两相厌氧消化反应器设计及启动方法
新型厌氧反应器的设计与启动试验研究
新型厌氧反应器的设计与启动试验研究新型厌氧反应器的设计与启动试验研究摘要：随着人口的增加和工业化进程的持续推进，废水处理成为了一个重要的环境问题。
厌氧反应器作为一种新型的废水处理设备备受关注。
本文通过对新型厌氧反应器的设计与启动试验的研究，旨在提高废水处理效率，减少对环境的污染。
1. 引言随着人类工业活动和城市化进程的不断推进，废水排放的问题日益严重。
传统的废水处理方法如曝气池等对能耗和处理效果都存在一定的局限性。
而厌氧反应器重视微生物的生态系统，通过微生物的代谢过程降解有机废水。
因此，设计一种高效稳定的新型厌氧反应器对于提高废水处理效率具有重要意义。
2. 新型厌氧反应器的设计新型厌氧反应器的设计需要考虑以下几个方面：反应器的类型、体积与形状、进出水方式、内部微环境的优化以及温度和pH的控制。
在本次设计中，选择的反应器类型为厌氧生物滤池，其具有较好的稳定性和生化能力。
反应器的体积与形状根据实际使用情况进行合理确定，一般选择大体积、高效率的设计。
进出水方式主要有上进下出和下进上出两种形式，且搭配相应的流速。
优化内部微环境可通过添加填料、增加通气系统等方式实现。
而温度和pH的控制则需要根据厌氧反应器内微生物的特性进行精确调节。
3. 新型厌氧反应器的启动试验为了验证新型厌氧反应器的处理效果，进行了启动试验。
首先需要选取适合的水质和投料比例，实验中的废水来自某工业区的化工废水，通过调整不同的水质参考数据，确定合适的有机物浓度。
其次，在启动过程中，需要适当提高反应器的温度、pH等参数，以促进微生物的生长和代谢。
同时，加入某种厌氧菌剂，帮助启动微生物群落。
在启动过程中要密切关注反应器内的气体生成情况和微生物的变化。
最后，根据废水处理效果进行评估，包括COD去除率、氨氮浓度和总悬浮物的降解等几个方面。
4. 结果与讨论通过启动试验研究，发现新型厌氧反应器在处理有机废水方面具有良好的效果。
在试验过程中，废水的COD去除率达到80%，氨氮浓度由初始值的250mg/L降至30mg/L，总悬浮物的降解率在90%以上。
UASB厌氧反应器的快速启动与稳定运行
UASB厌氧反应器的快速启动与稳定运行摘要：本文以某酿酒厂污水处理项目的调试运行为工程实例，重点论述了采用UASB厌氧反应器处理酒精糟液与葡萄糖酸钠高浓度混合废水的快速启动与运行，强调通过过程控制培养颗粒污泥，提高系统处理负荷与抗冲击能力，鼓励通过清洁生产加强源头控制，快速实现全部进水达标排放。
关键词：酒精废水、葡萄糖酸钠废水、UASB厌氧反应器、颗粒污泥、清洁生产1 项目概况1.1 水质、水量情况该公司主要生产白酒、果酒、生化三大系列产品，以木薯、瓜干、高梁、大米、玉米淀粉等为主要原料，生产废水主要来自发酵、提取、包装等生产过程，含有大量糖、蛋白质、纤维素等有机物质，COD浓度高，可生化性好，是适宜于生化处理的有机废水。
水质、水量监测数据（平均值）见下表：项目温度(℃) PH CODcr(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) 日排放量（m3）酒糟醪液(离心后) 40~60 4~5 30000 8200 16000 400稀污水 20~40 5~6 3000 1000 1000 800酸钠废水30 4~10 15000 6800 3000 1000合计22001.2 污水处理工艺流程系统分两期设计，主体处理工艺为“UASB＋接触氧化”，其中一期UASB反应器有效容积1800 m3，二期酒精废水、UASB反应器有效容积2600 m3，设计进水量2200 m3／d，进水COD15000 mg/L，出水达到《污水综合排放标准》（GB8978－1996）表4中三级标准。
