产氢产甲烷系统具有抗冲击能力强,能源回收效率高等特点,是目前厌氧消化领域比较认可的一种有机废水处理工艺。人们通常采用两个或两个以上厌氧消化器串联组成两相厌氧消化系统,此系统抗冲击能力强,气体产量和成分均高,但实际操作不方便,运行成本过高。而在一定程度上可以实现相分离,达到产氢相和产甲烷相分离的效果,是目前产氢产甲烷领域比较先进的手段之一。目前,针对厌氧折流板反应器产氢产甲烷已取得一些进展,但针对其中的优势菌群与运行参数之间的关系尚未有明确报道。因此,本文以人工配置葡萄糖液为原料,采用自行设计的四格室厌氧折流板反应器在室温条件下进行产氢产甲烷研究,主要研究内容如下:⑴厌氧折流板反应器产氢产甲烷耦联研究,考查在不同有机负荷条件下,反应器的运行参数,以期获得最佳运行工艺参数;⑵厌氧折流板反应器相互关联优势菌群活性污泥稳定性研究,在稳定运行的厌氧折流板反应器发酵产氢-产甲烷过程中,通过富集驯化产氢产甲烷活性污泥,获得正常运行的厌氧折流板反应器中优势菌群活性污泥与调控因子的关联模式。考查有机负荷对微生物群落演替的影响以及微生物群落与挥发性有机酸之间的关系。研究结果表明:⑴以人工配置葡萄糖废水为原料,以厌氧折流板反应器作为研究对象,当进水COD浓度为4500mg/L,HRT=3d时,整个厌氧折流板反应器产氢产甲烷系统的运行效果最佳,其COD去除率为56%,能源回收效率达到25%。通过研究对比,当系统有机负荷高于2.0 kg/m3.d时,产甲烷阶段开始酸化,COD去除效率低于25%,能源回收低于10%,且此运行过程中产氢段的COD去除率和能源回收效率分别占总体的80%以上。因此,产甲烷阶段是否成功运行是厌氧折流板反应器产氢产甲烷系统运行成功的关键。厌氧折流板反应器的各格室的发酵中间产物即挥发性有机酸浓度及组成结构随着有机负荷率的增加,也出现了规律性变化。产氢段以乙酸为主,运行至最后阶段,即HRT=2d时,产甲烷段VFA s快速上升,出现严重酸化现象。通过对各个格室氢气和甲烷含量及COD去除率的分析发现,采用提高HRT降低OLR的方式,可在一定程度上缓解“酸溺”现象,恢复格室3和格室4的产甲烷能力。且与单独产氢或单独产甲烷系统相比较,厌氧折流板反应器产氢产甲烷系统的能源回收效率最高,分别是单独产氢系统和单独产甲烷系统的3.19倍和1.46倍。⑵厌氧折流板反应器产氢产甲烷系统的微生物群落较为丰富,其中细菌的群落多样性远远高于古菌。并且就微生物的群落丰度而言,此厌氧折流板反应器产氢产甲烷系统已就基本实现相分离的功能,产氢系统和产甲烷系统的OTU差异较为明显,其中产氢系统的优势菌门是厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes),优势菌属是梭菌属(Clostridium)、肠杆菌属(Enterobacter)。产甲烷系统也与产氢系统中优势菌群相同,但还有的广古菌门(Euryarchaeota),优势菌属有梭菌属(Clostridium)和甲烷鬃毛菌属(Methanosaeta),即由格室1和格室2中的产氢细菌过渡到格室3和格室4中的以乙酸盐裂解产生甲烷的产甲烷菌。以上这些微生物类群的种类和数量会有机受到有机负荷率的影响,优势菌群可能相非优势菌群转化。但由于发酵原料以及非生物因子的调控,可能会影响微生物的演替。并且,产氢相中乙酸和丁酸的含量与梭菌属和肠杆菌属等产氢产酸细菌的比例成正比。但是产甲烷相由于产甲烷菌能够利用乙酸生成甲烷以及通过氢气还原二氧化碳生成甲烷,故其乙酸含量不可控。