两相厌氧处理工艺的与应用

两相厌氧处理工艺的研究与应用摘要：利用各种高效反应器对现有的单相厌氧处理系统进行改造，以提高其稳定性，获得比现有单相系统更大的负荷和更高的效率。文章对废水两相厌氧处理工艺的研究和应用作了综述，概括了两相厌氧处理酒厂废水、垃圾填埋场渗滤液、乳品废水、牛奶厂废水、制浆造纸废水等的应用情况，对反应器型式、环境和操作条件及两相厌氧处理工艺与其他厌氧反应器处理废水效果进行了总结和比较。关键字：两相厌氧酸化甲烷化废水有机物的厌厌氧降解，在在宏观上和工工程上可以简简化地分为产产酸和产甲烷烷两个阶段。两两个阶段在细细菌种类、消消化速率、环环境要求、降降解过程和产产物等方面均均有所不同。在在一个反应器器内要保持这这两大类微生生物的成活，并并有旺盛的生生理功能活动动、协调发展展，对反应器器的维护管理理是比较困难难的。Pohlaand［1］于1971年首次提出出了两相厌氧氧消化的概念念，即把厌氧氧的两个阶段段分别在两个个独立的反应应器内进行，分分别创造各自自最佳的环境境条件，培养养两类不同的的微生物，并并将这两个反反应器串联起起来，形成两两相厌氧工艺艺系统。两相厌氧工工艺系统能够够承受较高的的负荷率，反反应器容积较较小，运行稳稳定，日益受受到人们的重重视。废水采采用两相厌氧氧处理的前景景十分可观，可可以利用各种种高效反应器器设备对现有有的处理系统统进行改造，提提高其稳定性性，可获得比比现有单相厌厌氧处理系统统更高的负荷荷率和效率。1两相厌氧处理理工艺的研究究与应用1.1研研究与应用情情况两相厌氧工工艺可用于处处理多种废水水，如：酒厂厂废水、垃圾圾渗滤液、大大豆加工废水水、酵母发酵酵废水、乳清清废水、牛奶奶工业废水、淀淀粉废水、制制浆造纸废水水、染料废水水等。表1列出了部分分两相厌氧工工艺研究和应应用的运行数数据。表1部分两相相厌氧工艺研研究和应用运运行数据处理对象产酸相反应器产甲烷相反应器器有机负荷率/((kgCODD·m-3·d-1)COD(BODD)去除率/%参考文献酒厂废水上流式厌氧污泥泥床上流式厌氧污泥泥床酸相16.55甲烷相44.0080[2]制浆造纸废水上流式厌氧污泥泥床上流式厌氧污泥泥床(36℃)1284(96)[3]牛奶废水连续搅拌池反应应器上流式厌氧滤池池590(95)[4]染料废水厌氧填充床反应应器厌氧填充床反应应器0.25～1..00脱色率90[5]大豆加工废水厌氧流化床厌氧流化床1276酵母发酵废水厌氧流化床厌氧流化床20～2270～75马铃薯淀粉厂废废水上流式厌氧滤池池(33℃)上流式厌氧污泥泥床(35℃)酸相45.00甲烷相14.0083乳清废水连续搅拌池反应应器上流式厌氧滤池池0.5～2.00(gCODD/(gMLLSS·d)))90[6]乳清加工和牛奶奶场废水预酸化反应器杂合反应器1098[7]小麦淀粉废水预酸化反应器厌氧挡板反应器器2099[8]酒精废水高温酸化高温消化4.65～200.0085[9]垃圾渗滤液中温酸化中温消化2.41～7..9890[10]合成牛奶废水高温厌氧滤池（56℃）中温厌氧滤池（35℃）2.0～16..090～97[11]1.2反反应器型式两相厌氧降降解的产酸过过程和产甲烷烷过程分别在在两个独立的的反应器内进进行。为了分分别提高两个个阶段的效率率，这两个阶阶段可以应用用各种高效厌厌氧反应器，如如：上流式厌厌氧污泥床（UASB）－UASB系统[2，3]、连续搅搅拌池反应器器（CSTR）－上流式式厌氧滤池（UAF）系统[4，6]、CSTR－厌氧填充充床反应器（APBR）系统、APBR－APBR系统[5]、厌氧氧流化床(AFBRR)－AFBR系统、UAF－UASB系统等。1.3环环境和操作条条件厌氧消化过过程受环境和和操作条件的的影响比较大大。两相厌氧氧工艺能使产产酸过程和产产甲烷过程均均处于最佳的的环境条件和和操作条件。两两相厌氧降解解的每个阶段段不仅仅只是是采用不同的的反应器型式式，而且还可可应用不同的的温度、pH、水力停留留时间、有机机物负荷率等等，以取得最最好的结果。厌氧降解过过程受温度影影响较大，厌厌氧降解的温温度可分为低低温（0～20℃）、中温（20～42℃）和高温（42～75℃）[12]。在在中温范围，35℃以下，每降降低10℃，细菌的活活性和生长率率就减少一半半。因此，对对于预定的消消化程度，温温度越低，消消化时间越长长。温度对产产酸过程的影影响不是很大大，对产甲烷烷过程则影响响较大。