兩相厭氧工藝的研究進(jìn)展

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)甲烷菌在單相反響器內(nèi)完成厭氧消化的全過(guò)程，由于二菌種的特性有較大的差異,對(duì)環(huán)境條件的要求不同,無(wú)法使二者都處于最正確的生理狀態(tài),影響了反響器的效率。1971年Ghsh和Pland提出了兩相厭氧生物處理工藝[1]，它的本質(zhì)特征是實(shí)現(xiàn)了生物相的別離，即通過(guò)調(diào)控產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相反響器的運(yùn)行控制參數(shù)，使產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相成為兩個(gè)獨(dú)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)酵微生物的最正確生態(tài)條件，實(shí)現(xiàn)完好的厭氧發(fā)酵過(guò)程，從而大幅度進(jìn)步廢水處理才能和反響器的運(yùn)行穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：兩相厭氧研究進(jìn)展傳統(tǒng)的厭氧消化工藝中,產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在單相反響器內(nèi)完成厭氧消化的全過(guò)程，由于二菌種的特性有較大的差異,對(duì)環(huán)境條件的要求不同,無(wú)法使二者都處于最正確的生理狀態(tài),影響了反響器的效率。1971年Ghsh和Pland提出了兩相厭氧生物處理工藝[1]，它的本質(zhì)特征是實(shí)現(xiàn)了生物相的別離，即通過(guò)調(diào)控產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相反響器的運(yùn)行控制參數(shù)，使產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相成為兩個(gè)獨(dú)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)酵微生物的最正確生態(tài)條件，實(shí)現(xiàn)完好的厭氧發(fā)酵過(guò)程，從而大幅度進(jìn)步廢水處理才能和反響器的運(yùn)行穩(wěn)定性。1兩相厭氧消化的特點(diǎn)(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(gè)反響器內(nèi)，并為它們提供了最正確的生長(zhǎng)和代謝條件,使它們可以發(fā)揮各自最大的活性,較單相厭氧消化工藝的處理才能和效率大大進(jìn)步[2]。Yeh對(duì)兩相厭氧消化工藝和單相厭氧消化工藝進(jìn)展了比照實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果說(shuō)明：兩相厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷率為0.1683H4/(KgDr?d),明顯高于單相厭氧消化系統(tǒng)的產(chǎn)甲烷率0.0553H4/(KgDr?d)[3]。(2)反響器的分工明確,產(chǎn)酸反響器對(duì)污水進(jìn)展預(yù)處理,不僅為產(chǎn)甲烷反響器提供了更適宜的基質(zhì),還可以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)物的構(gòu)造,減少對(duì)產(chǎn)甲烷菌的毒害作用和影響,增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。(3)產(chǎn)酸相的有機(jī)負(fù)荷率高,緩沖才能較強(qiáng),因此沖擊負(fù)荷造成的酸積累不會(huì)對(duì)產(chǎn)酸相有明顯的影響,也不會(huì)對(duì)后續(xù)的產(chǎn)甲烷相造成危害,進(jìn)步了系統(tǒng)的抗沖擊才能。(4)產(chǎn)酸菌的世代時(shí)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[4,5],產(chǎn)酸反響器的體積總是小于產(chǎn)甲烷反響器的體積。(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反響器類(lèi)型從國(guó)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(lèi)型的反響器,如UASB反響器,UBF反響器,ASBR反響器,其中UASB反響器較常用。第二種是稱(chēng)作Andek的工藝，其特點(diǎn)是產(chǎn)酸相為接觸式反響器〔即完全式反響器后設(shè)沉淀池，同時(shí)進(jìn)展污泥回流〕，產(chǎn)甲烷相那么采用其它類(lèi)型的反響器[6]。王子波、封克、張鍵采用兩相UASB反響器處理含高濃度硫酸鹽黑液,酸化相為8.87L的普通升流式反響器,甲烷相為28.75L的UASB反響器,系統(tǒng)溫度(35±1)℃。當(dāng)酸化相進(jìn)水D為(6.771～11.057)g/L,S42-為(5.648～8.669)g/L,pH值為5.5時(shí),整個(gè)系統(tǒng)D去除率平均值為74.42%，系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷的沖擊有較強(qiáng)的耐受才能[7]。SHI-YILUN等采用兩相UASB處理葡萄糖配水，LR可到達(dá)54gD/〔L·d〕，H4占沼氣的90%，D去除率為85%[8]。張振家、王太平、谷成采用兩相UASB反響器處理糖蜜酒精糟液，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：系統(tǒng)對(duì)廢水中有機(jī)物及硫酸鹽均有良好的去除效果，酸化反響器對(duì)S42-去除率到達(dá)70%以上[9]。