UASB的設(shè)計計算書

1、兩相厭氧工藝的研究進(jìn)展摘要：傳統(tǒng)的厭氧消化工藝中，產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在單相反應(yīng)器內(nèi)完成厭氧消化的 全過程，由于二菌種的特性有較大的差異，對環(huán)境條件的要求不同，無法使二者都 處于最佳的生理狀態(tài)，影響了反應(yīng)器的效率。1971年Ghosh和Poland提出了兩 相 厭氧生物處理工藝門，它的本質(zhì)特征是實現(xiàn)了生物相的分離，即通過調(diào)控產(chǎn)酸相 和產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器的運行控制參數(shù)，使產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相成為兩個獨立的處 理單元， 各自形成產(chǎn)酸發(fā)酵微生物和產(chǎn)甲烷發(fā)酵微生物的最佳生態(tài)條件，實現(xiàn)完整的厭氧發(fā)酵過程，從而大幅度提高廢水處理能力和反應(yīng)器的運行穩(wěn)定性。(1) 兩相厭氧消化工藝將產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌分別置于兩個反應(yīng)器內(nèi)，

2、并為它們提供了 最佳的生長和代謝條件，使它們能夠發(fā)揮各自最大的活性，較單相厭氧消化工藝的 處理能力和效率大大提高。Yeoh對兩相厭氧消化工藝和單相厭氧消化工藝進(jìn)行了對 比實驗研究。結(jié)果表明：兩相厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷率為0.168m3CH4/(KgCOD cr?d) 明顯高于單相厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷率0.055m3CH4/(KgCOD cr?d)。(2) 反應(yīng)器的分工明確，產(chǎn)酸反應(yīng)器對污水進(jìn)行預(yù)處理，不僅為產(chǎn)甲烷反應(yīng)器提供 了更適宜的基質(zhì)，還能夠解除或降低水中的有毒物質(zhì)如硫酸根、重金屬離子的毒 性，改變難降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，減少對產(chǎn)甲烷菌的毒害作用和影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)運 行的穩(wěn)定性。(3) 產(chǎn)酸相的

3、有機(jī)負(fù)荷率高，緩沖能力較強(qiáng)，因而沖擊負(fù)荷造成的酸積累不會對產(chǎn) 酸相有明顯的影響，也不會對后續(xù)的產(chǎn)甲烷相造成危害，提高了系統(tǒng)的抗沖擊能 力。(4) 產(chǎn)酸菌的世代時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)酸菌的產(chǎn)酸速度高于產(chǎn)甲烷菌降解 酸的 速率“5】,產(chǎn)酸反應(yīng)器的體積總是小于產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的體積。(5) 兩相厭氧工藝適于處理高濃度有機(jī)污水、懸浮物濃度很高的污水、含有毒物質(zhì)及 難降解物質(zhì)的工業(yè)廢水和污泥。2兩相厭氧工藝的研究現(xiàn)狀2. 1反應(yīng)器類型從國內(nèi)外的兩相厭氧系統(tǒng)研究所采用的工藝形式看'主要有兩種：第一種是兩相均 采用同一類型的反應(yīng)器，如UASB反應(yīng)器,UBF反應(yīng)器,ASBR反應(yīng)器，其中UASB反 應(yīng)器較

4、常用。第二種是稱作Anodek的工藝，其特點是產(chǎn)酸相為接觸式反應(yīng)器(即完全式反應(yīng)器后設(shè)沉淀池，同時進(jìn)行污泥回流)，產(chǎn)甲烷相則采用其它類型 的反 應(yīng)器。王子波、封克、張鍵采用兩相UASB反應(yīng)器處理含高濃度硫酸鹽黑液，酸化相為 8.87L的普通升流式反應(yīng)器，甲烷相為28.75L的UASB反應(yīng)器，系統(tǒng)溫度(35 ±)C。當(dāng)酸化相進(jìn)水 COD 為(6.771 11.057)g/ L ,SO42-為(5.6488.669) g/L,pH值為5.5時，整個系統(tǒng)COD去除率平均值為74.42 %，系統(tǒng)對負(fù)荷的沖擊有 較 強(qiáng)的耐受能力。SHI-YILUN等采用兩相UASB處理葡萄糖配水，OLR可達(dá)到

5、54gCOD/ (Ld), CM 占沼氣的90%, COD去除率為85%張振家、王太平、谷成采用兩相UASB反應(yīng)器處理糖蜜酒精糟液，試驗結(jié)果表明： 系統(tǒng)對廢水中有機(jī)物及硫酸鹽均有良好的去除效果，酸化反應(yīng)器對SO42去除率達(dá)到70%以上9。胡鋒平在常溫25T采用兩相UBF反應(yīng)器對養(yǎng)雞場離心廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明：進(jìn) 水CODcr為18300mg/L ,系統(tǒng)容積負(fù)荷17.26 kgCOD/ (m3 d),水力停留時 間25.47 h, CODcr去除率為76.13% ,BOD5去除率為87.76%，產(chǎn)氣率為 O.41Om3/kgCODcr10。H. Bouallagui等采用兩相ASBR反應(yīng)器處理