工艺流程图如下：2 调试运行情况：2007年9月8日一期厌氧正式投入调试运行，10月下旬有效容积负荷达6.0KgCOD/m3·d，COD去除率97％；11月1日，二期厌氧开始启动，11月25日一期与二期合并运行，12月初，两期厌氧反应器内均出现细小颗粒污泥，至2008年1月20日二期厌氧西池颗粒污泥干重占污泥总重的34.36%；12月20日～2008年2月15日酒精因缺料停产，自12月25日两套系统处理酸钠废水，全部处理，1月7日～1月11日二期集水槽维修，酸钠全部废水进一期处理，进水平均浓度10000mg/L，平均进水量800m3/d，平均出水浓度300 mg/L，有效容积负荷5.7KgCOD/m3·d，COD去除率97％，出水清澈；1月11日～1月20日一期设备检修，全部酸钠废水进二期处理，平均出水浓度200 mg/L，二期容积负荷达4 KgCOD/m3·d，COD去除率98％，出水清澈。
厌氧生物处理反应器的启动
厌氧生物处理反应器的启动一、启动时的注意事项1、厌氧生物处理反应器在投入运行之前，必须进行充水试验和气密性试验，充水试验要求无漏水现象，气密性试验要求池内加压到350mm水柱，稳定15min 后压力降小于10mm水柱；而且在进行厌氧污泥的培养和驯化之前，最好使用氨气吹扫。
2、厌氧活性污泥最好从处理同类型污水的正在运行的厌氧处理构筑物中取得，也可以取自江河湖泊沼泽底部、市政下水道及污水集积处等处于厌氧环境下的淤泥，甚至还可以使用好氧活性污泥的剩余污泥进行转化培养，但这样做需要的时间要更长一些。
3、厌氧生物处理反应器因为微生物增殖缓慢，一般需要的启动时间较长，如果能接种大量的厌氧污泥，可以缩短启动时间、一般接种污泥的数量要达到反应器容积的10%-90%，具体根据接种污泥的来源情况而定。
接种量越大，启动时间越短，如果接种污泥中含有大量的甲烷菌，效果会更好。
4、采用中温消化时，加热升温的速度越慢越好，一定不能超过1℃/h。
同时对含碳水化合物较多、缺乏碱性缓冲物质的污水时，需要补充投加一部分碱源，并严格控制反应器内的pH值在6.8-7.8之间。
5、启动时的初始负荷与厌氧处理方法、待处理污水性质、温度等工艺条件及接种污泥的性质等有关，一般从较低的负荷开始，再逐步增加负荷完成启动过程。
例如UASB启动时，初始有机负荷一般为0.1-0.2kgCOD/(kgMLSS.d)，当COD去除率达到80%或出水中挥发性有机酸VFA的浓度低于1000mg/L 后，再按照原有负荷50%的递增幅度增加负荷。
如果出水中VFA浓度较高，则不宜提高负荷，甚至要酌情降低负荷。
6、厌氧反应器的出水以一定的回流比返回反应器，可以回收部分流失的污泥及出水中的缓冲性物质、平衡反应器中水的pH值。
一般附着型的反应装置因填料具有一定的拦截左右，可以不用回流出水；而悬浮生长型反应装置启动时因污泥易于流失，可适当出水回流。
7、对于悬浮型厌氧反应装置，可以投加粉末无烟煤、微小砂砾、粉末活性炭或絮凝剂，促进污泥的颗粒化。
如何启动厌氧消化反应器
如何启动厌氧消化反应器?
