[发明专利]用零价铁提高UASB产CH4作用及磷酸盐去除率的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及废水生物处理技术领域，具体地说是一种用零价铁提高UASB产CH₄作用及磷酸盐去除率的装置与方法。

背景技术

随着工业化进程的不断加快以及经济的发展，大量未经处理的或处理未达标的工、农业废水被排放到受纳水体中，引起了广泛而严重的水污染问题。同传统的好氧生物处理方法和物理、化学处理方法相比，废水的厌氧生物处理技术具有容积负荷高、设备结构简单、运行维护方便、占地面积小、能耗低、剩余污泥少、产生可再生能源(CH₄)等优点。该技术是去除水体中有机污染物的有效途径，目前已在国内外工业和生活废水处理中获得越来越广泛的应用。此外，厌氧生物处理技术还被认为是符合“可持续发展原则”核心技术之一。

厌氧生物处理工艺传统上称之为厌氧消化(anaerobic digestion，AD)，也称污泥消化(sludge digestion)。厌氧生物处理的实质是指废水中含有的复杂有机物(碳水化合物、蛋白质、脂类等)在厌氧条件下经过多种微生物的协同代谢，最终被转化为CH₄、CO₂等。有机物的厌氧生物处理分为两个阶段：水解阶段；产酸发酵阶段；产氢产乙酸阶段；产甲烷阶段。产酸和产甲烷阶段。水解可以定义为复杂的非溶解性的有机物质在产酸细菌胞外水解酶的作用下被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。在厌氧消化过程中，一些分子量较大的有机物如淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白酶水解成短肽与氨基酸等。微生物(产酸发酵细菌)在此阶段将水解产物-溶解性单体或二聚体形式的有机物转化为以脂肪酸和醇为主的末端产物，同时产生新的细胞物质。产酸发酵速率较快，末端产物主要有甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、乳酸等脂肪酸。此外，醇类、CO₂、H₂等也伴随产生。产氢产乙酸过程是将产酸发酵阶段产生的两个碳以上的有机酸(乙酸除外)和醇转化为乙酸、CO₂、H₂等的过程，并产生新的细胞物质。产甲烷阶段是由严格厌氧的产甲烷菌将乙酸、甲酸、甲醇、甲胺和H₂/CO₂等转化为CH₄和CO₂的过程。

上流式厌氧污泥床处理技术(UASB)是废水厌氧生物处理技术的典型代表。自二十世纪70年代UASB技术被发明以来，通过不断改进而获得了长足发展，近年来UASB技术已经成为国内外厌氧处理的主流技术之一。目前世界各地已经有1300多座工程化的UASB反应器成功应用于各种浓度、多种类型的废水生物处理过程中，是应用最为广泛的厌氧生物反应器。

UASB技术的主要处理过程如下：待处理废水被引入UASB反应器的底部，向上流经由颗粒状或絮状污泥组成的污泥床，污水与污泥床相接触而发生厌氧反应并产生沼气(主要为甲烷和二氧化碳)，所产沼气上升而引起污泥床扰动并带动颗粒污泥上升，在三相分离器的作用下，颗粒污泥得以下降，回到污泥床区域，从而形成颗粒污泥的内部循环，所产沼气经过三相分离器后被收集再利用，污水经处理后排出系统。一般来讲，UASB反应器需要由一个水力循环装置来保持一个稳定的升流速度，从而得以形成并保持沉淀性能良好的颗粒污泥，这是正常运行UASB系统的一个关键。UASB系统一般主要包括以下几部分：进水和配水装置1、水力循环装置2、反应器主体3和三项分离器4(参见1)。

铁是地壳中含量最为丰富且活性很强的金属元素之一。铁及其离子化合物作为絮凝剂、氧化还原反应催化剂已经被广泛用于水体修复和废水处理领域。近些年来，应用零价铁栅或其他形式的元素铁去除地下水中的有机氯污染物、重金属甚至是核废料污染物引起了科学界的广泛关注，虽然其中的有机污染物被吸附、固定和降解的具体机理还不为人所熟知。此外，零价铁(Fe⁰)可以作为电子供体，被许多微生物在污染物还原转化过程中利用。因此，Fe⁰-微生物系统在污染的生物修复领域显露出越来越大的潜力。