注：参数属性：■处理对象特性；●反应器结构参数；▲反应器操作参数

　　3.2评价指标

　　（1）酸化程度的衡量指标

　　表示水解酸化过程酸化程度的最主要参数是一些短链有机酸的浓度，即挥发性脂肪酸（VFA）的浓度，通过测定进入和流出反应器的VFA浓度的变化可以判断反应进行的情况。通常将不同的酸折算成COD当量值，以酸化率（acidification）来衡量有机物的酸化程度。在水解酸化反应器，在没有甲烷产生下，进水的有机物质被降解为VFA和其他次要的发酵产物。在该情况下，酸化率等于出水VFA的COD当量和进水VFA的COD当量差与进水COD的比值，也就是酸化度（acidificationdegree，简写AD）^[8]。

　　式中，_{——出水挥发酸浓度（以醋酸计，mgL）；}

　　_{——进水挥发酸浓度（以醋酸计，mgL）；}

　　_{——进水COD（mgL）；}

　　——VFA的COD当量系数，见表3。

　　（2）消化效率的评价参数

　　JeyaseelanS.和MatsuoT.在研究厌氧消化过程中相分离对不同底物降解的影响时，提出如果处理效率（treatmentefficiency）建立在厌氧消化系统实际出水浓度基础上，不能反映处理效率。同时，积累的生物量没有考虑，以及出水中需要进一步处理的生物污泥。因此，采用甲烷产量评价消化效率（digestionefficiency，简记DE），甲烷的体积为标准温度和气压下，评价采用的理论COD当量为0.35m^{3kgCOD。通过测定气体的产量和成分，甲烷的体积就可以得出[15]。}

　　5两相厌氧生物处理系统的应用

　　应用两相厌氧处理潜在的优势在于：更好的控制酸化阶段和产甲烷阶段，减少了反应器体积，较高的悬浮物去除效率，增强产酸微生物生长而不影响产甲烷菌，第二相中更高的产甲烷活性。此外，第一相可能产生的产甲烷菌有毒物质（氨、长链脂肪酸及硫化物等）可以在两相间的中间阶段去除。由于两相厌氧具有一系列优点，使它具有广泛的使用范围^[2]。

　　（1）适合处理易酸化废水（富含碳水化合物而有机氮含量低的高浓度废水），可以避免易酸化、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迅速下降，是反应器中生态系统崩溃^[2,16]。

　　（2）众多研究显示，两相厌氧系统更适合处理含高悬浮有机颗粒的废水^{[8]，由于在第一个反应器中水解菌和酸化菌可以把其转化为挥发性脂肪酸（VolatileFattyAcids，简称VFA），并在第二个反应器中转化为甲烷。有关研究表明，最终产生的VFA的组分分布特征（即不同产酸发酵类型）主要依赖于底物的特性(有机物浓度，氧化还原电位ORP等)，操作条件（水力停留时间HRT，有机负荷，温度等），尤其是pH。}

　　（3）两相厌氧技术可广泛应用于中药废水^{[4,17]、造纸废水[18-19]等高浓度难降解废水的处理，应用范围广泛，是常用厌氧技术（UASB、接触厌氧等）的取代技术。}

　　橄榄油废水（OME）^{[20]属季节性排放、地区分散性高浓度有机废水，且含有难生物降解或产甲烷抑制性底物：脂类、多酚及不饱和长链脂肪酸（LCFAs）。BeccariM等[12]采用部分相分离的两相系统（two-reactorsystemwithpartialphaseseparation）处理该种废水。在产酸相中得到不饱和LCFAs到棕榈酸近乎定量的生物转化，因此大大降低了产甲烷相中脂类对产甲烷菌的抑制作用。并认为部分相分离的两相系统可以应用于含脂类废水的厌氧处理。}

　　（4）适合处理有毒性的工业废水，许多工业有机废水中含有浓度较高的硫酸盐、苯甲酸、氰、酚等成分，由于产酸菌能改变毒物的结构或将其分解，使毒性减弱甚至消失，故能有效地消除毒物对产甲烷菌的抑制作用^[21-23]。

　　（5）处理固体含量很高的农业有机废弃物或城市有机垃圾等。两相厌氧消化系统的应用，主要用于沼气的制取：污水剩余污泥的处置、城市固体废物处理、工业废物及泥浆、橄榄厂固体废物及橄榄果渣、食品废物及失效茶叶等的处理^[24-29]。

　　（6）两相厌氧技术处理城市生活污水的的可行性研究。ArsovR.等^{[9]研究了两相厌氧硝化技术在环境温度下处理城市污水的可行性研究。试验证实，不完全分相是产甲烷菌的颗粒化、微生物活性提高的重要因素。此外，合适的水力搅拌（70rpm）、可迅速生物降解的有机底物也是形成颗粒污泥的重要因素。由于厌氧处理不能去除营养物质（N、P），后续处理可以通过湿地处理达标排放。研究指出，该技术具有技术及经济潜力，尤其适用于热带或温带地区、经济欠发达国家，在不久的将来得到普及。}

