俞漢青教授:厭氧處理技術的困境和出路

2020-12-01 北極星環保網

俞漢青教授：厭氧處理技術的困境和出路

北極星水處理網訊:厭氧處理技術是實現有機物能源化和生物強化技術創新研究的重點。在2020（第二屆）中國城市水環境與水生態發展大會上，中國科學技術大學俞漢青教授作了《厭氧處理技術：困境和出路》的報告，系統介紹了厭氧處理的發展歷史，實用性厭氧技術的進展及近年來在厭氧領域的研究探索，並分享了他對厭氧處理技術未來研究方向的一些思考。

厭氧處理發展簡史

美國史丹福大學Perry L.McCarty教授於1985年在廣州第四屆國際厭氧消化大會作了「厭氧處理一百年」的報告，系統回顧了厭氧處理的發展歷史：1880年~1950年間開發的第一代厭氧反應工藝（傳統化糞池和厭氧汙泥接觸工藝），水力停留時間長（14天），效率低；1969年McCarty教授的學生James Young發明了厭氧濾池，實現了固體停留時間和水力停留時間的分離，水力停留時間縮短至8小時，實現了廢水的常溫厭氧處理；之後M.P.Bryant教授提出了厭氧處理的「水解酸化、發酵產酸、產甲烷」三階段理論，至此奠定了現代厭氧處理的技術和理論基礎。荷蘭瓦赫寧根大學Gatze Lettinga教授在厭氧濾池基礎上進行了改進，發明了第二代厭氧反應器-UASB上向流厭氧汙泥床反應器，處理效率更高，運行更穩定，之後他又發明了流化狀態的反應器，即EGSB厭氧顆粒汙泥床反應器，並與荷蘭帕克公司(PAQUES)合作開發了IC內循環厭氧汙泥床反應器，這些被稱為第三代厭氧生物反應器。上世紀80年代末90年代初是整個厭氧處理技術研發和運用的巔峰時代。

實用性厭氧技術的發展

俞漢青教授介紹了相關實用性厭氧技術及其進展，主要包括：

厭氧生物脫硫：PAQUES公司和Lettinga教授合作開發了SULFATEQ工藝，將硫酸鹽還原成為S0，實現硫回收；開發了THIOTEQ Metal工藝，將重金屬以硫化物的形式沉澱回收。

零價鐵促進厭氧廢水處理技術：零價鐵或鏽蝕鐵屑的加入顯著提高厭氧反應器的處理效率，大連理工大學張耀斌教授、全燮教授已將這種技術應用於製藥廢水、化工廢水和汙泥處理工程。

厭氧處理系統營養回收集成技術：中科院城市環境研究所趙全保博士等人的專利技術，即利用空氣、廢熱、可再生電和硫酸，生產A級粗纖維、硫酸銨肥料和富磷有機肥，並在養雞場、養牛場等開展了技術示範。

厭氧處理反應器診斷和預警技術：針對厭氧反應器運行不穩定的問題，俞漢青教授團隊開發了在線監測系統、新型評估指標及智能診斷軟體，構建了厭氧處理反應器診斷和預警系統，建立了厭氧反應器預警示範工程。

無需三相分離器的新一代高速厭氧反應器技術：俞教授最後介紹了PAQUES公司的BIOPAQ®ICX產品，通過創新性一級氣水分離、二級泥水分離設計，進一步提升了反應器的單位體積負荷率，提高了生物質的截留效率。

近年來在厭氧領域的研究探索

俞教授介紹了近年來在厭氧領域的研究探索，主要包括：當前熱門的微生物種間直接電子傳遞（DIET）研究、俞教授團隊開展的轉化纖維素類廢物的人工瘤胃仿生系統研究、厭氧發酵產品的高值化（生產中鏈脂肪酸、聚羥酸丁酸酯PHA/PHB）研究、微生物燃料電池（MFC）研究及厭氧膜生物反應器（AnMBR）研究，並簡要點評了上述研究的發展瓶頸或前景。

厭氧處理技術的出路

針對厭氧處理技術的未來發展方向，俞漢青教授認為，應深入推進基因組學、轉錄組學、蛋白質組學及代謝組學等多維組學技術在厭氧處理系統中的應用；藉助合成生物學的發展，從「自上而下解耦微生物」轉變為「自下而上重構微生物組」；推進基因編輯技術的環境應用，並介紹了團隊利用基因編輯的方法重塑希瓦氏菌的胞外電子傳遞路徑、提高了汙染物降解能力的研究結果；以及新近發現的細菌厭氧合成乙烯和甲烷的新途徑，提示未來可聚焦於生物產乙烯等。

最後，俞教授分享了他對厭氧技術未來研究方向的建議，包括傳統厭氧技術（如厭氧酸化、兩相厭氧）的再探索、城市汙水/生活汙水厭氧處理技術、微生物組學的應用、合成生物學新方法和基因編輯新技術的應用以及厭氧處理功能的拓展。

原標題:中國科大俞漢青教授 | 厭氧處理技術：困境和出路（附視頻）

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