[发明专利]在组合的厌氧-好氧设备中保持稳定的微生物群落

说明书

用于在组合的厌氧‑好氧废物处理系统中保持稳定的微生物群落的方法和设备。该系统包括废活性污泥在反应器之间的循环，从而确保健康的微生物群落和有效的废物分解。

技术领域

本发明涉及一种用于在组合的厌氧-好氧设备中保持稳定的微生物群落的方法及其设备。特别地，本发明涉及使废活性污泥(waste activated sludge，WAS)在所述设备的反应器之间循环，从而确保原料的有效消化。

背景技术

厌氧消化(anaerobic digestion，AD)是在氧的不存在(厌氧条件)下使有机物质(原料)分解成主要包含甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)的生物气的生物过程。组合的厌氧/好氧系统包括厌氧反应器和好氧反应器，其中好氧反应器的流入物在厌氧反应器中进行预处理并在所述好氧反应器中的好氧阶段和缺氧阶段中进行处理。

AD分为四个顺序阶段：水解、产酸、产乙酸和产甲烷。厌氧消化涉及许多不同的微生物，主要是顺序起作用的水解细菌、发酵产酸菌、产乙酸菌和产甲烷古菌。这意味着一个阶段的产物用作下一个阶段的基材。反应器中微生物群落的性质取决于进料到反应器中的原料，这样的原料可以是牲畜废物、污水污泥或者食物和农作物废物。

AD中涉及的大多数细菌是严格/专性厌氧菌，其在氧的存在下会死亡。其余细菌大多数是兼性/耐氧厌氧菌。兼性厌氧菌在氧的存在下通过好氧呼吸产生ATP，但在氧的不存在下能够发酵或厌氧呼吸。尽管兼性厌氧菌在氧的存在下生存，但其在这样的条件下无法进行降解。

在AD期间，水解细菌利用水将诸如碳水化合物、蛋白质和脂肪的有机物分解为简单的糖、氨基酸和脂肪酸。产乙酸菌将这些糖、氨基酸和脂肪酸转化为氨、H₂、CO₂、H₂S、短脂肪酸、碳酸和醇。同型产乙酸菌分解代谢乙酸、二氧化碳(CO₂)和H₂。产甲烷菌分解乙酸以形成甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)。另外的细菌种类包括聚磷菌(polyphosphate-accumulatingbacteria，PAB)，兼性厌氧细菌，其在好氧阶段期间在其细胞内以多磷酸盐的形式累积磷酸盐(POLYP)，从而促进从废水去除磷酸盐，这一过程被称为增强生物除磷(enhancedbiological phosphorus removal，EBPR)。在厌氧条件下，PAB能够消化碳化合物，并且这种能力使其在活性污泥中存在的混合微生物群落中具有优势。

由来自厌氧消化器的径流引起的过高的钠和磷水平可能负面地影响淡水品质，从而负面地影响整个生态系统。实际上，游离钠阳离子和磷酸根离子(PO₄^-3)均被视为有害作用剂。Na⁺增加土壤的盐分(增加SAR-钠吸收率(sodium adsorption ratio))，导致土壤形成稳定聚集物的能力降低，并导致土壤结构和耕性损失，从而抑制植物的生长。磷酸根离子经由泄漏和径流在远海和集水区引起藻华(富营养化)和缺氧状态。

生物气的产生以及水流出物和排放的污泥的品质在很大程度上取决于反应器中的微生物群落。因此，需要保持和优化消化器中的健康微生物群落。这样的保持受到细菌的繁殖率影响，繁殖率取决于反应器中的温度以及根据足够的细菌倍增时间(繁殖所需的时间)限定的最小固体保留时间(solids retention time，SRT)。也应该考虑到废活性污泥(WAS)和流出物的排放，因为以这种方式从设备清除已经附着到沉淀的固体废物的细菌。

设备设计及其运行影响微生物群落，从而影响设备的整体性能。现已发现，为了使上述类型的复数个反应器有效地运行，在反应器之间进行WAS的循环是有利的。这样的WAS转移实现设备的有效运行并保持稳定的微生物群落。