　　7两相厌氧生物处理技术的研究现状

　　两相厌氧生物处理技术的研究，早期主要集中在应用动力学控制法实现相分离方面，所以采用的试验装置多为完全混合反应器。

　　20世纪80年代，从产甲烷阶段为限速步骤出发，从微生物、动力学角度开展研究，寻求系统高效处理的条件^{[30-32]。从国内外的两相厌氧系统研究采用的工艺形式看，主要有两种：一种是两相均采用UASB反应器，一种是产酸相为接触式反应器，产甲烷相采用UASB反应器。}

　　任南琪和王宝贞（1994）^{[33]开发的CSTR-IC两相厌氧生物处理工艺，通过控制水力停留时间或有机负荷能够成功地实现相分离。}

　　20世纪90年代，产酸相的研究工作集中在对末端发酵产物的分析，其主要目的是探讨产酸相的末端产物对产甲烷相反应器运行特性的影响，研究产甲烷相的运行稳定性。任南琪等^{[33,34]在研究中发现了一种新型发酵类型——乙醇型发酵，研究结果显示，在正常厌氧条件下的ORP（-400~-150mV）范围内，pH4.0~4.5往往发生乙醇型发酵；pH4.5~5.0常发生丁酸型发酵，但也可发生乙醇型发酵；pH5.0左右时，发生混合酸型发酵；pH5.5左右发生丙酸型发酵；pH6.0以上往往发生丁酸型发酵。}

　　近年来，随着对两相厌氧消化概念和厌氧降解机理的进一步理解，随着各种新型厌氧反应器的出现，如何针对不同的水质（如含硫酸盐有机废水^{[35]）并结合各种新型高效厌氧反应器的特点进行产酸相和产甲烷相的组合才能达到更好的处理效果成为新的研究方向[33]。}

　　郭养浩等^{[36]研究填充床酸化反应器及其与UASB甲烷化反应器组成的两相厌氧消化系统的运行特性。填充床酸化反应器启动方便，酸化速率高、抗水力冲击和pH波动的能力强、COD容积负荷达200kg(m3·d)。采用预调碱工艺，两相消化系统运行正常，可高效地处理酿酒废水。在进料COD浓度1000~7000mgL、COD负荷40kg(m3·d)时，出料COD浓度小于200mgL，对抗生素生产废水也有较好的处理效果。}

　　周雪飞和任南琪等^{[37]开发研制的CUBF一体化两相厌氧反应器，特别适用于高浓度难降解有机废水的处理。祁佩时等[38]采用一体化两相厌氧反应器处理抗生素废水，当最大进水COD达到26347mgL，最大容积负荷达到8.54kgCOD(m3·d)；SO_{42-绝对值浓度为1325mgL，CODSO42-比值最低达到3时，反应器对各种抑制物质和冲击负荷均表现出很好的适应性。WangJingYuan等[39]采用改良的两相厌氧消化及淹没式曝气生物过滤器复合系统处理食品固废中氨的去除，并得到较高的沼气产量和甲烷含量。}}

　　国外方面，ArsovR.等^{[40]采用两相厌氧技术处理生活污水，研究发现两相均遵循Monod动力学，通过控制酸相适当的水力条件和甲烷相颗粒污泥的形成，达到很高的厌氧污泥活性。并讨论了生物反应器结构的设计以及在沿海区域实践应用的可行性。BalochM.I.[41]提出颗粒床折流板反应器（GRABBR）作为单独操作的两相厌氧系统的选择性工艺。VonSachsJürgen等[42]开发了控制两相厌氧中产甲烷相的控制系统，用于两相厌氧处理抑制性废水的检测和控制。系统基于产甲烷相进水VFA（可以计算出理论甲烷气产量）和实际甲烷产量，通过控制产甲烷相进水来调节两相系统。KraemerJeremyT.等[43]用出水回流式两相厌氧反应器发酵制氢，试验发现：出水循环可以降低因控制pH值所需要的40％的碱度，要得到较高的H_{2产量，采用高浓度废水更有挑战性，并且采用膜过滤回流水，可以防止耗氢微生物进入。IsaM.Hasnain等[44]在采用两相厌氧系统研究钼酸盐（MoO42-）是否可以作为厌氧反应器中硫酸盐降解菌的抑制剂时，发现钼酸盐对硫酸盐的降解及甲烷的产量均有影响，而且VFA的主要成分由乙酸变为丁酸。进一步研究显示，一旦停止钼酸盐的投加，SRB可以完全恢复，产甲烷菌（MPB）却不能。从而得到结论：钼酸盐对SRB是抑制性的，对MPB是杀灭性的，产酸菌最先适应钼酸盐。}}