厌氧消化反应器的启动过程就是厌氧活性污泥的培养和驯化过程。
厌氧消化处理工艺的缺点之一是厌氧微生物的增殖缓慢，反应器的启动时间较长。
启动时接种用的厌氧污泥最好取自正在运行的厌氧处理构筑物中同类物料的厌氧污泥，也可以取自排水管道等厌氧环境中的污泥。
如果是采用未经厌氧消化的有机污泥自行培养，所需的启动时间会很长。
一般情况下，接种污泥的量增大，启动的时间会相应缩短。
另外因为繁殖的世代时间较长，接种污泥中要求含有大量的产甲烷细菌。
在启动过程中，控制升温的速率为1℃/h，达到要求温度后即应该保持恒温状态，并保持反应器中的pH值在6.8～7.8之间。
此外，在启动时也要注意反应器的有机负荷，它常常是影响启动
成功的另一关键性因素。
启动时的有机负荷因污水的性质、消化温度以及接种污泥的性质而异。
初始有机负荷常取较低数值，然后再逐步增加负荷。
如果出水中的有机挥发酸浓度较高，则不宜再提高有机负荷，甚至还应降低负荷。
对含有较多碳水化合物、缺乏缓冲物质的污水，则需添加一些缓冲物质才能提高负荷，否则会使系统中的有机酸大量累积并发生酸败现象，使启动难以完成。
培养和驯化后，正常的成熟厌氧污泥应呈深灰或黑色，无硫化氢
臭味，其pH 值在7.0～7.5之间，该污泥易于脱水和干化。
当进水
量达到要求，并取得较好的处理效果，产气量较大，且含甲烷成分较高时，可认为启动过程基本完成。
两相厌氧工艺说明
两相厌氧工艺说明
两相厌氧法是由两个独立的上述厌氧反应器串联组合而成，厌氧消化反应分别在 2 个独立的反应器中进行。
每一反应器完成一个阶段的反应，例如一个为产酸阶段。
另—个为产甲烷阶段。
如图7-13。
而复合厌氧法是在—个反应器内由两种厌氧法组合而成。
如上流式厌
氧污泥床与厌氧滤池组成的复合厌氧法，见图7-14。
设备的上部为厌氧滤池，下部为上流式厌氧污泥床，所以集两者优点于一体。
反应器下部即进水部位，由于不装填料，可以减少堵塞，上部装设固定填料可以充分发挥滤层填料有效截留污泥的能力，提高反应器内的生物量，对水质和负荷突然变化和短流现象起缓冲和调节作用，使反应器具有良好的工作特性。
两相厌氧消化反应器设计及启动方法
厌氧反应器快速启动技术研究
厌氧反应器快速启动技术研究一、外加物质效应1投加无机絮凝剂或高聚物为了保证反应器内的最佳生长条件，必要时可改变废水的成分，其方法是向进水中投加养分、维生素和促进剂等。
Macarie和Guyot研究发现，在处理生物难降解有机污染物亚甲基安息香酸废水时，向废水中投加FeSCU和生物易降解培养基后，可以有效地降低原系统的氧化还原能力，达到一个合适的亚甲基源水平，缩短UASE的启动时间。
Imai研究了向接种污泥中添加吸水性聚合物（WAP的作用。
WA庄要成分为丙烯酸颗粒树脂，具有可供微生物附着的高的比表面和复杂网状结构。
而且密度低（湿密度1 .Og/ml）,与砂及其他物质相比提高了颗粒与微生物间的接触，明显强化了以葡萄糖或VFA为基质的实验室规模和中试规模UASB反应器的颗粒化过程。
在颗粒污泥形成之后WAP被厌氧微生物慢慢降解，这造成颗粒分裂成多个小碎块，然后再次生长为成熟颗粒。
逐渐地，所有颗粒被降解。
根据试验提出用于强化颗粒化过程的反应器体积内WAP投加量为约750mg/Lo王林山等人向厌氧接种污泥中投加膨润土但T）和聚丙烯酰胺（PAM）,采用常温间歇式进料，在一月内获得了颗粒污泥•膨润土的特征成分是蒙脱石。
聚丙烯酰胺的酰胺基与蒙脱石生成氢键，起吸附和架桥作用，从而使膨润土、污泥和细菌聚集成直径5〜10mm勺絮凝团，成为颗粒污泥生长核心，絮凝团丝状菌网络内菌体继续生长，使其成为密实勺，近似为球形勺颗粒污泥。
2投加细微颗粒物Lettinga等人研究表明粘土和其他无机颗粒似乎对颗粒污泥勺形成有害。
他们勺实践表明：在无分散无机物质中能形成很好勺颗粒污泥，颗粒挥发性固体含量很高。
另一种观点认为：有助于悬浮污泥形成颗粒勺因素之一是存在微生物能附着生长勺晶核或生物载体。
细胞附着在这些颗粒上是颗粒化勺第一步。
第二步是在惰性载体上形成致密和厚实勺生物膜。
所以，添加惰性载体的UASB 反应器中污泥颗粒化过程可解释为生物膜形成现象。
