UASB启动过程中污泥颗粒化的形成机制_初里冰

环境科学与技术UASB启动过程中污泥颗粒化的形成机制初里冰,张兴文,杨凤林,李晓惠(大连理工大学环境与生命学院,大连116023)摘要:以好氧消化污泥接种启动UASB反应器过程大致分为三个阶段:适应驯化阶段、颗粒污泥的形成阶段和成熟阶段。反应器的容积负荷由0.56gCOD/L/d逐渐增加到4.4gCOD/L/d,溶解性COD的去除率80%。扫描电镜观察培养的颗粒污泥以丝状菌为主。关键词:UASB反应器;启动;颗粒污泥中图分类号:X705文献标识码:A文章编号:1003-6504(2005)02-0022-03污泥颗粒化过程是微生物自发的固定过程。培养颗粒污泥的意义在于它具有较高的沉降速度和高的比产甲烷活性。颗粒污泥良好的沉降性能使厌氧污泥最大限度的保留在反应器内,从而容许厌氧反应器有较高的容积负荷和水力负荷。污泥颗粒化是大多数UASB反应器启动的目标和启动成功的标志[1]。本文研究以好氧消化污泥接种启动UASB反应器,考察了颗粒污泥的形成过程及各项工艺运行条件,为在实际生产中培养颗粒污泥提供依据。1试验材料与方法1.1试验装置与流程反应装置见图1。UASB反应器由PVC制成。下部为反应区,容积3.3L;上部为沉淀区,容积1.4L。反应器温度通过外部的水浴套管控制在30℃。图1反应装置图试验进水采用合成废水,组成(mg/L):白糖,720;淀粉,150;蛋白胨,150;酵母膏,100;尿素,30;NH4Cl,50;K2HPO43H2O,40;MgSO47H2O,12;CaCl2,10;FeCl36H2O,10。同时加入NaHCO3保持适当的pH缓冲能力。进水COD在1000mg/L左右。进水由计量泵送入反应器底部,沉淀区出水经水封排出;产生的气体由三相分离器的顶部排出,经气液作者简介:初里冰(1971-),女,讲师,博士,主要研究方向为废水的生物处理和膜生物反应器,(电话)0411-4706172。离罐、水封进入湿式气体流量计计量。接种污泥采用大连市春柳河污水处理厂二沉池的好氧消化污泥。该消化污泥在实验室密封保存20d,不定期加入合成废水培养。反应器接种污泥的浓度为11.7gVSS/L,VSS/TSS为52.6%,SVI值为83.9mL/gTSS。1.2分析方法COD、总悬浮固体(TSS)、挥发性悬浮固体(VSS)采用标准方法[2];沼气中的甲烷含量用岛津公司的GC-14C气相色谱仪测量;挥发性脂肪酸(VFA)采用蒸馏法。污泥的最大比产甲烷活性采用Joo-HwaTay所述方法[3],葡萄糖作为底物,温度30℃。污泥的粒径分布采用A.Laguna所述方法[4]。颗粒污泥的扫描电镜和透射电镜观察采用EM-1200EX,JEOL。扫描电镜的制作过程:2.5%戊二醛固定→磷酸缓冲溶液清洗→50%、70%、80%、90%、95%和100%乙醇溶液脱水→叔丁醇洗3次,每次10min→冷却后抽真空使叔丁醇升华→用导电胶将样品固定在台上,用离子溅射仪(IONSPUTTER,JFC-1100)溅射,镀上一层金属膜→电镜观察。透射电镜制作过程:将污泥捣碎,加入去离子水制成悬浮液;取上清液用2%磷钨酸染液染色后电镜观察。2试验结果与讨论2.1反应器的启动和污泥颗粒化进程反应器启动过程的实质是微生物逐渐适应新的环境,伴随微生物种群及污泥形态的变化而建立新的生态系统过程。试验过程中,以溶解性COD(CODdis)去除率作为增加负荷的指标。当CODdis去除率稳定达到80%时即增加进液流量,相应地反应器的容积负荷逐渐增加,水力停留时间(HRT)逐渐降低。反应器进水pH6.5～7.2,出水pH6.6～7.6,碱度330.3～770.7mg/L;进水COD、出水CODdis、CODdis去除率变化,出水VFA、TSS浓度变化见图2。根据图2至图4所示情况,UASB反应器启动过程大致分为三个阶段:22第28卷第2期2005年3月DOI:牨牥牨牴牰牱牪牤jcnki牨牥牥牫牠牰牭牥牬牪牥牥牭牥牪牥牨牥适应驯化阶段、颗粒污泥的形成阶段和成熟阶段。图2反应器的操作参数和处理结果适应驯化阶段是接种污泥对底物的逐渐适应过程,通常接种污泥所含厌氧菌数量愈丰富、种类愈多,驯化阶段持续的时间愈短。由于以好氧消化污泥接种,污泥的活性低,这一阶段维持较长时间(40d),初始容积负荷0.56gCOD/(Ld),污泥负荷0.05gCOD/gVSS/d,水力负荷0.04m3/(m2h)-1,这一阶段几乎没有沼气产生。经过驯化阶段的运行,反应器内厌氧菌的数量和种类都有所增加,反应器进入颗粒污泥的形成阶段(共80d).容积负荷由1.09gCOD/L/d,水力负荷0.08～0.22m3/(m2h)-1启动第50d开始观察有沼气产生,随着时间的动行产气量逐渐增加,沼气产量0.96～1.78L/d,