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厌氧消化的基本原理

有机物厌氧消化产甲烷过程是一个非常复杂的由多种微生物共同作用的生化过程。M.P.Bryany(1979)根据对产甲烷菌和产氢产乙酸菌的研究结果，提出了三阶段理论。

*阶段为水解发酵阶段。在该阶段，复杂的有机物在厌氧菌孢外酶的作用下，先被分解成简单的有机物，如纤维素经水解转化成较简单的糖类;蛋白质转化成较简单的氨基酸;脂类转化成脂肪酸和甘油等。参与这个阶段的水解发酵菌重要是厌氧菌和兼性厌氧菌。

二阶段为产氢蚕乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以为的*阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇类等转化成乙酸和兼性厌氧菌。

三阶段为产甲烷阶段。在高阶段中，产甲烷菌把*阶段和二阶段产生的乙酸、H2、和CO2等转化为甲烷。

反应器的工作原理及点

ABR反应器内设置若干竖向导流板,将反应器分隔成串联的几个反应室,每个反应室都可以看作一个相对独立的上流式污泥床系统(简称USB),废水进入反应器后沿导流板上下折流前进,依次通过每个反应室的污泥床,废水中的有机基质通过与微生物充分的接触而得到去除。借助于废水流动和沼气上升的作用,反应室中的污泥上下运动,但是由于导流板的阻挡和污泥自身的沉降性能,污泥在水平方向的流速极其缓慢,从而大量的厌氧污泥被截留在反应室中。由此可见,虽然在构造上ABR可以看作是多个UASB的简单串联,但在工艺上与单个UASB有着显著的不同,ABR更接近于推流式工艺。ABR反应器独的分格式结构及推流式流态使得每个反应室中可以驯化培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落,从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相沿程得到分离,使ABR反应器在整体性能上相当于一个两相厌氧处理系统。一般认为,两相厌氧工艺通过产酸相和产甲烷相的分离,两大类厌氧菌群可以各自生长在适宜的环境条件下,有利于充分发挥厌氧菌群的活性,提高系统的处理效果和运行的稳定性。Letting教授在预测未来厌氧反应器的发展动向时提出了一个潜力和挑战性的新工艺思想,即分阶段多相厌氧工艺(简称SMPA)。

开发工艺的理论基础

微生态系统理论厌氧处理实际上是借助于不同微生物种群间的协同作用并通过水解酸化(产酸及产乙酸)产甲烷等一系列生物反应将有机无底物转化为无机物的过程。在此过程中,不仅各类型的微生物对环境条件的要求不同,而且它们通过对不同底物的利用而形成类似于生态系统中的食物链的营养关系,即微生态系统。因而,为使厌氧处理系统持续稳定的运行,需创造适合于不同微生物种群生长的环境条件,使反应过程中物质的转化及能量的流动顺利地进行。因而,两相及多相厌氧反应器(SMPAR,可由一个反应器或多个反应器串联实现,因而它并非指某个反应器)技术的研究已成为开发新型厌氧反应器技术的生态学基础。

二阶段为产氢蚕乙酸阶段。在该阶段，产氢产乙酸菌把除乙酸、甲酸、甲醇以为的*阶段产生的中间产物，如丙酸、丁酸等脂肪酸，和醇类等转化成乙酸和兼性厌氧菌。

三阶段为产甲烷阶段。在高阶段中，产甲烷菌把*阶段和二阶段产生的乙酸、H2、和CO2等转化为甲烷。