厌氧操作启动手册
UASB厌氧塔操作启动方案**************公司二零一七年零三月一、项目工程概述1、项目名称：2、设计规模 m3/d，处理量 m3/h。
3、进水COD≥ mg/L，出水水质COD≤ mg/L。
二、UASB厌氧系统安装1、UASB厌氧塔成套设备就位，与原混凝土基础预埋件焊接，并防腐；2、UASB厌氧塔自重15T，运行重约115T；3、工艺管线连接、废水池提升泵至厌氧塔进水法兰口（DN100），管路中加装蝶阀、止回阀、软连接等、设备回流口（DN100）连接回流泵，连接管路至废水进水主管，管路中加装蝶阀、止回阀、软连接等；、活性污泥进料通过连接进料泵，并连接至废水进水主管，管路中加装蝶阀、止回阀、软连接等；、设备排泥口（DN100）连接排泥泵，并连接至污泥池，管路中加装蝶阀、止回阀、软连接等；、设备出水口（DN100）连接至后段工艺，管路中加装蝶阀，一般通过水压自流出水。
三、UASB系统启动1、启动概述启动时厌氧反应器达到设计要求后正常运行的前期工作，是厌氧反应器微生物污泥的培养和驯化过程。
厌氧反应器的启动成功与否，会直接影响厌氧处理系统能否顺利投入使用。
启动初期一般进行污泥接种，而且启动所需时间一般较长，为4~7周不等。
2、启动的基本方式对于较难降解的有机废水，采用分批培养法。
当接种适量污泥后，有机废水可分批进料，启动运行初期厌氧反应器间歇运行。
每批有机废水进入以后，厌氧反应器在静止状态下进行厌氧代谢，让接种的污泥或增值的污泥暂时聚集，经若干天（所需时间随水质和接种污泥浓度检测指标而变）厌氧反应后，大分子有机物被分解，再进第二批有机废水，再分批进水间歇运行时，可逐步提高进水的浓度，缩短反应的时间，直至最后完全适应有机废水并连续运行。
3、在厌氧反应器的启动过程中，应特别注意以下几个问题①废水性质。
废水中易降解有机物的浓度对于厌氧反应器的启动影响很大。
合适的浓度能够使微生物污泥讯速絮凝形成，形成足够浓度和活性的微生物污泥，缩短启动的时间。
厌氧处启动要点
厌氧反应器启动要点厌氧反应器由设备厂家提供，具体启动方案应由其提供。
虽然厌氧是整体工艺重要环节，但相对独立，其启动、调试对工艺系统整体没有影响。
现就其启动提出建议，仅供参考。
一．清水联动试车投加接种污泥之前应当以清水试车，试车之前在管路与水泵进口之间加上过滤网，防止管路内的大颗粒物质堵泵或磨损密封，检查设备管道有无泄漏处，水泵及仪表性能能否满足要求。
二．接种污泥试车完毕，接种污泥，最好选用处理工业废水厌氧反应器的直接排泥，如处理酒精、啤酒、柠檬酸等工业废水厌氧装置中的污泥。
投加污泥的时候应过筛，如果是稀泥则直接由筛子过滤后进入到沉淀池；如果是脱水后的污泥，则需根据含固量确定投加的数量，投加时边加泥边加水冲。
反应器按最少20g/L接种污泥。
三．污泥驯化接种污泥后，先不进水，开启循环泵打循环2-3天后，开始进原水。
前期可间歇进水，控制启动容积负荷按COD0.5kg/m3.d左右，截面平均上升流速不超过0.35m/h。
待COD去除率达到50%以上，出水挥发酸不超过1000mg/l，碱度大于500mg/l，pH不低于7.2，基本完成污泥驯化。
四、负荷提升驯化完成后，可以以10-20%的幅度逐步提负荷，主要是以增加进水量的方式，前期幅度可大些，后期幅度适当小一点，上升流速的控制可通过循环回流量控制，具体应根据其反应器结构特点由设备厂家决定。
期间密切关注出水挥发酸不超过1000mg/l，碱度大于500mg/l，pH不低于7.2，每阶段COD去除率50%以上稳定5-7天后再提负荷，逐步达到设计负荷，即进水COD容积负荷3.5kg/m3.d，COD去除率60%。
反应器出水进沉淀池进行沉淀，沉淀池的回泥时间间隔由反应器出水中的悬浮污泥量决定，若悬浮污泥量大则回泥时间短，若悬浮污泥量小，则时间间隔长。
回泥时，循环泵停止，待回泥完成后再开启循环水。
水封内应当注入碱水，当有产气时应当通过视镜注意观察罐内液位，不能低于视镜的中心位置，若低于该位置应当补充进水。
两相发酵产沼气的生物反应器的设计
两相发酵产沼气的生物反应器的设计两相发酵是一种常用的低温厌氧消化技术，适用于处理有机废弃物并产生沼气。
