两相厌氧消化产氢产甲烷研究进展

两相厌氧消化产氢产甲烷研究进展蒋金和尹芳王昌梅张无敌（云南师范大学能源与环境科学学院，昆明６５０５００）摘要：两相厌氧消化产氢产甲烷与单相厌氧消化相比，具有较高的能源产率、有机负荷率及较好的反应稳定性等优势。本文综述了近年来国内外有关两相厌氧产氢产甲烷消化固体有机废弃物和有机废水等研究情况，还包括影响厌氧消化的预处理、温度、ｐＨ及微生物群落等因素。研究表明：采用两相厌氧产氢、产甲烷反应处理有机废弃物，可实现产氢和产甲烷最大化，具有广泛的应用前景。关键词：两相厌氧消化；有机废弃物；沼气；微生物群落中图分类号：Ｘ－１文献标志码：ＡＴｗｏ－ｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｆｏｒｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ：ａｒｅｖｉｅｗＪｉａｎｇＪｉｎｈｅ，ＹｉｎＦａｎｇ，ＷａｎｇＣｈａｎｇｍｅｉ，ＺｈａｎｇＷｕｄｉ（ＥｎｅｒｇｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＹｕｎｎａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ６５０５００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏａｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ，ｔｗｏ－ｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｃｈｓｅｐａｒａｔｅｓａｃｉｄｏｇｅｎｅｓｉｓａｎｄｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ，ｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｅｎｅｒｇｙｒｅｃｏｖｅｒｙｂｙｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｂｏｔｈｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓｃｏｎｔｅｘｔ，ｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｗｏ－ｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｈｙｄｒｏｇｅｎａｎｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒｓａｎｄｓｏｌｉｄｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ，ｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨａｎｄｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．Ｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｕｓｅｏｆｔｗｏ－ｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓｔｏｔｒｅａｔｏｒｇａｎｉｃｗａｓｔｅｃａｎｍａｘｉｍｉｚｅｈｙｄｒｏｇｅｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ，ａｎｄｈａｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｗｏ－ｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ；ｏｒｇａｎｉｃｗａｓｔｅｓ；ｂｉｏｇａｓ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｔｙ厌氧消化法可同时实现废水、餐饮废弃物等有机物的无害化、减量化、稳定化与资源化处理，具有能耗低、效率高、占地少等优点。与传统厌氧消化相比，两相厌氧消化表现出强有机物去除能力、甲烷和氢气产量高、底物利用率和能量回收率高等特点，还可达到提高容积负荷率、减少反应容积、增加运行稳定性等目的［１］。本文主要探讨了固体有机废弃物、餐饮废弃物和有机废水等两相厌氧消化产氢产甲烷研究概况，涉及两相厌氧消化产氢产甲烷的原理、基质、处理器、有机负荷、温度、ｐＨ值和优势菌群等。１两相厌氧消化产氢产甲烷的原理２０世纪７０年代初由Ｆ．Ｇ．Ｐｏｈｌａｎｄ等报道了厌氧生物处理工艺［２］，随后，Ｇｈｏｓｈ等申请了美国专利“Ｔｗｏｐｈａｓｅａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ”［３］。与单相厌氧消化过程相比（图１），两相厌氧消化过程可提高甲烷产量的同时，还能制取氢气，其优势明显，能源产率高。基金项目：国家自然科学基金（５１３６６０１５），云南省应用基础研究基金重点项目（２０１４ＦＡ０３０），云南省新能源重大项项目（２０１５ＺＢ００１），云南省农村能源工程重点实验室基金（２０１７）和西南地区可再生能源研究与开发协同创新中心（０５３００２０５０２０５１６００９）联合资助。收稿日期：２０１９－０５－０４；２０１９－０８－０２修回作者简介：蒋金和（１９８２－），男，云南宣威人，副研究馆员，博士研究生，研究方向：生物质能与环境工程。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｈｅｊｉａｎｇ＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：张无敌（１９６５－），男，云南石屏人，研究员，博士生导师，主要从事生物质能的研究与开发利用。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｏｏｔｉｃｈａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ·６４·２０１９年第５期环保科技Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．５图１有机质单相和两相厌氧消化转化为沼气两相厌氧消化通过对两相中有机负荷率（ＯＬＲ）、接种物、温度、ｐＨ和水力停留时间（ＨＲＴ）等参数的调控，分别得到最佳的产酸菌和产甲烷菌生长条件，使串联运行的产酸、产甲烷反应器分别实现产氢和产甲烷。其优势在于：一是分别富集