高浓浓度废水或污污泥的厌氧处处理通常采用用中温或高温温范围。两相相厌氧降解过过程的每个阶阶段也可采用用中温或高温温范围。根据据厌氧消化的的温度范围，两两相厌氧消化化的温度有高高温－高温系系统[9]、中温温－中温系统统[10]、高高温－中温系系统[11]]和中温－高高温系统。pH是厌氧氧反应的重要要影响因素。产产甲烷菌的最最适宜pH范围是6.8～7.2，而产酸菌菌则需要偏酸酸一点的pH。传统厌氧氧系统通常维维持一定的pH，使其不限限制产甲烷菌菌生长，并阻阻止产酸菌（可可引起VFA累积）占优优势，因此必必须使反应器器内的反应物物能够提供足足够的缓冲能能力来中和任任何可能的VFA累积，这样样就防止了在在传统厌氧消消化过程中局局部酸化区域域的形成。而而在两相厌氧氧系统中，每每相可以用不不同的pH，以便使产产酸过程和产产甲烷过程分分别在最佳的的条件下进行行，pH的控制对产产甲烷阶段尤尤为重要。1.4两两相厌氧系统统的优化运行行两相厌氧废废水处理系统统的优化运行行是将产甲烷烷反应器的出出水再循环至至产酸反应器器[13]。系系统可以把一一个混合良好好的连续反应应器作为酸化化阶段的反应应器，以一个个流化砂床反反应器作为产产甲烷阶段的的反应器。产产酸阶段通过过自动添加苛苛性钠来控制制pH为6；产甲烷阶阶段对pH则可不加以以控制。结果果表明，引入入循环后，可可以节省碱的的投加量，从从而减少处理理成本。Shin等[2]用一一个两相UASB--UASB系统处理制制酒厂废水，在在两个反应器器的颗粒污泥泥均形成之后后，为了维持持第一阶段适适宜的pH，只须通过过产甲烷阶段段出水的循环环，而无须投投加碱性化合合物。在韩国国首都汉城附附近的Anyanny市，就有处处理食物废水水的两相厌氧氧消化池[114]，该系系统就是将甲甲烷相反应器器的出水再循循环至酸相反反应器以提供供碱度。2高浓度废水不不同处理工艺艺的效果比较较2.1屠屠宰废水屠宰废水来来自屠宰过程程的不同工序序，如：冲洗洗牲畜、放血血、剥皮、清清洗牲畜尸体体、打扫房间间等，包括血血水、皮肉颗颗粒、粪便和和其他污染物物质。屠宰废废水的典型特特征如下[115]：pH=6..8～7.8；COD=55200～114000mg/LL；TSS=5570～1690mg/L；磷=7.0～28.3mmg/L；NH3-N=19～74mgg/L；蛋白质=3250～7860mg/L。各种厌氧氧反应器处理理屠宰废水的的运行数据见见表2。表2各种厌氧氧反应器处理理屠宰废水的的运行数据反应器类型有机负荷率/((kgCODD·m-3·d-1)COD去除率//%参考文献UASB（粒状状污泥）11.085[16]UASB（絮状状污泥）5.080～89[16]UASB2.777[17]UASB7.085[18]UASB6.0～10..087～91[19]UASB1.0～6.5590[15]厌氧滤池(AFF)2.385[16]AF1.0～6.55<90[15]厌氧接触法(AAC)3.092.6[16]厌氧折（挡）板板反应器(ABR)0.9～4.7775[20]两相厌氧工艺1.4～7.0087[21]2.2乳乳清和牛奶废废水牛奶场废水水来自制造过过程、公用事事业和服务机机构，废水的的各种来源为为溅出液、废废弃液、撇乳乳、乳清，以以及冲洗奶罐罐、设备、奶奶瓶和地板的的废水。乳清清是制造奶酪酪时产生的最最难处理的高高浓度废物，它它包括一部分分牛奶蛋白质质、水溶性维维生素和无机机盐[22]]。不同类型型厌氧反应器器处理乳品加加工和牛奶场场废水的运行行数据见表3。表3各种厌氧氧反应器处理理乳清和牛奶奶废水的运行行数据反应器类型有机负荷率/((kgCODD·m-3·d-1)COD去除率//%参考文献UASB1.0～28..595～99[23]UASB7.0～9.5590～94[23]UASB1.0～6.7790～95[23]UASB31.090[24]UASB7.194[25]UASB0.9～6.0097～99[26]上流式固定膜反反应器14.095[27]下流式固定膜反反应器2.688[28]厌氧流化床(AAFBR)7.790[29]厌氧流化床(AAFBR)6.0～40..063～87[30]厌氧附着膜膨胀胀床反应器8.2～22..061～92[31]厌氧生物转盘10.276[32]添加絮凝剂半连连续式消化池池16.199[33]两相厌氧工艺10.097[34]两相厌氧工艺10.098[7]两相厌氧工艺0.97～2..8291～97[35]两相厌氧工艺5.090[4]2.3造造纸废水在制浆造造纸工业，纸纸浆的冲洗和和漂白过程产产生各种不同同性质的废水水，废水也来来自造纸机器器、苛性氯的的制造和黑液液的回收，造造纸废水含有有木质素及其其衍生物和各各类氯代有机机物。