其反应器设计需要考虑废物类型、产沼气量、处理效率和设备成本等因素。
下面是一个具体的两相发酵产沼气生物反应器的设计：1.反应器类型和结构：选择容量大、操作稳定的矩形反应器。
反应器内部可以分为两个相，即上相（水相）和下相（沉淀相），上相通常占总体积的1/32.废物处理与预处理：将有机废物切碎并均匀投放到反应器中，确保废物能够均匀分布并被微生物降解。
可以添加适量的水进行湿法预处理，以调节反应器内湿度并提高反应效率。
3.微生物群落选择：在两相发酵中，需要构建一个相互配合的微生物群落。
通常，需要选择耐低温厌氧条件的微生物，如甲烷生成菌和酸性菌。
菌群种类的选择应基于处理废物的特性。
4.反应器操作参数：a.温度：选择适合微生物生长的温度，一般在35-40℃之间。
b.混合：通过搅拌或气体回流等方式保持反应器内部物料的均匀混合，以提供充足的废物与微生物接触面积。
c.水位控制：控制上相水位，保持反应器内部的水分平衡和循环。
5.沼气收集：通过设置气体收集系统，将产生的沼气从反应器中收集起来。
要保证收集系统的密封性和安全性，以避免气体泄漏和引起火灾。
6.反应器稳定性问题：为确保反应器运行的稳定性和避免污泥的大规模剧烈流失，可以采取以下措施：a.断奶循环：定期将部分废物从下相取出，送入上相重新悬浮，保持微生物群落的稳定性。
b.泥水分离：安装屏蔽板或其他分离装置，防止泥水同时流出反应器，减少泥水流失。
c.PH控制：监测反应器内部的pH值，保持合适的酸碱度对微生物群落的生长有重要作用。
在设计两相发酵产沼气生物反应器时，需要综合考虑处理规模、废物特性和设备成本等多个因素。
通过合理的设计和操作，可以实现高效、稳定的废物处理和沼气产生。
厌氧反应器启动方法
厌氧反应器启动:一、接种污泥：有颗粒污泥时，接种污泥数量大小1 0-1 5%.当没有现成的污泥时,应用最多的是污水处理厂污泥池的消化污泥.稠的消化污泥有利于颗粒污泥形成。
没有消化污泥和颗粒污泥时，化粪池污泥、新鲜牛粪、猪粪及其它家畜粪便都可利用作菌种，，也可用腐败污泥和鱼塘底泥作接种污泥，但启动周期较长。
污泥接种浓度至少不低1 OKg・VSS/m 3反应器容积，但接种污泥填充量不大于反应器容积60%。
污泥接种中应防止无机污泥、砂以及不可消化的其它物进入厌氧反应器内。
二、接种污泥启动：启动分以下三个阶段进行：1、起始阶段——反应池负荷从0.5-1 .OkgCOD/m 3 d或污泥负荷0.05- O.lkgCOD/kgVSS - d 开始。
进入厌氧池消化降解废水的混合液浓度不大于COD5000mg/L, 并按要求控制进水，最低的COD负荷为1 000mg/L o进液浓度不符合应进行稀释。
进液时不要刻意严格控制所有工艺参数，但应特别注意乙酸浓度，应保持在1000m g/L以下。
进液采用间断冲击形式，即每3〜4小时一次，每次5-10min,之后逐步减断间隔时间至1小时，每次进液时间逐步增长20〜30min。
起始阶段，进水间隔时间过长时，则应每隔1小时开动泵对污泥搅拌一次，每次3〜5min。
2、启动第二阶段——当反应器容积负荷上升到2-5kgCOD/m 3 d时，这一阶段洗出污泥量增大，颗粒污泥开始产生。
一般讲，从第一段到第二段要40d时间，此时容积负荷大约为设计负荷的50%.3、启动的第三阶段一一从容积负荷50%上升到100%,采用逐步增加进料数量和缩短进料间断时间来实现。
衡量能否获进料量和缩短进料时间的化验指标定控制发挥性脂肪酸VFA不大于500mg/L,当VFA超过500-1000mg/L,厌氧反应器呈现酸化状态，超过1 000mg/L则表明已经酸化，需立即采取措施停止进料，进行菌种驯化。
一般来讲第二段到第三段也需30-40d时间。
UASB厌氧反应器二次启动要点
UASB厌氧反应器二次启动要点UASB反应器的二次启动是相对于初次启动说的。
所谓初次启动是指用颗粒污泥以外的其它污泥作为种泥启动一个UASB反应器的过程。
而二次启动是指使用颗粒污泥作为种泥对UASB反应器的启动。
1、UASB二次启动要点颗粒污泥是UASB启动的理想的种泥，使用颗粒污泥的二次启动大大缩短了启动时间，即使对于性质不同的废水，颗粒污泥也能很快适应。