6、果蔬廢水(FVW), COD去除率達(dá)96%, 出水COD小于1500mg/L,可溶性SCOD小于400 mg/L,產(chǎn)烷產(chǎn)率為每320L/ KgCOD11。孫劍輝、倪利曉采用的工藝為Anodek,他們將鐵屑為填料的UBF反應(yīng)器作酸 化相、 以UASB反應(yīng)器作甲烷相，處理Zn5ASA醫(yī)藥廢水。實驗結(jié)果表明：此系統(tǒng)在 UBF與USAB的HRT分另IJ控制J在5.95 h和門.43 h時,UBF與UASB的OLR(以 COD計)分別高達(dá)58.44 ft 17.01 kg/ (m3 d),對SCOD和BOD5的總?cè)コ史謩e 達(dá)90 %和95 %左右，具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定、處理效率高等優(yōu) 占2。八、。2. 2

7、相分離的方法(1) 物理化學(xué)法在產(chǎn)酸相中投加甲烷菌的選擇性抑制劑(如氯仿，四氯化碳等)來抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生長，或向產(chǎn)酸反應(yīng)器中供給一定量的氧氣，調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)的氧化還原電位，利用產(chǎn)甲烷菌對溶解氧和氧化還原電位比較敏感的特點來抑制 其在 產(chǎn)酸相反應(yīng)器中生長；或?qū)a(chǎn)酸反應(yīng)器pH調(diào)在較低水平(5.5-6.5之間)，利用甲烷要求中性偏堿的的條件來保證產(chǎn)酸菌在產(chǎn)酸反應(yīng)器占主導(dǎo)地位；或采用通透有機(jī)酸的半透膜，使產(chǎn)酸相的末端產(chǎn)物只有有機(jī)酸才能進(jìn)入后續(xù)的產(chǎn)甲烷反 應(yīng) 器，從而實現(xiàn)產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相分離。(2)動力學(xué)控制法 產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長速率上存在很大的差異12，產(chǎn)酸菌的生長速率快，其世代時間短，一般在 1

8、0-30min,而產(chǎn)甲烷菌的世代時間在46d,因此控制反應(yīng)的水力停留時間 在一個較 兩相厭氧消化工藝為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌提供了最佳的生理環(huán)境r181，發(fā)揮了它們各 自最大的活性，因而具有比單相厭氧消化工藝更高的處理能力和處理效率，有深入 研究和推廣應(yīng)用的價值。Progressi on and Prospects on the Research of TwoPhase An aerobicWang Kehao 1 Li Don gwei 1>2 Li Dou 1 Yua n Xue 1 Xu Zho nghui 1短的范圍內(nèi)，可以使產(chǎn)甲烷菌來不及在產(chǎn)酸相反應(yīng)器停留就被水流帶入產(chǎn)甲烷反應(yīng) 器。

9、通過動力參數(shù)(如有機(jī)負(fù)荷率、停留時間等)1%勺調(diào)控實現(xiàn)產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的有 效分離。實驗中最廣范的應(yīng)用就是將第一種方法的調(diào)pH與第二種方法結(jié)合起來，這樣使較低 的pH對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生一定的抑制性，同時該反應(yīng)器的HRT很短，相應(yīng)的SRT也較 短，使得世代時間較長的甲烷菌難以在其中生長起來。3兩相厭氧工藝的發(fā)展方向(1) 針對不同的水質(zhì)并結(jié)合各種新型高效厭氧反應(yīng)器的特點進(jìn)行產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷 相的組合成為新的研究方向。進(jìn)入90年代，如文獻(xiàn)14 15 16 17 18“9七0中所用的產(chǎn)酸 反應(yīng)器就是一種專利產(chǎn)品，處理效果很好；文獻(xiàn)(1. College of Resource and Environ me

10、ntal Scienee 、 Chongqi ng 體化兩相厭氧反應(yīng)器的研究也是兩相厭氧反應(yīng)器的一個研究方向，通過 反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精密設(shè)計，在同一反應(yīng)器內(nèi)形成產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相的合理搭配， 在實現(xiàn)兩相分離，消除二者之間制約作用的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)二者之間的互補(bǔ)、協(xié)同 作用。反應(yīng)器一體化的設(shè)計使得設(shè)備投資減少，節(jié)省工程占地。 4結(jié)語 Digesti on (TPAD) University、 Chongqing 400030 ； 2. The Key Laboratory of the Exploitataion of Southwest Resources & the En vir on m