COD、抑制因素素和可生化性性的变化取决决于废水的来来源[22]]。处理制浆浆造纸废水的的各种厌氧反反应器的运行行数据的比较较见表4。表4各种厌氧氧反应器处理理制浆造纸废废水的运行数数据反应器类型废水类型有机负荷率/((kgCODD·m-3·d-1)COD(BODD)去除率/%参考文献厌氧流化床脱墨造浆0.66(m33/m3·d)50(BOD))[22]UASB脱墨造浆4040[22]UASB机械制浆4～3135～70[22]厌氧接触法(AAC)亚硫酸盐冷凝液液530～50[22]两相UASB机械制浆1284[3]3讨论与总结结由于厌氧过过程每个阶段段的菌种都有有一个与其他他阶段菌种不不同的最佳微微生物环境，在在一个单相的的厌氧消化池池或反应器中中不可能实现现最佳的厌氧氧运行效果，将将两个阶段的的菌种用于同同一个反应器器，会明显地地阻碍彼此的的效率。两相相厌氧降解过过程有其特点点，因为每相相都保持其最最适宜的pH和氧化还原原电位，使其其在较高的效效率下运行。两两相厌氧工艺艺的启动可以以在几周内完完成，而无须须几个月，并并且所需设备备尺寸至少可可以缩小1/3。两相厌氧氧工艺的优点点在于：分离离和优化了潜潜在的限速阶阶段，使水解解酸化过程和和产甲烷过程程均处于最佳佳状态；提高高了反应动力力和稳定性（控控制各阶段pH，提高反应应器抵抗冲击击负荷的稳定定性，选择生生长较快的细细菌）；酸化化阶段具有潜潜在的解毒作作用。两相厌氧工工艺还有以下下不足：分相相后原厌氧消消化微生物共共生关系被打打破；难于管管理；缺乏对对各种废水的的运行经验；；底物类型与与反应器型式式之间的关系系不确定。有有研究者认为为，从微生物物的角度来看看，厌氧消化化过程是由多多种菌群参与与的生物过程程，这些微生生物种群之间间通过代谢的的相互连贯、制制约和促进，最最终达到一定定的平衡，在在厌氧消化最最优化的条件件下不能分开开，否则不符符合最优化条条件，而两相相厌氧过程势势必会改变稳稳定的中间代代谢产物水平平，有可能对对某些特殊营营养型的细菌菌产生抑制作作用，甚至造造成热力学上上不适于中间间产物继续降降解的条件。然然而从目前的的研究结果来来看，虽然相相分离后中间间代谢产物发发生了变化，但但相的分离基基本上都是不不完全的，所所以产甲烷相相中的污泥仍仍是由多种菌菌群组成的，可可以适应变化化了的各种中中间产物，因因此相分离后后中间产物的的变化对产甲甲烷相没有不不利影响。相相反，由于产产酸相去除了了大量的氢及及某些抑制物物，可以为后后一阶段的产产甲烷菌提供供了更适宜的的底物及环境境条件，从而而使产甲烷相相中的污泥活活性得以提高高，处理效果果及运行稳定定性也相应提提高。一般情况下下，底物类型型和反应器型型式决定了某某种废水能否否适用于两相相厌氧处理，这这也得到了许许多试验的验验证。两相厌厌氧处理工艺艺是可以推广广应用的，但但对各种废水水的运行经验验却不足，因因此仍有许多多工作要做。参考文献1PohllandFG，GhoshhS.Deeveloppmentssinaanaeroobictrreatmeentprrocessses.Inn:CanaaleRP.BiiologiicalWWasteTreattment..NewYYork:Interrsciennce，1971，85～1062ShinnHS，BaeBBU，LeeJJJ，etall.Anaaerobiicdiggestioonofdistiilleryywastte-watterinna2--phaseeUASBBsysttem.Waat.Scii.Techh.，1992，25(7)：361～3713HeYYL，ZhanggAL，YangSH.AAnaeroobicttreatmmentoofkennafsttemwooodAPMMPwasstewatter.EEnviroon.Tecch.，1995，16：467～4764InceeO.Perrformaanceoofattwo-phhaseaanaeroobicddigesttionssystemmwhenntreaatingdairyywasteeeaterr.Wat..Res.