使用颗粒污泥接种允许有较大的接种量，较大的接种量可缩短启动的时间。
启动时间的长短很大程度上取决于颗粒污泥的来源，即颗粒污泥在原反应器中的培养条件(温度、pH值等)以及原来处理的废水种类。
新启动的反应器在选择种泥时，应尽量地选用与所处理水种类相近的废水种类，废水种类与性质越接近，所需驯化的时间越少。
同时应尽量采用同一温度范围的种泥，例如采用高温种泥不利于中温反应器的启动，而中温的种泥启动高温反应器也较慢。
二次启动采用较大的接种量，颗粒污泥的活性比其它种泥高得多，二次启动的初始反应器负荷可以较高，有关报道推荐初始的反应器负荷可为3kgCOD/(m3d)。
二次启动进液浓度在开始时一般与初次启动相当，但可以相对迅速地增大进液浓度。
负荷和浓度增加的模式与初次启动类似，但相对容易。
产气、出水VFA等仍是重要的控制参数，COD去除率、pH值等也是重要的监测指标。
2、UASB二次启动操作1、进水负荷二次启动的负荷可以较高，一般情况下*初进液浓度可以达到3000mg/l到5000mg/l，进水一段时间后，待COD往除率达80%以上时，适当进步进水浓度。
相应流量不宜过高。
我们在厌氧反应器初次启动时提倡低流量、低负荷启动。
2、进水悬浮物进水悬浮物含量不能太高，否则将严重影响厌氧颗粒污泥的形成，其积累量大于微生物的增长量，导致厌氧污泥的活性大大下降，由于整个厌氧反应系统的容量是有限的。
3、进水种类的控制厌氧反应器的进水需严格控制，通过驯化我们可以处理一些难处理的污污水，例如提取的洗柱水，但在整个厌氧反应系统的期间，此类水不能进进，否则将大大延长启动时间。
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两相厌氧消化反应器设计及启动方法作者：杨红艳尹芳赵兴玲柳静杨红王昌梅刘士清张无敌来源：《现代农业科技》2017年第23期摘要本文设计应用UASB和EGSB 2种反应器进行串联耦合处理猪粪废水。
由于产氢产乙酸菌和产甲烷菌繁殖特性的差异性，传统的厌氧消化工艺并不能使其发挥各自的优势。
两相厌氧消化工艺可以使2个反应在各自最适宜的环境内进行厌氧发酵，由于产氢产酸和产甲烷2个阶段相互独立，故酸化反应器具有一定的缓冲作用，能够缓解冲击负荷对后续产甲烷反应器的影响，可以提高厌氧消化的反应效率。
试验设计的目的在于将产氢气与产甲烷两相耦合起来，并探讨运行参数对猪粪两相厌氧消化的影响，同时为两相厌氧工艺的实施提供参考。
关键词两相厌氧消化反应器；串联耦合；能源转换效率；设计中图分类号 X713 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）23-0152-03Abstract In this paper，two digester（UASB and EGSB）were series-coupled，which were designed and applied to treatment of pig manure wastewater.Due to the difference of reproductive characteristics between obligate H2-producing acetogenic bacteria and methanogens，the traditional anaerobic fermentation process is not beneficial for methanogens and the obligate H2-producing acetogenic bacteria.Two-phase anaerobic process make the two anaerobic process in the more suitable for different fermentation.Due to the two stage of the producing acid and methane are independent and simultaneous，the