本实验以葡萄糖为基质,运用两段式内循环厌氧反应器IC反应器(内循环厌氧反应器),模拟多糖类物质在厌氧消化过程中物质能量的梯级变化,得出分阶段式厌氧消化反应系统的能源转化率是高于单独反应器的能源转化率。实验使用的反应器是IC反应器,能够抵抗较强的抗冲击负荷,并且能够在相对占有较少面积的同时以较短的水力停留时间获得较高的处理效率,堪称现代有机污水处理领域中较为有效的手段之一。降解葡萄糖基质极易使反应器内部产生酸化现象从而影响反应器的正常运行,因此本实验针对这一问题设计出一套产氢产甲烷串联系统,由一对同样高效的IC厌氧反应器相串联,一台作为产氢反应器,可以起到预处理并抵抗冲击负荷的作用,另一台作为对产氢反应器出水进行进一步发酵产甲烷的反应器。实验的研究内容主要包括:(1)单独IC反应器和IC厌氧反应器串联产氢产甲烷系统的启动。(2)单独IC反应器和IC厌氧反应器串联产氢产甲烷系统在处理人工配制葡萄糖水水力参数的优化。(3)单独IC反应器和IC厌氧反应器串联产氢产甲烷系统处理人工配制葡萄糖水时的化学需氧量(COD)降解率和能源转化率。(4)单独IC反应器和IC厌氧反应器串联产氢产甲烷系统活性污泥(颗粒污泥)原核微生物多样性研究。研究结果表明:(1)在常温下,配置进水,以4g葡萄糖溶入1L水,维持COD浓度大约在1000mg/L到2000mg/L进行连续进水驯化,直到两套厌氧消化系统的COD降解率均在30%以上,并且单独的IC反应器和产甲烷反应器均有甲烷生成,此时单独IC反应器、产氢反应器和产甲烷反应器出水的p H值分别为8、5.5和7.5,此时视为两套厌氧消化系统启动成功。(2)从COD降解率来说,当进水COD浓度在6500mg/L,单独IC反应器和产甲烷反应器的水力停留时间(HRT)为15h,产氢反应器的水力停留时间为10h时,产氢产甲烷串联系统的COD降解率达到77.53%,是整个实验阶段最高的COD降解率,此时单独IC反应器的COD降解率为59.09%。然而此时两套厌氧消化系统的能源转化率均不是最高的,在进水COD浓度为5300mg/L,水力停留时间均为20h时,产氢产甲烷系统的平均能源转化率为6.29%,是试验阶段最高能源转化率。(3)p H在4.1时(既在较酸的环境下)反应器出水中丁酸含量最高,这说明此时产氢反应器发生着丁酸型发酵;p H在中性时反应器出水中丙酸含量要低于反应器偏酸或偏碱时丙酸含量,因此此时不适合产生丙酸;产甲烷反应器出水中乙酸含量没有随着HRT变化而发生很大改变,而丙酸和丁酸的含量大大减少,这说明产甲烷反应器内有转化丙酸和丁酸的细菌存在,并且能够将存在丙酸和丁酸都转化为乙酸。随着产氢产酸反应器HRT的缩短,由20h缩短为10h,产氢产酸反应器产生的气体体积增加,由550ml增加到850ml,气体中H2含量并没有随着所产生气体的增加而降低,两个阶段H2的含量没有明显变化,而CO2含量发生了变化,由33%左右增加36%左右,乙酸含量发生了降低,说明当HRT的缩短在一定程度上使反应生成的气体与乙酸之间发生了相互转化。(4)通过16S r RNA测序后分析的结果得知,产氢反应器活性污泥微生物中相对比例比较高的是厚壁菌门(Firmicutes,72.75%)、变形菌门(Proteobacteria,21.92%)、放线菌门(Actinobacteria,4.60%),产甲烷反应器中所有菌门中位居第一的是厚壁菌门(Firmicutes,66.62%),其次是变形菌门(Proteobacteria,13.86%)、螺旋体门(Spirochaetes,11.52%)、拟杆菌(Bacteroidetes,3.22%)和软壁菌门(Tener ICutes,2.06%)。古菌中主要是广古菌门(Euryarchaeota,1.29%),其他古菌占0.76%。单独IC反应器所含比例最高的是厚壁菌门(Firmicutes,66.8%),其次是螺旋体门(Spirochaetes,24%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,3%)、变形菌门(Proteobacteria,2%)和放线菌门(Actinobacteria,1%),其他菌门占1.49%。古菌中主要是广古菌门(Euryarchaeota,0.01%),其他古菌门占0.01%。Ethanoligenens是产氢反应器内特有的占有最大数量(30%)的菌种,与产氢反应器相连的产甲烷反应器内有少量的该菌种(4.5%),单独IC反应器内则无该菌种,由此可以得出该菌种的作用是产氢产酸。