11、en tai Hazards Con trol Engin eeri ng 、中用填充床酸化反應(yīng)器+UASB甲 烷化反應(yīng)器有效地處理了啤酒廢水和抗生素廢水；針對水解反應(yīng)器HUSB和顆粒污 泥膨脹床EGSB優(yōu)缺點的互補(bǔ)，文獻(xiàn)Ministry of Education，Chongqing 400030)中將二者組成兩相工藝成功地處理了懸浮性 固體含量高的城市污水。(2) 溫度兩相厭氧工藝，是最近IOWA大學(xué)正在研究的一種新的兩相厭氧工 藝，它將高溫厭氧消化和中溫厭氧消化組合成一個處理工藝， 可以充分發(fā)揮高溫 發(fā)酵速率快和去除致病菌能力強(qiáng)以及中溫發(fā)酵所具有的能量需求低和出水水質(zhì) 好的優(yōu) 勢。KAIS

12、ER等人研究的溫度兩相厭氧生物濾池( TPAB)工藝是一種新的高速厭氧 處理系統(tǒng)，它由一個高溫厭氧生物濾池和一個中溫厭氧濾池串聯(lián)而成，能夠形成一個具有兩個溫度段和兩相的厭氧生物處理系統(tǒng)。在相同的 HRT 和有機(jī)負(fù)荷下溫度兩相系統(tǒng)的運行效果要比單級的厭氧濾池好。LUGBA等人也 研究了溫度兩相厭氧工藝處理乳制品廢水的可行性。Abstract: The article firstly summaries the prin ciple of twophase an aerobic digesti on (TPAD), methods of phase-separatio n, affecti ng

13、factors and evaluati ng in dexes Then the situati on of inv estigati on and applicati on in in ternal and external TPAD are in troduced Fin ally, the research directi ons and the prospects in two-phase an aerobic digesti on processes are forecasted.Keywords : twophase an aerobic digesti on; phase se

14、parati on;acidoge nesis; methoge nesis; evaluati ng in dexes兩相厭氧消化系統(tǒng)(Two-Phase An aerobic Digesti on，簡稱TPAD)是20世 紀(jì) 70年代初美國戈什(Ghosh)和波蘭特(Pohland)開發(fā)的厭氧生物處理新工藝(1),并于 1977年在比利時首次應(yīng)用于生產(chǎn)。該技術(shù)與其他新型厭氧反應(yīng)器不同的是，它并不 著重于反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的改造，而是著重于工藝的變革。兩相厭氧技術(shù)的研究將促進(jìn)國內(nèi) 厭氧技術(shù)的發(fā)展，同時解決目前對高濃度有機(jī)廢水進(jìn)行厭氧生物處理時易酸化、靠稀 釋廢水的技術(shù)局面，是廢水厭氧生物處理的一個技

15、術(shù)飛躍。1兩相厭氧消化的原理傳統(tǒng)的應(yīng)用中，產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在單個反應(yīng)器中，這兩類菌群之間的平衡是脆弱的。這是由于兩種微生物在生理學(xué)、營養(yǎng)需求、生長速度及對周圍環(huán)境的 敏感程度等方面存在較大的差異。在傳統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用中所遇到的穩(wěn)定性和控制問題迫使 研究人員尋找新的解決途徑。一般情況下，產(chǎn)甲烷階段是整個厭氧消化的控制階段。為了使厭氧消化過程 完整的進(jìn)行就必須首先滿足產(chǎn)甲烷相細(xì)菌的生長條件，如維持一定的溫度、增加 反應(yīng) 時間，特別是對難降解或有毒廢水需要長時間的馴化才能適應(yīng)。二相厭氧消化工藝把酸化和甲烷化兩個階段分離在兩個串聯(lián)反應(yīng)器中，使產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌各自在最佳環(huán)境條件下生長，這樣不僅有利于充分發(fā)揮其

16、各自的活性，而且提高了處理效果，達(dá)到了提高容積負(fù)荷率，減少反應(yīng)容積，增加運行穩(wěn)定性的目的。從生 物化學(xué)角度看，產(chǎn)酸相主要包括水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段，產(chǎn)甲烷相主 要進(jìn)行產(chǎn) 甲烷階段。從微生物學(xué)角度，產(chǎn)酸相一般僅存在產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌，而產(chǎn)甲烷相不但存在產(chǎn)甲烷細(xì)菌，且不同程度存在產(chǎn)酸發(fā)酵細(xì)菌(2)。2相分離的優(yōu)勢及方法相分離的實現(xiàn)，對于整個處理工藝來說主要可以帶來以下兩個方面的好處：1) 可以提高產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器中產(chǎn)甲烷菌的活性；2)可以提高整個處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和處理效果。厭氧消化過程中產(chǎn)生的氫不僅能調(diào)節(jié)中間代謝產(chǎn)物的形成，也能調(diào)節(jié)中間產(chǎn)物的進(jìn)步降解。兩相厭氧生物處理系統(tǒng)本質(zhì)的特征是相的分離，這也是研