acidification digester has a certain buffer action.It can alleviate the impact of shock load on the subsequent methane production digester，so the reaction rate of anaerobic digestion can be improved.The purpose of this experiment is to couple the hydrogen and methane together，and to discuss some factors on the effect of pig manure two-phase anaerobic fermentation. It′s hoped to find the optimal anaerobic fermentation conditions in order to maximize the energy conversion efficiency of raw materials，and to provide a reference for the implementation of two-phase anaerobic process.Key words two-phase anaerobic digester；series-coupling；energy conversion efficiency；design两相厌氧工艺（two-phase anaerobic process）是由Ghosh和Pohland在20世纪70年代初开发的，将水解发酵菌归为第一相产酸相，将共生的产氢产乙酸菌和产甲烷菌归为第二相[1]。
传统的单相厌氧反应包括厌氧消化的全过程，即将产酸阶段和产甲烷阶段放置在一个反应器中。
而两相厌氧发酵工艺是将水解酸化过程的反应器和产甲烷过程的反应器进行串联。
猪场污水具有高污染浓度、高COD、可生化性能强的特点，污水中主要含有未被猪吸收消化的食物如玉米颗粒和猪的代谢产物，其中含有大量微生物繁殖所需的营养物质[2]，利用两相厌氧消化工艺将其资源化利用对保护环境和缓解能源紧张问题都具有重要意义。
厌氧消化工艺具有无能耗、减少二次污染[3]、产生清洁能源等优势。
本文设计应用UASB和EGSB两相串联耦合，与单相厌氧发酵相比，两相厌氧消化系统具有高的产氢率、能够承受较高的负荷率、反应器容积较小、运行稳定等优势，因而日益受到人们的重视。
1 反应器设计基于单相反应不能使产氢产酸菌和产甲烷菌发挥各自的优势，故采用两相厌氧消化工艺，将产氢产酸相和产甲烷相分开独立进行。
本设计采用2个厌氧反应器分别作为产甲烷相和产氢产酸相。
并且通过中间转换器将2个反应器连接在一起，达到循环利用原料的目的。
本设计由配料系统、产氢产酸系统、中间转换系统、产甲烷系统4部分构成。
配料系统由1个泵和配料槽组成；产氢产酸系统的组成方式为1个UASB反应器和1个蠕动泵；中间转换系统由实验室自行设计的转换装置构成；产甲烷系统由1个EGSB反应器和1个蠕动泵组成（图1）。
1.1 中间转换器试验设计的反应器由有机玻璃制成。
中间转换器有效容积为0.35 L，为保障反应体系的厌氧条件，中间转换器必须是密封厌氧装置。
整个系统的核心装置即中间转换器。
中间转换器的主要任务是连接产氢反应器和产甲烷反应器，达到产氢产甲烷耦合的目的，使消耗氢源后的猪粪废水原料顺利到达产甲烷反应器，同时可分离原料内的沉降物，从而避免给产甲烷反应器带来堵塞等问题。
中间反应器采用液封原理，且通过水面升降可调节中间转换装置的压力，以免造成压力过大和过小的问题，在一定程度上起到了隔绝空气和调节内部压强的作用。
1.2 产氢相第一相产酸相反应器设计采用UASB（上流式厌氧污泥床反应器）。
试验设计中UASB反应器有效容积为1.65 L，内径为7 cm，外径为8 cm，高为0.4 m。
反应器的污泥区、反应区和沉淀区分别设有取样孔，取样孔间距为8.5 cm，沉淀区设有三相分离器，分离气体和污泥，反应器顶部是集气装置。