胡鋒平在常溫25℃采用兩相UBF反響器對(duì)養(yǎng)雞場(chǎng)離心廢水進(jìn)展處理,結(jié)果說(shuō)明:進(jìn)水Dr為18300g/L,系統(tǒng)容積負(fù)荷17.26kgD/〔3·d〕,水力停留時(shí)間25.47h,Dr去除率為76.13%,BD5去除率為87.76%,產(chǎn)氣率為0.4103/kgDr[10]。H．Buallagui等采用兩相ASBR反響器處理果蔬廢水〔FV〕，D去除率達(dá)96%，出水D小于1500g/L，可溶性SD小于400g/L，產(chǎn)烷產(chǎn)率為每320L/KgD[11]。孫劍輝、倪利曉采用的工藝為Andek，他們將鐵屑為填料的UBF反響器作酸化相、以UASB反響器作甲烷相，處理Zn5-ASA醫(yī)藥廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明:此系統(tǒng)在UBF與USAB的HRT分別控制在5.95h和11.43h時(shí),UBF與UASB的LR(以D計(jì))分別高達(dá)58.44和17.01kg/(3·d),對(duì)SD和BD5的總?cè)コ史謩e達(dá)90%和95%左右,具有系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)[12]。2．2相別離的方法〔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(lái)抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生長(zhǎng)，或向產(chǎn)酸反響器中供應(yīng)一定量的氧氣，調(diào)整反響器內(nèi)的氧化復(fù)原電位，利用產(chǎn)甲烷菌對(duì)溶解氧和氧化復(fù)原電位比擬敏感的特點(diǎn)來(lái)抑制其在產(chǎn)酸相反響器中生長(zhǎng)；或?qū)a(chǎn)酸反響器pH調(diào)在較低程度〔5.5-6.5之間〕，利用甲烷要求中性偏堿的的條件來(lái)保證產(chǎn)酸菌在產(chǎn)酸反響器占主導(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)甲烷反響器，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相別離。(2)動(dòng)力學(xué)控制法產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌在生長(zhǎng)速率上存在很大的差異[13]，產(chǎn)酸菌的生長(zhǎng)速率快，其世代時(shí)間短，一般在10~30in，而產(chǎn)甲烷菌的世代時(shí)間在4~6d，因此控制反響的水力停留時(shí)間在一個(gè)較短的范圍內(nèi)，可以使產(chǎn)甲烷菌來(lái)不及在產(chǎn)酸相反響器停留就被水流帶入產(chǎn)甲烷反響器。通過(guò)動(dòng)力參數(shù)(如有機(jī)負(fù)荷率、停留時(shí)間等)[14]的調(diào)控實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的有效別離。實(shí)驗(yàn)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(lái)，這樣使較低的pH對(duì)產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生一定的抑制性，同時(shí)該反響器的HRT很短，相應(yīng)的SRT也較短，使得世代時(shí)間較長(zhǎng)的甲烷菌難以在其中生長(zhǎng)起來(lái)。3兩相厭氧工藝的開(kāi)展方向〔1〕針對(duì)不同的水質(zhì)并結(jié)合各種新型高效厭氧反響器的特點(diǎn)進(jìn)展產(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)[15]中所用的產(chǎn)酸反響器就是一種專(zhuān)利產(chǎn)品,處理效果很好;文獻(xiàn)[16]中用填充床酸化反響器+UASB甲烷化反響器有效地處理了啤酒廢水和抗生素廢水;針對(duì)水解反響器HUSB和顆粒污泥膨脹床EGSB優(yōu)缺點(diǎn)的互補(bǔ),文獻(xiàn)[17]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?！?〕溫度兩相厭氧工藝[1]，是最近IA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(gè)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才能強(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(shì)。KAISER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(gè)高溫厭氧生物濾池和一個(gè)中溫厭氧濾池串聯(lián)而成，可以形成一個(gè)具有兩個(gè)溫度段和兩相的厭氧生物處理系統(tǒng)。在一樣的HRT和有機(jī)負(fù)荷下溫度兩相系統(tǒng)的運(yùn)行效果要比單級(jí)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?！?〕一體化兩相厭氧反響器的研究也是兩相厭氧反響器的一個(gè)研究方向，通過(guò)反響器內(nèi)部構(gòu)造的精細(xì)設(shè)計(jì)，在同一反響器內(nèi)形成產(chǎn)酸相、產(chǎn)甲烷相的合理搭配，在實(shí)現(xiàn)兩相別離，消除二者之間制約作用的根底上，增強(qiáng)二者之間的互補(bǔ)、協(xié)同作用。反響器一體化的設(shè)計(jì)使得設(shè)備投資減少，節(jié)省工程占地。4結(jié)語(yǔ)兩相厭氧消化工藝為產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌提供了最正確的生理環(huán)境[18],發(fā)揮了它們各自最大的活性,因此具有比單相厭氧消化工藝更高的處理才能和處理效率,有深化研究和推廣應(yīng)用的價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]任南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