方案中，添加的用于運(yùn)行所公開的方法的裝置還能夠擴(kuò)大現(xiàn)有設(shè)備的處理能力，并因此避免了隨著需求增加而對(duì)現(xiàn)有處理設(shè)備的再建需求。
實(shí)施例
[0074]實(shí)施例1
[0075]設(shè)置兩級(jí)反應(yīng)器。第I級(jí)反應(yīng)器在堿性條件下運(yùn)行，且通過人工添加1-5N NaOH將pH控制在8.0，然后第2級(jí)反應(yīng)器在6.8-7.4的pH下運(yùn)行。兩個(gè)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間(HRT)各自維持在5天和10天。
[0076]為了對(duì)比兩級(jí)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的兩相系統(tǒng)及傳統(tǒng)的單級(jí)系統(tǒng)的性能，還建立了兩相系統(tǒng)和單級(jí)系統(tǒng)。兩相系統(tǒng)在第I相PH為5.5 ± 0.3及第2相pH為6.8-7.4下運(yùn)行，且第I相和第2相的水力停留時(shí)間各自為5天和25天。單級(jí)系統(tǒng)在pH為6.8-7.4且HRT為15天下運(yùn)行。所有上述系統(tǒng)都在35°C下運(yùn)行。
[0077]關(guān)于污泥增溶的性能，單級(jí)系統(tǒng)的VFA生成和消耗為同時(shí)發(fā)生的過程，所述過程的中間產(chǎn)物即溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)和VFA，如圖1和圖2所示，二者均為相對(duì)低的水平?？紤]到這一點(diǎn)，將對(duì)比主要集中在兩級(jí)系統(tǒng)和兩相系統(tǒng)的性能。
[0078]在兩級(jí)系統(tǒng)中，顯著量的SCOD在第I級(jí)反應(yīng)器中生成并聚集。達(dá)到的最高SCOD濃度為12544mg/L，其中溶解的進(jìn)料污泥為27.28%。與之相比，在兩相系統(tǒng)中，在第I相中達(dá)到的最高SCOD濃度只有6173mg/L，相當(dāng)于溶解的進(jìn)料污泥為14.14%。
[0079]在兩級(jí)系統(tǒng)的第I級(jí)反應(yīng)器中生成的VFA的濃度列于圖2中，其中以乙酸和丙酸為主要化合物(分別為60%和20%-30%)。在兩相系統(tǒng)的第I相反應(yīng)器中生成的最大的總VFA濃度少于在兩級(jí)系統(tǒng)的第I級(jí)反應(yīng)器中生成的總和的一半。根據(jù)這些結(jié)果，通過原位堿處理方法極大地提高了水解和產(chǎn)酸過程是顯然的。
[0080]應(yīng)該注意的是，在適應(yīng)期后，兩級(jí)系統(tǒng)的第I級(jí)反應(yīng)器中的產(chǎn)甲烷作用也活躍起來(lái)。在第I級(jí)反應(yīng)器中生成的VFA由現(xiàn)有的產(chǎn)甲烷菌消耗以生成生物氣。第I級(jí)反應(yīng)器中水解的污泥的PH為6.8-7.5，該水解的污泥能夠在沒有進(jìn)一步的pH調(diào)整的情況下直接投入到第2級(jí)反應(yīng)器。第2級(jí)反應(yīng)器被發(fā)現(xiàn)能夠積極應(yīng)對(duì)第I級(jí)反應(yīng)器中生成的明顯高負(fù)荷的VFA。這一結(jié)果表明第2級(jí)反應(yīng)器中的產(chǎn)甲烷菌能夠快速調(diào)整至負(fù)荷沖擊并分解大多數(shù)的SCOD 和 VFA (圖 2)。
[0081]由于第I級(jí)反應(yīng)器中增強(qiáng)的水解和產(chǎn)酸過程，與兩相系統(tǒng)和單級(jí)系統(tǒng)相比，兩級(jí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了較高的揮發(fā)性懸浮固體(VSS)消減。兩級(jí)系統(tǒng)的平均VSS消減效率為43.8%，而兩相系統(tǒng)和單級(jí)系統(tǒng)的平均VSS消減效率分別為32.3%和33.2% (圖3)。各系統(tǒng)的平均揮發(fā)性固體(VS)消減效率為:兩級(jí)系統(tǒng)為60.7%、兩相系統(tǒng)為30.2%及單級(jí)系統(tǒng)為31.6%。根據(jù)這些結(jié)果，兩級(jí)系統(tǒng)比兩相系統(tǒng)和單級(jí)系統(tǒng)具有顯著更高的固體消減能力是顯然的。進(jìn)一步地，兩級(jí)系統(tǒng)的第I級(jí)反應(yīng)器中生成的生物氣相比于其它兩種系統(tǒng)具有更高的甲烷含量(75.7%，對(duì)比兩相系統(tǒng)第I相的48.2%，對(duì)比單級(jí)系統(tǒng)的65.1% )。
[0082]在適應(yīng)期后，第I級(jí)反應(yīng)器中的微生物群落可預(yù)期包括99%的細(xì)菌和1%的古生菌。大多數(shù)細(xì)胞都是活躍的。包括甲烷毛菌和甲烷八疊球菌的乙酸營(yíng)養(yǎng)型甲烷菌以及包括甲烷桿菌和甲烷微菌的氫營(yíng)養(yǎng)型甲烷菌在第I級(jí)反應(yīng)器中將占主導(dǎo)，在不希望受到理論束縛的情況下，這可以解釋第I級(jí)反應(yīng)器中的VFA(主要是乙酸)消耗和甲烷生成。
[0083]實(shí)施例2
[0084]為了驗(yàn)證兩級(jí)系統(tǒng)在不同HRT下的能力，還利用兩級(jí)系統(tǒng)的第I級(jí)反應(yīng)器以3天的HRT測(cè)試了該系統(tǒng)。這一試驗(yàn)的結(jié)果表明第I級(jí)反應(yīng)器在這一較短的HRT下也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)料污泥超過21%的增溶。
[0085]實(shí)施例3
[0086]第I級(jí)嗜溫&第2級(jí)嗜溫CSTR系統(tǒng)
[0087]在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)系統(tǒng)中以2.5L/天污泥進(jìn)料運(yùn)行兩級(jí)系統(tǒng)。在pH為8-8.5 (pH 一般在8.0附近)、HRT/SRT為3天和溫度為35°C下運(yùn)行第I級(jí)反應(yīng)器。在HRT/SRT為17天、溫度為35°C下運(yùn)行第2級(jí)反應(yīng)器。沒有控