[发明专利]一种基于磁铁矿和活性炭强化的两相厌氧处理装置与工艺

说明书

一种基于磁铁矿和活性炭强化的两相厌氧处理装置，设有酸化相筒体、产甲烷相筒体与搅拌机，其工艺步骤为：向HCl溶液中缓慢地加入FeCl₃和FeCl₂混合物，并用NaOH溶液调节该混合液的pH为6.5‑7.5，得到黑色悬浮沉淀——磁铁矿。将磁铁矿投加到酸化相装置内悬浮污泥区，密封该装置。将煤质柱状活性炭投加到产甲烷相装置内活性炭填充层，密封该装置。分别控制酸化相和产甲烷相装置的水力停留时间，装置内pH和温度。本发明有如下效果：强化酸化相复杂有机物的分解，提高水解酸化效率。加快产甲烷相有机酸和醇类物质的代谢，维持产甲烷相内酸性平衡，提高甲烷产量效果明显。该技术的投资成本少，操作简单，可应用于现有两相厌氧工艺为抵抗高有机负荷废水冲击的升级改造。

技术领域

本发明涉及一种工业废水的厌氧生物处理工艺。

背景技术

中、高浓度有机废水，比如化工、制药、纺织印染等行业的超标排放是目前造成水环境污染问题的重要原因之一。以上流式厌氧污泥床(UASB)为代表的厌氧甲烷化技术具有负荷高、能耗小、产沼气(主要成分是甲烷和二氧化碳)等特点，理论上是处理中、高浓度有机废水的首选方法之一。然而，厌氧的产酸与产甲烷过程在微生物的生态、代谢速度等方面的差异较大，容易导致甲烷化酸性失衡而停顿。

普遍认为，两相厌氧工艺要比传统的单相工艺更具备稳定性。这是因为两相厌氧工艺将产酸和产甲烷过程分开成两个独立的阶段，即酸化相和产甲烷相——酸化相主要负责将大分子复杂有机物水解为小分子有机酸和醇类物质，而产甲烷相主要利用这些小分子有机酸和醇进行产甲烷互养代谢。两相厌氧工艺将酸化相和产甲烷相在空间上的分离，并辅以不同的操作条件，如pH，水力停留时间、温度等，能够培养出各自优势的功能微生物种群。相比于传统的单相厌氧工艺，这种分开培养优势菌种理论上能够使两相厌氧工艺承受更高的有机负荷冲击。

然而，两相厌氧工艺并没有充分地应用于工业有机废水处理过程。原因被归结为以下两个方面：一是酸化相水解酸化效率普遍较低。随着进水有机负荷的提高，酸化相水解酸化效率显著降低，导致大部分复杂有机物未经水解而直接进入产甲烷相，降低产甲烷效率；二是产甲烷相互养代谢较缓慢。产甲烷互养代谢要求高效的种间电子传递机制。这种机制在传统的厌氧甲烷化过程中被广泛地认为是种间氢气传递(IHT)——产酸菌分解小分子有机酸和醇为乙酸并释放H₂，耗氢产甲烷菌利用H₂还原CO₂为CH₄。然而，IHT是一种脆弱的种间电子链接。其要求耗氢产甲烷菌对H₂的持续消耗，维持厌氧体系较低的H₂分压，以达到H₂的产生在热力学上可行。随着酸化产物浓度的提高，产甲烷相酸性失衡，氢分压升高，导致互养代谢受阻，进而抑制整个产甲烷工艺。因此，同时提高酸化相水解酸化效率和维持产甲烷相互养代谢稳定，是解决目前两相厌氧工艺应用受限的关键。

发明内容

为解决两相厌氧工艺中酸化相水解酸化效率低，以及产甲烷相互养代谢缓慢的问题，进而导致两相厌氧工艺在实际工业废水处理过程中应用受限，本发明提出以下技术方案：一种基于磁铁矿和活性炭强化的两相厌氧处理装置，其特征在于：设有酸化相保温层的酸化相筒体内为酸化相悬浮污泥区，搅拌机的主轴穿过酸化相筒体的上盖伸入酸化相悬浮污泥区。酸化相进水泵的一端经由管i插入进水池而另一端经由管ii、阀门i与酸化相筒体的下底连接。设有下部为污泥沉降区的中间水池，带有阀门ii的管iii一端连接酸化相筒体一侧的上方而另一侧连接中间水池的上方。污泥回流泵的一端通过管iv、阀门iii与酸化相筒体一侧的下方连接而另一端通过管v与中间水池下部的污泥沉降区连接。设有产甲烷相保温层的产甲烷相筒体内自下向上依次设有布水器、产甲烷相污泥区、活性炭填充层、产甲烷相悬浮污泥区以及三相分离区。上端设有甲烷相排气管道的三相分离器固定于产甲烷相筒体的上盖。产甲烷相筒体的上方侧面设有带阀门v的管vi。水泵一端经由管vii、阀门iv与中间水池一侧的上部相连接而另一端通过管vii与产甲烷相筒体的下底相连接。