1.3 产甲烷相第二相产甲烷相反应器设计采用EGSB（膨胀颗粒污泥床）作为产甲烷相，EGSB反应器有效容积为3.3 L，高0.85 m。
反应器的污泥区、膨胀区和沉淀区同样设有取样孔，污泥区与膨胀区取样孔间距13 cm，膨胀区与沉淀区取样孔间距为25 cm。
沉淀区同样设有三相分离器，分离气体和污泥，反应器顶部是集气装置。
产酸相和产甲烷相分别采用UASB和EGSB，主要有以下优点。
一是UASB与EGSB在结构上相似，可以避免一些不确定性因素对试验的影响。
UASB升流式厌氧污泥床是目前应用最为广泛的高效厌氧反应器，其具有容积负荷高、水力滞留时间短等优点，用作第一相反应器比较合适。
二是EGSB反应器作为第三代高效厌氧反应器能够培养出具有更高活性的颗粒污泥，能够承受更高的COD负荷且上流速度快，改善了废水中有机物和微生物之间的接触，强化了传质效果，提高了反应器的生化反应速度，进而大大提高了反应器的处理效率[4]。
EGSB反应器颗粒污泥的产甲烷活性能高于UASB反应器颗粒污泥，因而更适合作为第二相产甲烷相反应器[5]。
在本试验设计中，产酸相反应器的体积小于产甲烷相的体积，主要是由于产酸菌和产甲烷菌在生长速率上存在很大的差异。
产酸菌的生长速率快，其世代时间短，一般为10～30 min，而产甲烷菌的世代时间为4～6 d，产酸菌的世代时间远远短于产甲烷菌[6]，且产酸菌的产酸速度高于产甲烷菌降解酸的速率，故产酸反应器的体积应小于产甲烷反应器的体积[7-8]。
2 启动方法2.1 分析手段及方法TS测定：将样品放置于电热恒温烘箱中，调节温度为105 ℃，烘干至恒重，冷却到室温，用电子天平进行称量，再根据公式计算总固体含量。
VS测定：将烘干水分的样品放置于马弗炉中，调节温度为550 ℃，灼烧至恒重，冷却，称量，计算挥发性固体含量VS。
pH值测定：采用精密pH试纸（5.7～8.5）进行测量。
产气量测定：通过观察气体流量计计算产气量，定时做记录，然后进行排气点火，观察火焰颜色，初步判断甲烷含量。
气体含量测试：采用气相色谱仪测定气体含量。
COD：采用重铬酸钾法，COD在线分析仪，仪器型号为COD plu。
氨氮：氨氮在线监测仪，仪器型号为Amtax Comp。
2.2 试验流程试验流程如图2所示。
用新鲜猪粪配成试验所需的猪粪废水，经过沉淀、过滤后，用蠕动泵打入反应器中，观察产气情况并记录相关数据。
猪粪废水由进料桶经蠕动泵打入产酸相反应器，产酸相出料流入中间转换器，作为产甲烷相的进料。
从产酸相出料到产甲烷相进料的过程是厌氧过程，保证了厌氧消化反应的正常进行。
本设计中由于产酸相到产甲烷相之间为厌氧过程且无其他填充气体，故在试验启动时存在许多问题。
如压力、压强等问题，压力过大可导致起液封作用的水排出，而压力过小可能把液封水吸入中间转换器中。
在本试验中，可以找到一个相对平衡点，使出料刚好供应进料，避免出现压力过大或过小等问题，或者人工定期进行监测。
3 影响启动的因素3.1 发酵原料沼气发酵过程是有机物彻底矿化的微生物厌氧代谢过程，绝大多数有机物都可用作沼气发酵的原料（表1）[9]。
厌氧发酵过程是一个非常复杂的过程，有诸多的影响因素。
发酵原料的种类就是一个很重要的因素。
从表1可以看出，数量相同而原料不同的各种有机物所产沼气的量也不同。
用于启动的第一阶段的原料最好采用猪粪、牛粪或马粪，虽然猪粪的碳氮比例为13∶1[9]，但实践经验证明，猪粪可以单独作为原料启动用于发酵，且有产气速度快、产气量大、甲烷含量高等优点。
猪粪质地较细，含有较多的有机质和氮、磷、钾等营养成分，可以为厌氧发酵微生物的生存和繁殖提供养分，并且猪粪厌氧发酵得到的甲烷含量较高，故猪粪很适合作为厌氧发酵的原料。
3.2 pH值沼气发酵适宜的pH值是保证厌氧反应正常进行的关键因素，不同的发酵原料其pH值也不同（表2）。
在沼气发酵过程中，pH值并非固定不变，而是随着厌氧发酵反应的进行不断变化，但通常情况下，不会超出正常范围。
产酸产氢相反应器pH值在4.5～6.0之间更有利于反应器启动[10]，沼气发酵的适宜pH值是在6.5～7.5之间，高于或低于这一范围，沼气微生物的代谢将会减慢或受到抑制，甚至被杀死。