17、究和應(yīng)用兩相厭氧生物處理工藝的第一步。一般來說，所有相分離 的 方法都是根據(jù)兩大類菌群的生理生化特征差異來實現(xiàn)的。目前主要的相分離的技術(shù) 可以分為物理化學(xué)法和動力學(xué)控制法。管運濤等采用傳統(tǒng)兩相厭氧工藝與膜分離技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)(MBS)處理有 機(jī)廢水的研究結(jié)果表明：系統(tǒng)COD去除率達(dá)到95%，SS去除率在92 %以上，酸化 率為60%80%，氣化率在80%90%左右，產(chǎn)酸反應(yīng)器出水酸化水平高，低分子有 機(jī)酸含量高，使兩相工藝分相較為完全。隨后，應(yīng)用該系統(tǒng)于處理造紙廢水的研究。洗萍等采用兩段UASB厭氧反應(yīng)器為主體的工藝處理木薯淀粉廢水，在溫 度為20 C左右，進(jìn)水為C0Dcr6000-8000m

18、g/L反應(yīng)條件下二次啟動。經(jīng)過33d的運 行，兩段厭氧處理CODcr去除率累計達(dá)85%以上，出水CODcr為400800mg/L。試 驗結(jié)果表明，甲烷段是整個反應(yīng)器啟動的控制階段，只要控制好各反應(yīng)器的運行參 數(shù)，便能很好達(dá)到兩相分離的目的。樊國鋒等以蔗糖為基質(zhì)，采用連續(xù)進(jìn)水的方式，研究兩相UASB反應(yīng)器的相 分離。結(jié)果表明，控制酸化相pH值為5.50-6.00，可得到滿意的相分離效果。運行 80d后，酸化相顆粒污泥直徑為2-8mm，污泥濃度為73.61 kg/m 3，COD去除的產(chǎn) 氣率740.0ml/g，COD容積負(fù)荷為20.82kg/(m 3 d)；產(chǎn)甲烷相顆粒污泥 直徑為 1-3mm，污

19、泥濃度為53.73kg/m 3，COD去除的產(chǎn)氣率614.4ml/g，COD的容積負(fù)荷為 19.91 kg/(m 3 d)。兩相UASB反應(yīng)器的COD總?cè)コ蔬_(dá)93.3%，COD容積負(fù)荷為 20.82kg/(m 3 d)。Beccari M等在產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相中，基于不同水力停留時間和污泥齡的動力 學(xué)控制法，在不添加任何化學(xué)抑制劑的情況下，實現(xiàn)了部分相的分離。產(chǎn)酸相中主 要為產(chǎn)酸菌以及少數(shù)的氫營養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌。同時，產(chǎn)甲烷相中同時進(jìn)行酸化和甲烷化過程。3影響因素和評價指標(biāo)3.1影響因素(1) 溫度厭氧降解過程受溫度影響較大，厭氧降解的溫度可以分為低溫(020 °C)、中溫(20-42 C

20、)和高溫(4275 C)。在中溫范圍，35 C以下每降低10 C，細(xì) 菌的活性 和生長速率就減少一半。溫度對產(chǎn)酸過程的影響不是很大，對產(chǎn)甲烷過程則影響 較大。高濃度廢水或污泥的厭氧處理通常采用中溫或高溫范圍。兩相厭氧降解過程的每個階段也可采用中溫或高溫范圍。根據(jù)厭氧消化的溫度范圍， 兩相厭氧消化的溫度有咼溫一咼溫系統(tǒng)、中溫一中溫系統(tǒng)心、咼溫一中溫系統(tǒng) IE和中溫一高溫系統(tǒng)。(2) pH 值產(chǎn)甲烷菌的最適宜pH范圍是6.87.2，而產(chǎn)酸菌則需要偏低一點的pH。傳統(tǒng)厭 氧系統(tǒng)通常維持一定的pH，使其不限制產(chǎn)甲烷菌生長，并阻止產(chǎn)酸菌(可弓I起VFA 累積)占優(yōu)勢，因此必須使反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物能夠提供足

21、夠的緩沖能力來中和任何可 能的VFA累積，這樣就防止了在傳統(tǒng)厭氧消化過程中局部酸化區(qū)域的形成。而在兩 相厭氧系統(tǒng)中，兩相分別采用不同的pH，以便使產(chǎn)酸過程和產(chǎn)甲烷過程分別在最佳的條件下進(jìn)行，pH的控制對產(chǎn)甲烷階段尤為重要。(3) HRT最大去除效率經(jīng)常是通過操作保證產(chǎn)酸段短的水力停留時間 (HRT)從而防 止產(chǎn)甲烷菌的生長來實現(xiàn)的。這個過程主要是通過調(diào)整水力停留時間來實現(xiàn)的，而不 是微生物的量"6。(4) 硫酸鹽胸當(dāng)進(jìn)水中含有較高濃度的硫酸鹽時，在厭氧條件下硫酸鹽會對厭氧細(xì)菌特別 是 產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制作用。主要是硫酸鹽還原菌(sulphate reduci ngbacteria

