1、有機廢水生物產氫-產甲烷技術以其能源回收率高、穩(wěn)定性好、可實現廢水資源化等優(yōu)勢,成為解決當前能源需求與環(huán)境問題的重要途徑之一。有機廢水生物產氫-產甲烷技術實現產業(yè)化的關鍵在于如何提高系統(tǒng)產氫-產甲烷能力,降低生產成本。ABR反應器結合了有機廢水厭氧發(fā)酵理論與分階段多相厭氧生物處理思想,用于生物產氫-產甲烷具有顯著優(yōu)勢。目前,利用ABR反應器進行產氫-產甲烷的研究報道較少,開展ABR反應器水力特性及運行效能研究,以獲得較高的微生物持有量和

2、能源回收率,對于產氫-產甲烷耦合工藝的推廣具有重要意義。
　　本文采用改進型ABR反應器進行產氫-產甲烷耦合工藝的研究,探討了反應器內部的流動特性,考察了產氫-產甲烷耦合工藝的啟動特性,并進一步研究了有機負荷對產氫-產甲烷耦合工藝運行效能的影響。通過分子生物學的方法,初步解析了ABR反應器不同格室微生物群落結構的演替規(guī)律。
　　ABR反應器內的流體力學特性直接影響到生物量和微生物與基質的混合程度,影響反應器的運行效能。針對傳

3、統(tǒng)ABR反應器布水不均、污泥截留能力較弱等缺點,通過增加擋板和改進布水區(qū)對其進行改良,并采用FLUENT軟件對改進型ABR反應器單格室進行泥水兩相數值模擬,結果表明當廢水以0.12m/h的上升流速流經反應器,格室內增加擋板使反應器內返混效果明顯增強,具有更高的污泥截留能力,可保持較高的微生物持有量。在反應器高度0.13～0.20m范圍內,改進型ABR反應器的污泥相體積分率高于傳統(tǒng)型ABR,0.25～0.29m范圍內,改進型ABR反應器污

4、泥相體積分率明顯低于傳統(tǒng)型ABR,其它范圍內二者基本相同。
　　以糖蜜廢水為底物研究改進型ABR反應器的啟動策略,在HRT為28h,溫度(35±1)℃條件下,容積負荷從初始1.71kgCOD/(m3·d)提高到5.13kgCOD/(m3·d),ABR產氫-產甲烷耦合工藝可在85d內完成啟動,COD去除率穩(wěn)定在77.6％左右,氣體產量達134.74L/d。產氫段COD去除率保持在24%左右;出水pH值為4.7～5.0,液相末端產物中

5、乙酸和丁酸分別為521.52mg/L、517.34mg/L,占總量的65.72%,呈丁酸型發(fā)酵;氣體產量平均為0.449m3/(m3·d),氫氣含量為34.6%。產甲烷段COD去除率穩(wěn)定在50%～55%,出水pH值約為7.0,氣體產量平均為2.4m3/(m3·d),甲烷含量為58.3%。
　　進一步研究ABR產氫-產甲烷耦合工藝的運行特性。研究發(fā)現,進水COD濃度為7000～10000mg/L,HRT從32h縮短到20h,COD去

6、除率穩(wěn)定在81%～85%,出水pH、VFAs濃度變化不大。進水濃度為7000mg/L,HRT為24h時反應器污泥濃度達到最大,系統(tǒng)能源回收率最高,產氫段、產甲烷段和系統(tǒng)能源回收效率分別為3.24%、76.9%及80.14%。
　　采用PCR-DGGE技術對系統(tǒng)內微生物種類及沿程變化規(guī)律進行分析。結果表明:ABR反應器具有很好的相分離效果,各格室內形成了各自的優(yōu)勢菌群。產氫段優(yōu)勢種群為:Pseudomonassp.和Clostrid