要維持傳統(tǒng)的單相厭氧反應(yīng)器的正常、高效的運(yùn)行，就必須在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)維持發(fā)酵和產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌這兩類特性迥異的細(xì)菌之間的平衡，即要保證由前者所產(chǎn)生的有機(jī)酸等產(chǎn)物能夠及時(shí)有效地被后者所利用并最終轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等無機(jī)終產(chǎn)物，否則，就會造成反應(yīng)器內(nèi)有機(jī)酸的積累，嚴(yán)重時(shí)就會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)pH值的下降，進(jìn)一步對產(chǎn)甲烷細(xì)菌的活性和代謝能力產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的抑制作用，導(dǎo)致厭氧反應(yīng)器出現(xiàn)“酸化現(xiàn)象”[1]

由于產(chǎn)甲烷細(xì)菌對環(huán)境條件的要求遠(yuǎn)高于發(fā)酵和產(chǎn)酸細(xì)菌，而且產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生長速率又遠(yuǎn)低于發(fā)酵和產(chǎn)酸細(xì)菌，因此在運(yùn)行傳統(tǒng)的單相厭氧反應(yīng)器時(shí)，一般首先按照產(chǎn)甲烷細(xì)菌的要求來選擇運(yùn)行條件，而且還會采取一些措施來盡量維持兩者之間的平衡。因此可以說，在傳統(tǒng)的單相厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行中，在一定程度上犧牲了第一階段細(xì)菌的部分功能，以保證產(chǎn)甲烷細(xì)菌能處在最佳的環(huán)境條件下。如在國外絕大多數(shù)的厭氧反應(yīng)器都會采取加熱和保溫的措施，以保證反應(yīng)器內(nèi)的溫度處在產(chǎn)甲烷細(xì)菌的最佳溫度范圍內(nèi)，即35~37℃(中溫運(yùn)行的反應(yīng)器)或者是55~65℃(高溫運(yùn)行的反應(yīng)器);為了確保反應(yīng)器內(nèi)的pH值是被控制在產(chǎn)甲烷細(xì)菌的最適范圍內(nèi)(6.8~7.2)，一般的厭氧反應(yīng)器都設(shè)置了在線pH值控制裝置將反應(yīng)器內(nèi)的pH值控制在所設(shè)定的范圍之內(nèi)。

設(shè)計(jì)者也會選擇其他方式來盡可能地保證反應(yīng)器的正常運(yùn)行，一般主要有兩個(gè)措施:

①降低設(shè)計(jì)負(fù)荷，這樣可以保證反應(yīng)器在相對較低的負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行，兩大類細(xì)菌之間的平衡也相對較為容易保持，但是這樣一來卻增大了反應(yīng)器的容積和基建投資;

②增加進(jìn)水中的投堿量，使反應(yīng)器內(nèi)維持較高的堿度，保證反應(yīng)器內(nèi)的 pH值維持在產(chǎn)甲烷細(xì)菌所要求的范圍內(nèi)，但是這樣增加了反應(yīng)器的運(yùn)行費(fèi)用。

兩相厭氧生物處理工藝在一定程度上克服了單相反應(yīng)器的上述缺陷，在工藝上有了很大的變革。兩相厭氧生物處理技術(shù)的研究，早期主要集中在應(yīng)用動力學(xué)控制法實(shí)現(xiàn)相分離方面，所采用的試驗(yàn)裝置多為完全混合反應(yīng)器。試驗(yàn)結(jié)果表明，控制水力停留時(shí)間或有機(jī)負(fù)荷能夠成功地實(shí)現(xiàn)相分離。20世紀(jì)80年代，視產(chǎn)甲烷階段為系統(tǒng)的限速步驟而從微生物學(xué)、動力學(xué)等角度開展研究，尋求系統(tǒng)高效處理的條件。從國內(nèi)外的兩相厭氧系統(tǒng)研究所采用的工藝形式看，主要有兩種:一種是兩相均采用UASB反應(yīng)器;一種是稱作Anodek工藝，其特點(diǎn)是產(chǎn)酸相為接觸式反應(yīng)器(即完全式反應(yīng)器后設(shè)沉淀池，同時(shí)進(jìn)行污泥回流)，產(chǎn)甲烷相則采用UASB反應(yīng)器。國內(nèi)常采用前一方式，國外常采用后者。關(guān)于何種廢水適合于采用兩相厭氧生物處理工藝，觀點(diǎn)不一、Massey和Pohland[2]認(rèn)為適用于可溶性底物較多的廢水;Kisaalita等[3]認(rèn)為對于易于酸化的有機(jī)廢水(如含乳清和乳糖等)采用兩相處理工藝更易于控制運(yùn)行的穩(wěn)定性;而Hobson[則認(rèn)為如果發(fā)酵的第一步是聚合物的水解，則兩相工藝是不可行的，因?yàn)檗D(zhuǎn)化需要延長停留時(shí)間?？傊?，普遍認(rèn)為兩相厭氧生物處理工藝適合于處理易酸化的可溶性有機(jī)廢水。任南琪教授[5]根據(jù)研究提出，復(fù)雜的有機(jī)污染物(包括剩余活性污染)的發(fā)酵確需較長的時(shí)間，限速步驟往往為產(chǎn)酸階段，但采用相分離技術(shù)，創(chuàng)造有利于發(fā)酵細(xì)菌的生態(tài)環(huán)境，無疑會提高系統(tǒng)的處理能力，相對縮短水力停留時(shí)間，使之優(yōu)于單相厭氧生物處理工藝。