22、,簡記SRB)和產(chǎn)甲烷菌存在明顯的基質(zhì)競爭，而動力學(xué)分析表明，硫 酸鹽 還原作用更容易進(jìn)行。另一方面，硫酸鹽的還原底物H2S對產(chǎn)甲烷有毒害作用。SRB對環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)于產(chǎn)甲烷菌，產(chǎn)酸相中SRB含量比產(chǎn)甲烷菌高2-3 個數(shù)量級，用兩相厭氧消化工藝處理含硫酸鹽廢水時，在產(chǎn)酸相中控制適宜的條件促進(jìn)SRB的生長，強(qiáng)化硫酸鹽還原作用，盡可能去除硫酸鹽，可減輕對下一 階段產(chǎn)甲烷菌的抑制作用，使SRB和產(chǎn)甲烷菌都能發(fā)揮很好的活性。(5) 難降解有機(jī)物Komatsu等人研究了脂類物質(zhì)對兩相厭氧系統(tǒng)的抑制作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脂 類可以在一個兩相厭氧濾池系統(tǒng)得到滿意的降解，而在單相系統(tǒng)中其降解就相對較 差。(6 )

23、毒性物質(zhì)Leighton等人研究了進(jìn)水中銅、鋅、銀、鉛4中不同的重金屬離子對兩相 厭氧消化工藝的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)酸相污泥對鋅和鐮沒有很好的吸附作用，而對 鉛的吸附很好，銅則適中。同時發(fā)現(xiàn)，相的分離并沒有對產(chǎn)甲烷 UASB反應(yīng)器 提供任何保護(hù)作用。所有的金屬離子都會引起 COD去除率明顯下降，而在停止 重金屬的加入后，又會立即恢復(fù)。四種金屬中，鐮和鉛影響較大 12,皿。除了以上因素，其他的參數(shù)也應(yīng)該考慮，主要有進(jìn)水底物濃度、有機(jī)負(fù)荷率（organic loading rate，簡記OLR）、循環(huán)（recycle ）、污泥停留時間和營養(yǎng)需求等。兩相厭氧消化過程是個多種微生物群系參與的復(fù)雜的生物反應(yīng)

24、系統(tǒng)，郭養(yǎng)浩（1997）對兩相厭氧消化系統(tǒng)中影響反應(yīng)器內(nèi)微生物群系的生態(tài)平衡、微生物 本征 活性和反應(yīng)器宏觀行為的主要因素進(jìn)行了分類（見表2）和綜合討論。表2兩相厭氧消化過程參數(shù)分類影響反應(yīng)器內(nèi)微生物生態(tài)平衡的參數(shù)影響微生物本征活性的參數(shù)影響反應(yīng)器宏觀行 為的參數(shù)!料組成（底物可利用性，抑制物質(zhì)的存在）蕓料組成（底 物降解難易 程度，可利用性，抑制物質(zhì)的存在）酸化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與體積左料堿度（維持甲烷菌適宜的pH條件）進(jìn)料濃度甲烷化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與體積 酸化器出料的酸化率（防止甲烷化反應(yīng)器酸化，維持甲烷化反應(yīng)器內(nèi)生態(tài)平 衡）進(jìn) 料堿度進(jìn)料布水均勻性虧泥來源（微生物群系）操作溫度操作負(fù)荷（容積負(fù)荷）回流

25、比（有害物質(zhì)的積累）床層線速（外擴(kuò)散阻力）酸化反應(yīng)器出料的酸化率（提供甲烷化反應(yīng)器適宜的進(jìn)料組成）回流比（物料返混，床層穩(wěn)定性） 操作溫度（物料粘度，顆粒內(nèi)分子擴(kuò)散 速度）注：參數(shù)屬性：毗理對象特性；反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)；反應(yīng)器操作參數(shù)3.2評價指標(biāo)（1 ）酸化程度的衡量指標(biāo)表示水解酸化過程酸化程度的最主要參數(shù)是一些短鏈有機(jī)酸的濃度，即揮發(fā) 性脂肪酸（VFA）的濃度，通過測定進(jìn)入和流出反應(yīng)器的VFA濃度的變化可以判斷 反應(yīng)進(jìn)行的情況。通常將不同的酸折算成COD當(dāng)量值，以酸化率（acidification ）來衡量有機(jī)物的酸化程度。在水解酸化反應(yīng)器，在沒有甲烷產(chǎn)生 下，進(jìn)水的有機(jī)物質(zhì)被降解為VFA和其