　　GuerreroL.等^{[7]采用连续搅拌反应器研究富含有机悬浮固体及蛋白质的废水的厌氧水解和酸化。试验废水取自鱼肉加工厂（30~120gCODL，5~40gVSSL，蛋白质10~30gL），首先研究了搅拌对生物降解能力的影响，在此基础上，对水解酸化阶段在温度和pH值方面进行了优化。在不添加任何营养物质、pH7.2~7.7、OLR为400kgCOD(m3·d)、HRT24h、55℃的条件下，获得最大酸化效率（acidificationefficiency）44%，VSS去除率58％，蛋白质去除率80％。即便在很短的停留时间下，绝大多数蛋白质转化为VFA和氨。因此，在两种情况下（55℃和37℃）反应器中总氨的含量是相当高的（15~17gTNL），这表明很高的自由氨的浓度（高达0.66gNL在37℃，1.64gNL在55℃），这个差异主要是由于温度对电离平衡的影响引起的。尽管在55℃下处理效率高，但是研究者更推荐中温（37℃）作为两相厌氧处理处理该废水的条件，因为高温下自由氨的毒性将阻碍产甲烷反应器的稳定运行。}

　　同时，对两相厌氧反应器动力学模型方面的研究也不少。BorjaR.等^{[45]在试验水平研究橄榄厂固体废物两相厌氧消化动力学，BlumensaatF.等[46]采用国际水协（IWA）厌氧消化1号模型模拟两相厌氧消化过程。但由于厌氧消化过程的复杂性，针对两相厌氧反应器模型的研究仅仅处于初始阶段。}

　　此外，随着现代环境微生物学的发展，现代科学分析方法逐渐应用于废水处理。针对两相厌氧微生物群落的研究将成为新的研究领域^[47-49]。

　　8两相厌氧技术展望

　　众多实践经验证实，两相厌氧处理工艺是可以推广应用的，但对各种废水的运行经验却不足，因此仍有许多工作要做。此外，基于两相厌氧工艺基础上的脱氮、脱硫改进工艺的研究、针对产酸相以及两相厌氧动力学的研究也将成为今后研究新方向。任南琪等已经开始研究产酸相生物制氢，并有所进展，该技术的解决将大大缓解当前的能源短缺的现状。

　　参考文献

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　　[2]吕炳南，陈志强主编.污水生物处理新技术.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.

　　[3]管运涛，蒋展鹏，祝万鹏，陈中颍等.两相厌氧膜生物系统处理有机废水的研究.环境科学,1998.19(6):56-59.

　　[4]LiDong-Wei,LiWei-Min,ZhangXian-Xian.EngineeringdesignofChinesetraditionmedicinewastewatertreatment.ChongqingJianzhuDaxueXuebaoJournalofChongqingJianzhuUniversity,Vol:27,Issue:5,October,2005,p87-90.

　　[5]洗萍，潘正现，钟莉莹.两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究.上海环境科学2005.24(4):156-159.

　　[6]樊国锋，赵颖，王萍.两相UASB反应器相分离.华侨大学学报(自然科学版)2001.22(4):432-436.

　　[7]GuerreroL.,OmilF.,MendezR.,LemaJ.M.Anaerobichydrolysisandacidogenesisofwastewatersfromfoodindustrieswithhighcontentoforganicsolidsandprotein.WaterResearch,Vol:33,Issue:15,January,1999,p3281-3290.

　　[8]TalarposhtiA.Mahdavi,DonnellyT.,Anderson,G.K.Colourremovalfromasimulateddyewastewaterusingatwo-phaseAnaerobicpackedbedreactor.WaterResearch,Vol:35,Issue:2,February,2001,p425-432.

　　[9]ArsovR.,RibarovaI.,NikolovN.,MihailovG.,TopalovaY.,KhoudaryE.Two-phaseanaerobictechnologyfordomesticwastewatertreatmentatambienttemperature.WaterScienceTechnology,Vol:39,Issue:8,1999,p115-122.

　　[10]LeightonI.R.,ForsterC.F.Theadsorptionofheavymetalsinanacidogenicthermophilicanaerobicreactor.WaterResearch,Vol:31,Issue:12,December,1997,p2969-2972.

　　[11]LeightonI.R.,ForsterC.F.Theeffectofheavymetalsonathermophilicmethanogenicupflowsludgeblanketreactor.BioresourceTechnology,Vol:63,Issue:2,February,1998,p131-137.

　　基金资助：重庆市自然科学基金资助项目（CSTC,2005BB7253）

　　作者简介：王克浩(1983-)，男，硕士研究生，山东人，主要从事工业有机废水治理技术和环境灾害控制工程的研究与设计工作。联系；E-mail：kehaowang@163.com