在廢水兩相厭氧生物處理系統(tǒng)中，產(chǎn)酸相反應(yīng)器能否為后續(xù)的產(chǎn)甲烷相提供適宜和穩(wěn)定的底物，對產(chǎn)甲烷相的物質(zhì)代謝速率乃至整個(gè)厭氧系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。有關(guān)研究表明、水力停留時(shí)間、污泥齡、有機(jī)負(fù)荷、pH、溫度、氧化還原電位P)末端發(fā)酵產(chǎn)物組成都有明顯的影響。任南琪等[5]通過長期的連續(xù)流試驗(yàn)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)酸相末端發(fā)酵產(chǎn)物的分布，完全決定于上述各種生態(tài)因子綜合作用下出現(xiàn)的一些優(yōu)勢種群的個(gè)體代謝特點(diǎn)，即當(dāng)產(chǎn)酸相環(huán)境最適合某一種群的生長繁時(shí)，這一種群就會很快在與其他種群的競爭中取勝并成為優(yōu)勢種群，此時(shí)優(yōu)勢種群所進(jìn)行的生理代謝總體表現(xiàn)為以某種揮發(fā)性脂肪酸(如丙酸、丁酸、乙酸)和醇類(如乙醇)為主的發(fā)酵類型群。一般可將產(chǎn)酸相的菌群代謝途徑根據(jù)穩(wěn)定期的末端產(chǎn)物組成分為三種類型，即丁酸型發(fā)酵、乙醇型發(fā)酵和丙酸型發(fā)酵。

研究認(rèn)為，產(chǎn)酸相形成何種發(fā)酵類型主要受限制性生態(tài)因子pH值、ORP和溫度等多個(gè)因素的制約，任南琪和劉艷玲等[6]發(fā)現(xiàn)，在溫度恒定、不調(diào)進(jìn)水pH值的情況下，發(fā)酵類型與反應(yīng)器啟動伊始接種污泥的微生物種類和污泥濃度、啟動時(shí)的污泥負(fù)荷、容積負(fù)荷大小以及負(fù)荷的提高方式等緊密相關(guān)。從生理生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)分析，環(huán)境中生態(tài)因子的改變都會對生境中的微生物產(chǎn)生影響，這將導(dǎo)致微生物體內(nèi)的生理代謝反應(yīng)發(fā)生變化以適應(yīng)生境中生態(tài)因子的改變，其結(jié)果表現(xiàn)為代謝產(chǎn)物組成乃至發(fā)酵類型的改變。從上述各發(fā)酵類型的典型產(chǎn)物的組成及不同發(fā)酵類型的形成過程分析，不同發(fā)酵類型的典型產(chǎn)物形成并穩(wěn)定決定于不同生態(tài)因子下形成的優(yōu)勢種群的總體代謝特征。當(dāng)生態(tài)因子發(fā)生某種改變時(shí)，即使是發(fā)酵類型沒有發(fā)生根本性的改變，這些發(fā)酵優(yōu)勢種群亦將因機(jī)體內(nèi)生理代謝的調(diào)節(jié)過程而引起各種末端發(fā)酵產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率發(fā)生改變。近幾年來，研究工作集中在末端發(fā)酵產(chǎn)物的分析和控制，利用微生物學(xué)、傳質(zhì)動力學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)等手段，人為調(diào)控產(chǎn)酸相的發(fā)酵類型，提供給產(chǎn)甲烷相最適的底物，從而提高系統(tǒng)的整體處理水平。

就本質(zhì)而言，兩相厭氧生物處理系統(tǒng)仍是一個(gè)人工創(chuàng)建的微生物生態(tài)系統(tǒng)，使兩大類微生物分別在各自最佳條件下發(fā)揮其最大的代謝能力，從而使整個(gè)工藝達(dá)到更好的處理效果，擴(kuò)大厭氧處理工藝的處理能力和提高工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性。隨著現(xiàn)代高效厭氧消化技術(shù)的興起和發(fā)展，兩相厭氧消化工藝受到人們越來越多的重視，得到了多方面的的究和應(yīng)用。