26、他次要的發(fā)酵產(chǎn)物。在該情況下，酸化率等 于出水VFA的COD當(dāng)量和進(jìn)水VFA的COD當(dāng)量差與進(jìn)水COD的比值，也就是酸 化度（acidification degree、簡寫 AD） （6）。式中，出水揮發(fā)酸濃度（以醛醋酸計5 mg/L）；回斜進(jìn)水揮發(fā)酸濃度（以醋酸計，mg/L ）；冋珊進(jìn)水COD （ mg/L ）；吐VFA的COD當(dāng)量系數(shù)，見表3。（2）消化效率的評價參數(shù)Jeyaseelan S.和Matsuo T.在研究厭氧消化過程中相分離對不同底物降解的影 響時，提出如果處理效率（treatment efficiency ）建立在厭氧消化系統(tǒng)實際出水濃度 基礎(chǔ)上，不能反映處理效率。同時，積

27、累的生物量沒有考慮，以及出水中需要進(jìn)一步 處理的生物污泥。因此，采用甲烷產(chǎn)量評價消化效率（digest! onefficiency，簡記DE），甲烷的體積為標(biāo)準(zhǔn)溫度和氣壓下，評價采用的理論COD當(dāng) 量為O35m3/kgCOD。通過測定氣體的產(chǎn)量和成分，甲烷的體積就可以得出仮。橄欖油廢水(OME ) 如屬季節(jié)性排放、地區(qū)分散性高濃度有機(jī)廢水，且含有 難生物降解或產(chǎn)甲烷抑制性底物：脂類、多酚及不飽和長鏈脂肪酸(LCFAs )。Beccari M 等12"采用部分相分離的兩相系統(tǒng)(tworeactor system with partial phase separation )處理該種廢水

28、。在產(chǎn)酸相中得到不飽和LCFAs到棕稠酸近乎定量的生物轉(zhuǎn)化，因此大大降低了產(chǎn)甲烷相中脂類對產(chǎn)甲烷菌的抑制作用。 并 認(rèn)為部分相分離的兩相系統(tǒng)可以應(yīng)用于含脂類廢水的厭氧處理。(4)適合處理有毒性的工業(yè)廢水，許多工業(yè)有機(jī)廢水中含有濃度較高的硫 酸 鹽、苯甲酸、氧、酚等成分，由于產(chǎn)酸菌能改變毒物的結(jié)構(gòu)或?qū)⑵浞纸?，使毒性減弱 甚至消失，故能有效地消除毒物對產(chǎn)甲烷菌的抑制作用 -如。(5 )處理固體含量很高的農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物或城市有機(jī)垃圾等。兩相厭氧消 化系統(tǒng)的應(yīng)用，主要用于沼氣的制?。何鬯Ｓ辔勰嗟奶幹?、城市固體廢物處理、工 業(yè)廢物及泥漿、橄欖廠固體廢物及橄欖果渣、食品廢物及失效茶葉等的處理冬29O(6

29、) 兩相厭氧技術(shù)處理城市生活污水的的可行性研究。Arsov R.等研究 了兩相厭氧硝化技術(shù)在環(huán)境溫度下處理城市污水的可行性研究。 試驗證實，不完 全分相是產(chǎn)甲烷菌的顆?；⑽⑸锘钚蕴岣叩闹匾蛩?。此外，合適的水力攪拌(70rpm )、可迅速生物降解的有機(jī)底物也是形成顆粒污泥的重要因素。由于厭氧 處理不能去除營養(yǎng)物質(zhì)(N、P)，后續(xù)處理可以通過濕地處理達(dá)標(biāo)排放。研究指 出，該技術(shù)具有技術(shù)及經(jīng)濟(jì)潛力，尤其適用于熱帶或溫帶地區(qū)、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)國家，在 不久的將來得到普及。7兩相厭氧生物處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀兩相厭氧生物處理技術(shù)的研究，早期主要集中在應(yīng)用動力學(xué)控制法實現(xiàn)相分離 方面，所以采用的試驗裝置多為完

30、全混合反應(yīng)器。20世紀(jì)80年代，從產(chǎn)甲烷階段為限速步驟出發(fā)，從微生物、動力學(xué)角度開展研究，尋求系統(tǒng)高效處理的條件30-321。從國內(nèi)外的兩相厭氧系統(tǒng)研究采用的工藝 形式看，主要有兩種：一種是兩相均采用UASB反應(yīng)器，一種是產(chǎn)酸相為接觸式反應(yīng)器，產(chǎn)甲烷相采用UASB反應(yīng)器。任南琪和王寶貞(1994)r331開發(fā)的CSTR-IC兩相厭氧生物處理工藝，通過控制水力停留時間或有機(jī)負(fù)荷能夠成功地實現(xiàn)相分離。20世紀(jì)90年代，產(chǎn)酸相的研究工作集中在對末端發(fā)酵產(chǎn)物的分析，其主要目 的是探討產(chǎn)酸相的末端產(chǎn)物對產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器運行特性的影響，研究產(chǎn)甲烷相的運 行穩(wěn)定性。任南琪等33341在研究中發(fā)現(xiàn)了一種新型發(fā)酵