，1998，32：2707～27135TalaarposhhtiAMM，DonneellyTT，AnderrsonGGK.Coolourremovvalfrromasimullateddyewaastewaateruusingatwoo-phasseanaaerobiicpacckedbbedreeactorr.WateerRess.，2001，35：425～4326YilmmazerGG，YeniggunO..Two-pphaseanaerrobictreattmentoofcheeesewwhey.WWat.Scci.Tecch.，1999，40(11)：289～2957MalaaspinaaF，CellaamareCM，StantteL，etall.Anaeerobicctreaatmenttofchheesewheywithadowwnfloww-upfllowhyybridreacttor.BiioresoourceTechnnologyy，1996，55：131～1398YanaagiC，SatoM，TakahharaYY.Treaatmenttofwwheat--starcchwasste-waaterbbyammembraanecommbinedd2-phhasemmethanneferrmentaationsysteem.Dessalinaation，1994，98：161～1709YeohhBG..Two-pphaseanaerrobictreattmentofcanne-mollassessalcooholsstillaage.Waat.Scii.Techh.，1997，36(6～7)：441～44810LiinCYY.Anaeerobicc-digeestionnofllandfiillleaachatee.WateerSA..，1991，17：301～30611KaaiserSK，DagueeRR，HarissWL..Initiialsttudiessontthetemmperatture-pphaseddanaeerobiccbioffilterrproccess.WWat.Ennvironn.Res..，1995，67：1095～110312HuulshofffPoll.Wasttecharracterristiccsanddfacttorsaaffecttingrreactoorperrformaance.Netheerlandds:WaageninngenAAgricuutureUniveersityy，1995，33～6513RoomliMM，GreennfildPF，LeePPL.Efffectofreecycleeonaatwo-pphasehigh--rateanaerrobicwasteewaterrtreaatmenttsysttem.Waat.Ress.，1994，28：475～48214LeeeJPP，LeeJJS，ParkSC.TTwo-phhasemmethannizatiionofffooddwasteesinpilottscalle.Apppl.Biiochemm.Biottech.，1999，77(9)：585～59315RuuizI，VeigaaMC，DeSaantiaggoP，etall.TreaatmenttofsslaughhterhoousewaastewaateriinaUUASBrreactooranddanaanaeroobicffilterr.Biorres.Teechnoll.，1997，60(3)：251～25816JoohnsMMR.Deeveloppmentinwaastewaaterttreatmmentinnthemeatproceessingginduustry::areeview..Biorres.Teechnoll.