[发明专利]一种确定两阶段厌氧系统反应区或反应器体积参数的方法

权利要求书

1.一种确定两阶段厌氧系统反应区或反应器体积参数的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1、通过批试实验确定物料水解产酸与产甲烷特性；

通过实验室内小规模、短时间的批试实验，确定拟用于两阶段发酵处理的实际物料依次完成水解产酸和产甲烷所需时间、延滞期、产气潜力和有机物去除效率；再通过物料转化时间与两阶段厌氧系统反应区或反应器反应区或反应器水力停留时间和体积之间的比例关系确定水解产酸反应区或反应器反应区或反应器与产甲烷反应区或反应器反应区或反应器的水力停留时间比例和体积比例；

批试实验结果与反应区或反应器反应区或反应器水力停留时间和体积的换算关系如下：

其中，BHP是水解产酸批试实验，BMP是产甲烷批试实验；T_BHP为水解产酸批试实验中，物料水解产酸所需时间，单位为h；T_BMP为产甲烷批试实验中，产甲烷所需时间，单位为h；HRT₁为水解产酸阶段反应区或反应器反应区或反应器中的水力停留时间，单位为h；HRT₂为产甲烷阶段反应区或反应器反应区或反应器中的水力停留时间，单位为h；V₁为水解产酸阶段反应区或反应器反应区或反应器体积，单位为L；V₂为产甲烷阶段反应区或反应器反应区或反应器体积，单位为L；X₁和X₂分别为水解产酸和产甲烷反应区或反应器反应区或反应器构型的体积修正参数；D为产甲烷反应器的进料浓度与水解产酸阶段的出料浓度之比；

水解产酸批试实验和产甲烷批试实验的物料类型、发酵浓度、物料来源与拟用于两阶段厌氧发酵系统的物料一致；水解产酸批试实验和产甲烷批试实验的发酵条件也与拟设计的两阶段厌氧发酵系统的运行条件一致；批试实验中产甲烷批试实验BMP的底物是水解产酸批试实验BHP结束后的发酵物；

步骤2、通过微生物生长动力学计算得到水解产酸过程和产甲烷过程功能微生物在不同类型反应器中的生长分布特点，进而确定水解产酸过程和产甲烷过程功能微生物所适应的反应区或反应器反应区或反应器需具有的特点；

所采用的微生物生长动力学计算模型如下：

其中，θ_c^min为微生物细胞平均最小停留时间，单位为d^-1；Y为细胞产率，单位为g细胞/gCOD；k为比底物利用率，单位为mg COD/g VSS/d；K_s为半饱和常数，单位为mg COD/L；S₀为进水中的底物浓度，单位为mg COD/L；b为比细胞衰减速率，单位为d^-1；

其中的动力学参数k、Ks、b由现有文献已知；Y通过微生物生长半反应方程的吉布斯自由能计算所得，水解产酸微生物Y为0.03-0.4，单位为g细胞/g COD；产甲烷微生物Y为0.01-0.2，单位为g细胞/g COD；底物浓度S₀根据两阶段厌氧发酵代谢途径中底物、中间产物、终产物之间的转化率计算而得，也能够取实验或经验所得具体数据；

由于反应区或反应器平均污泥停留时间SRT小于θ_c^min时，对应的微生物能在该反应区或反应器中正常生长；而当平均污泥停留时间SRT大于θ_c^min时，对应的微生物则会随污泥一起被冲出反应区或反应器；因此，由以上微生物生长热动力学计算可知平均污泥停留时间SRT较小的反应区或反应器就能够满足水解产酸微生物的正常生长代谢，而产乙酸和乙酸营养型产甲烷微生物适合在平均污泥停留时间SRT较大的反应区或反应器生长；

步骤3、结合实际物料理化特点、运行环境选取于两阶段厌氧发酵系统中水解产酸反应区或反应器和产甲烷反应区或反应器的具体构型；

步骤4、结合步骤2和步骤3确定水解产酸反应区或反应器与产甲烷反应区或反应器的体积修正参数X₁、X₂；

根据步骤2，平均污泥停留时间SRT较小的反应区或反应器就能够满足水解产酸微生物的正常生长代谢，而产乙酸和乙酸营养型产甲烷微生物适合在平均污泥停留时间SRT较大的反应区或反应器生长；

根据各种构型厌氧反应器平均水力停留时间HRT和平均污泥停留时间SRT的关系，将厌氧反应器区分为常规厌氧反应器和高效厌氧反应器；其中，常规厌氧反应器：3＞SRT/HRT≥1，高效厌氧反应器：SRT/HRT≥3；

根据步骤3所选择的两阶段厌氧发酵系统中水解产酸反应区或反应器和产甲烷反应区或反应器的具体构型：

当选择常规厌氧反应器作为两阶段厌氧发酵系统水解产酸反应区或反应器时，对应的体积修正系数X₁应满足：X₁≥1；

当选择高效厌氧反应器作为两阶段厌氧发酵系统水解产酸反应区或反应器时，对应的体积修正系数X₁应满足1＞X₁＞0；

当选择常规厌氧反应器作为两阶段厌氧发酵系统产甲烷阶段反应区或反应器时，对应的体积修正系数X₂应满足X₂≥3；

当选择高效厌氧反应器作为两阶段厌氧发酵系统产甲烷阶段反应区或反应器时，对应的体积修正系数X₂应满足0＜X₂＜30；

步骤5、将步骤1批试实验所得的物料特性与步骤3所选择的反应器构型以及步骤4得到的相应的体积修正参数结合，确定拟设计的两阶段厌氧发酵系统中水解产酸和产甲烷反应区或反应器体积参数。