31、類型一一乙醇型發(fā) 酵，研究結(jié)果顯示，在正常厭氧條件下的oRP(-400-150mV )范圍內(nèi)，pH4.04.5 往往發(fā)生乙醇型發(fā)酵；PH4.55.0常發(fā)生丁酸型發(fā)酵，但也可發(fā)生乙醇型發(fā)酵； PH5.0左右時，發(fā)生混合酸型發(fā)酵；pH5.5左右發(fā)生丙酸型發(fā)酵；pH6.0以上往往發(fā) 生丁酸型發(fā)酵。近年來，隨著對兩相厭氧消化概念和厭氧降解機(jī)理的進(jìn)一步理解，隨著各種新型厭氧反應(yīng)器的出現(xiàn)，如何針對不同的水質(zhì)(如含硫酸鹽有機(jī)廢水35)并結(jié)合各種新型高效厭氧反應(yīng)器的特點進(jìn)行產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的組合才能達(dá)到更好的處理 效果成為新的研究方向33。郭養(yǎng)浩等36】研究填充床酸化反應(yīng)器及其與UASB甲烷化反應(yīng)器組成的兩相

32、 厭 氧消化系統(tǒng)的運行特性。填充床酸化反應(yīng)器啟動方便，酸化速率高、抗水力沖擊和 pH波動的能力強(qiáng)、COD容積負(fù)荷達(dá)200kg/(m3d)。采用預(yù)調(diào)堿工藝，兩相消化系統(tǒng) 運行正常，可高效地處理釀酒廢水。在進(jìn)料COD濃度10007000mg/L、COD 負(fù)荷 40kg/(m 3 d)時，出料 COD 濃度小于 200mg/L，對 抗生素生產(chǎn)廢水也有較好的處理效果。周雪飛和任南琪等37開發(fā)研制的CUBF 一體化兩相厭氧反應(yīng)器，特別適用于 高濃度難降解有機(jī)廢水的處理。祁佩時等1381采用一體化兩相厭氧反應(yīng)器處理 抗生素 廢水，當(dāng)最大進(jìn)水COD達(dá)到26347mg/L，最大容積負(fù)荷達(dá)到8.54kgCOD/

33、(m 3 d); SO/絕對值濃度為1325mg/L , COD/SO 4牡匕值最低達(dá)到3時，反應(yīng)器對各種抑制 物質(zhì)和沖擊負(fù)荷均表現(xiàn)出很好的適應(yīng)性。Wang JingYuan等391采用改良的兩相厭氧消化及淹沒式曝氣生物過濾器復(fù)合系統(tǒng)處理食品固廢中氨 的去除，并得到較高的沼氣產(chǎn)量和甲烷含量。國外方面，Arsov R.等401采用兩相厭氧技術(shù)處理生活污水，研究發(fā)現(xiàn)兩相均 遵循Monod動力學(xué)，通過控制酸相適當(dāng)?shù)乃l件和甲烷相顆粒污泥的形成，達(dá)到 很高的厭氧污泥活性。并討論了生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及在沿海區(qū)域?qū)嵺`應(yīng)用的可 行性。Baloch M丄提出顆粒床折流板反應(yīng)器(GRABBR )作為單獨

34、操作的兩相厭 氧系統(tǒng)的選擇性工藝。Von Sachs J urgen等42幵發(fā)了控制兩相厭氧中產(chǎn)甲烷相的控制系統(tǒng)，用于兩相厭氧處理抑制性廢水的檢測和控制。系統(tǒng)基于產(chǎn)甲烷相進(jìn)水VFA (可以計算出理論甲烷氣產(chǎn)量)和實際甲烷產(chǎn)量，通過控制產(chǎn)甲 烷相進(jìn)水來調(diào)節(jié)兩相系統(tǒng)。Kraemer Jeremy T.等用出水回流式兩相厭氧反應(yīng)器 發(fā)酵制氫，試驗發(fā)現(xiàn)：出水循環(huán)可以降低因控制pH值所需要的40 %的堿度，要得到較高的H2產(chǎn)量，采用高濃度廢水更有挑戰(zhàn)性，并且采用膜過濾回流 水，可以防止耗氫微生物進(jìn)入。Isa M. Hasnain等；441在采用兩相厭氧系統(tǒng)研究鈕酸鹽（MoCU2-）是否可以作為厭氧反應(yīng)器