，1995，54：203～21617ZhhengYYJ，WuWN.Asstudyofmeeatpaackinggplanttwasttewateertreeatmenntwitthupfflowaanaeroobicssludgeeblannketpprocesss.In::Procc.4thInt..Sympp.AnaaerobiicDiggestioon，China，1985..327～33718SaayedSS，CampeenL，LettiingaGG.AnaeerobicctreaatmenttofsslaughhterhoousewwasteusinggafloocculaantslludgeUASBreacttor.Biiol.Waastes，1987，21：11～2819LeettinggaG，HobmaaSW，HulshhoffPPolLW，etall.Desiignopperatiionanndecoonomyofanaaerobiictreeatmennt.Watt.Sci..Tech..，1982，15(8)：175～19520PoolprassertCC，KemmaadamroongP，TranFT.AAnaeroobicbbaffleedreaactor(ABR))proceessfoortreeatinggasllaughtterhouusewaastewaater.EEnviroon.Tecchnol..，1992，13：857～86521BaanksCCJ，WangZ.Devvelopmmentoofattwo-phhaseaanaeroobicddigestterfoortheetreaatmenttofmiixedaabattooirwaastes..Wat.SSci.Teech.，1999，40(1)：69～7622RaajeshwwariKKV，BalakkrishnnanM，KansaalA，etall.Statte-of--the-aartoffanaeerobiccdigesstiontechnnologyyforindusstriallwasttewateertreeatmennt.Rennew.SuustainnableEEnergyyRev..，2000，4：135～15623KaalyuzhhnyiSSV，MartiinexEEP，MaptiinezJJR.AnnaerobbictrreatmeentoffhighhstreengthccheeseewheyywasttewateersinnlabooratorryanddpilootUASSB-reaactorss.Biorres.Teechnoll.，1997，60：59～6524GuutierrrezJLR，EncinnaPAAG，PolanncoFF.AnaaerobiictreeatmenntofccheeseeprodductioonwasstewatterussingaaUASBBreacctor.BBioress.Techhnol.，1991，37：271～27625ScchordeerEWW，DeHaaastJJ.Anaeerobiccdigeestionnofddeprotteinattedchheesewheyinannupfllowsluudgebblankeetreaactor..J.DaiiryRees.，1989，56：129～13926YaanJQQ，LoKV，LiaoPH.AAnaeroobicddigesttionoofcheeesewwheyussinguupflowwanaeerobiccsluddgebllankettreacctor.BBiol.WWaste，1989，27：289～30527WiildenaauerFFX，WinteerJ.AAnaeroobicddigesttionoofhigghstrrengthhaciddicwhheyinnapH--contrrolleddupfllowfiixed-ffilmllooprreactoor.Apppl.Miccrobiool.Biootechnnol.，1985，22：367～37228DeeHaasstJ，BritzzTJ，NovellloJC，etall.Anaeerobiccdigeestionnofdeeproteeinateedcheeesewwhey.JJ.DairryRess.，1985，52：457～46729BooeninggPH，LarseenVFF.Anaeerobiccfluiidizeddbedwwheyttreatmment.BBiotecchnol..Bioenng.，1982，14：2539～255630DeenacMM，DunnIJ.PPackeddandfluiddized--bed