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两相厌氧生物处理原理及优化措施

【摘要】:由此可见,无论两相厌氧生物处理的产酸反应器或单相反应器,避免丙酸型发酵是十分重要的。普遍认为两相厌氧生物处理工艺适合于处理易酸化的可溶性有机废水,两相分离易于控制运行的稳定性。两相厌氧生物处理产甲烷相中的生物菌群,除不发生水解阶段外,与单相反应器中的基本相同,只是在种群数量和各类菌群所存在的区域稍有不同。

1971年高希和波兰德提出相分离的概念,也就是建造两个独立控制的反应器,分别培养产酸细菌和产甲烷细菌,即所谓的两相厌氧生物处理系统。通过分别调控产酸相和产甲烷相的运行参数,供给它们各自的最佳生态条件,提高了废水处理能力和反应器的运行稳定性。

对两相厌氧生物处理技术的研究,早期的工作主要集中在研究应用动力学控制法实现相分离的可行性,所采用的试验装置多为完全混合反应器。试验结果表明,控制水力停留时间或有机负荷能够成功地实现相分离。

为了提高两相厌氧生物处理能力,控制产酸相的发酵类型,以便提供易于产甲烷细菌所利用的底物,是当今人们所关注的课题。为了获得较佳的产酸相末端产物(即发酵类型),人们对产酸相反应器的主要运行参数如水力停留时间、有机负荷、温度、pH值和ORP等进行了大量研究。在一个稳定的单相反应器(即产酸与产甲烷在同一反应器进行)中,由于产酸发酵细菌与产甲烷细菌的协同作用,出水中可检测到的发酵产物主要有乙酸和二氧化碳。但由于丙酸的产氢产乙酸速率非常缓慢,一旦有机负荷较高,则常发生反应器内丙酸积累,出水中丙酸含量较高。若长期处于超负荷状态,反应器内丙酸积累过多,将导致反应器内PH过低,使产甲烷细菌受到抑制甚至死亡,使反应器的处理功能失效,即发生所谓的反应器“酸化”。由此可见,无论两相厌氧生物处理的产酸反应器或单相反应器,避免丙酸型发酵是十分重要的。两相厌氧生物处理在避免反应器“酸化”方面有较大的优势。

关于何种废水适合于采用两相厌氧生物处理工艺,观点不一。普遍认为两相厌氧生物处理工艺适合于处理易酸化的可溶性有机废水,两相分离易于控制运行的稳定性。笔者认为,任何一种废水处理技术都有其局限性,两相厌氧生物处理工艺亦并非对任何有机废水的处理都具有优越性。从运行稳定性考虑,易酸化废水采用两相厌氧生物处理工艺是适宜的,这可避免易酸化、易降解废水负荷过高时,因单相反应器中产酸速率远大于产甲烷速率而导致厌氧系统pH值迅速下降,使反应器中生态系统崩溃。但欲发挥其优越性,采用两相厌氧工艺处理复杂的大分子有机污染物,甚至难降解的有机污染物似乎更为有效。复杂的有机污染物(包括剩余活性污泥)的水解需较长的时间,限速步骤往往为水解阶段,采用相分离技术,创造有利于水解和产酸发酵细菌的生态环境,无疑会提高系统的处理能力,相对缩短水力停留时间,使之优于单相厌氧生物处理工艺。

为了取得较佳的产酸相末端产物,人们对产酸反应器的运行参数,主要有水力停留时间、有机负荷、温度和pH值等进行了大量研究。水力停留时间对末端产物含量及组成的影响说法不一。pH值的影响也有类似结果。有人认为pH值在5~7之间对挥发性有机酸的含量及组成几乎无影响,而大多数研究结果表明pH值的影响较大。Kisualita等还认为pH值大于6.5时细胞产量最大。普遍认为温度提高可获得较高的产物浓度和生物增长速率;而有机负荷的提高往往导致较高的丙酸产率。

两相厌氧生物处理产甲烷相中的生物菌群,除不发生水解阶段外,与单相反应器中的基本相同,只是在种群数量和各类菌群所存在的区域稍有不同。