35、中硫酸鹽降解菌的抑制劑時，發(fā)現(xiàn)鉗 酸鹽對硫酸鹽的降解及甲烷的產(chǎn)量均有影響，而且VFA的主要成分由乙酸變?yōu)槎∷?。進(jìn)一步研究顯示，一旦停止鈕酸鹽的投加，SRB可以完全恢復(fù)，產(chǎn)甲烷菌（MPB）卻不能。從而得到結(jié)論：鉗酸鹽對SRB是抑制性的，對MPB是殺 滅性的，產(chǎn)酸菌最先適應(yīng)鉗酸鹽。Guerrero L.等采用連續(xù)攪拌反應(yīng)器研究富含有機(jī)懸浮固體及蛋白質(zhì)的廢水的 厭氧水解和酸化。試驗廢水取自魚肉加工廠（30120gCOD/L，540gVSS/L，蛋白 質(zhì)1030g/L），首先研究了攪拌對生物降解能力的影響，在此基礎(chǔ)上，對水解酸化 階段在溫度和pH值方面進(jìn)行了優(yōu)化。在不添加任何營養(yǎng)物質(zhì)、pH727.7、

36、OLR 為 400kgCOD/ （m 彳 d）、HRT24h、55 C 的條件下，獲得 最大酸化效率（acidification efficiency ） 44%，VSS去除率58%，蛋白質(zhì)去除率 80%。即便在很短的停留時間下，絕大多數(shù)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為VFA和氨。因此，在兩種情況下（55 C和37 C）反應(yīng)器中總氨的含量是相當(dāng)高的（15-17gTN/L ）， 這表明很高的自由氨的濃度（高達(dá)0.66gN/L在37C, 1.64gN/L在55C）,這 個差異 主要是由于溫度對電離平衡的影響引起的。盡管在55 C下處理效率高，但是研究者更推薦中溫（37C）作為兩相厭氧處理處理該廢水的條件，因為高 溫下

37、 自由氨的毒性將阻礙產(chǎn)甲烷反應(yīng)器的穩(wěn)定運行。同時，對兩相厭氧反應(yīng)器動力學(xué)模型方面的研究也不少。Borja R.等45在試 驗水平研究橄欖廠固體廢物兩相厭氧消化動力學(xué)， Blumensaat F.等46采用國際 水協(xié)（IWA ）厭氧消化1號模型模擬兩相厭氧消化過程。但由于厭氧消化過程的復(fù) 雜性，針對兩相厭氧反應(yīng)器模型的研究僅僅處于初始階段。此外，隨著現(xiàn)代環(huán)境微生物學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)分析方法逐漸應(yīng)用于廢水處 理。針對兩相厭氧微生物群落的研究將成為新的研究領(lǐng)域-49】。8兩相厭氧技術(shù)展望眾多實踐經(jīng)驗證實，兩相厭氧處理工藝是可以推廣應(yīng)用的，但對各廢水的運 行經(jīng)驗卻不足，因此仍有許多工作要做。此外，基于

38、兩相厭氧工藝基礎(chǔ)上的脫氮、脫 硫改進(jìn)工藝的研究、針對產(chǎn)酸相以及兩相厭氧動力學(xué)的研究也將成為今后研究新方 向。任南琪等已經(jīng)開始研究產(chǎn)酸相生物制氫，并有所進(jìn)展，該技術(shù)的解決將大大緩解當(dāng)前的能源短缺的現(xiàn)狀。參考文獻(xiàn)1 Pohla nd FG, Ghosh S. Developme nt in an aerobic stabilizati on of orga nic wastes. The two phase con cept. En vir on Lett, Vol: 1, Issue: 4, 1971, p 255-66.2 呂炳南，陳志強(qiáng)主編污水生物處理新技術(shù)哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版 社，2

39、005.3 管運濤，蔣展鵬，祝萬鵬，陳中潁等兩相厭氧膜生物系統(tǒng)處理有機(jī)廢水的 研究環(huán)境科學(xué)，1998.19(6):56-59.4 Li Don g-Wei, Li Wei-Mi n, Zhang Xia n-Xia n. Engin eeri ng desig n of Chin ese traditi on medic ine waste water treatme nt. Chongqing Jia n zhu Daxue Xuebao/Journal of Chongqing Jianzhu University, Vol: 27, Issue: 5, October, 2005, p

40、87-90.5 洗萍，潘正現(xiàn)，鐘莉瑩兩相UASB反應(yīng)器處理木薯淀粉廢水的啟動運 行特性 研究上海環(huán)境科學(xué)2005.24:156-159.樊國鋒，趙穎，王萍兩相UASB反應(yīng)器相分離華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2001.22(4):432-436.7 Guerrero L., Omil F., Men dez R., Lema J.M. An aerobic hydrolysis and acidoge nesis of waste waters from food in dustries with high conte nt of orga nic solids and prote in. Water Research, Vol: 33, Issue: 15, Janu ary, 1999, p 3281 3290.8 Talarposhti A.Mahdavi, Donnelly T., Ande