厌氧生物反应器快速启动技术研究进展_石宪奎

厌氧生物反应器快速启动技术研究进展石宪奎1,2倪文1江翰1(1北京科技大学土木与环境工程系,北京100083;2黑龙江科技学院资源与环境系,哈尔滨150027)摘要UASB反应器由于具有高的有机负荷、转化效率和操作简单的优点而广泛用于多种高浓度有机废水的处理。能否成功地培育颗粒污泥,是反应器能否高效和稳定运行的关键。介绍了国内外几种快速启动厌氧生物反应器的方法及效果,其中包括投加无机絮凝剂或高聚物,投加细微颗粒物及选择压理论,这对废水处理的工程实践具有一定的指导意义。关键词厌氧生物反应器生物处理快速启动2003年黑龙江省教育厅科技项目(10531144)。从20世纪70年代开始,大批高速厌氧生物处理技术迅速发展,到今天,厌氧生物处理技术特别是UASB反应器作为高效、低耗的废水处理工艺已经得到国内外众多研究者和企业的普遍承认。但是,在国内大量应用高效厌氧生物反应器的工程实践中,仍然遇到了许多问题,如:颗粒污泥的形成与活性保持,即快速启动问题,颗粒污泥的形成机制以及优化启动措施一直是各国学者关注的课题。关于丝状菌起主导作用的缠绕效果,胞外多聚物(ECP)的粘合作用,微细粒子形成亚核作用以及某些无机离子促进颗粒化的作用均已有报道。这些研究工作从不同的角度强调了生物反应体系中微生物种属、代谢产物以及外加物质的效应。以下对加速污泥颗粒化的研究进展做一综述。1投加无机絮凝剂或高聚物为了保证反应器内的最佳生长条件,必要时可改变废水的成分,向进水中投加营养物、维生素和促进剂等。Macarie和Guyot[1]研究发现,在处理难生物降解有机污染物亚甲基安息香酸废水时,向废水中投加FeSO4和易生物降解培养基,可以有效地降低原系统的氧化还原能力,达到一个合适的亚甲基源水平,缩短UASB的启动时间。Imai[2]研究了向接种污泥中添加吸水性聚合物(WAP)的作用。WAP主要成分为丙烯酸颗粒树脂,具有可供微生物附着,比表面积高的复杂网状结构,而且密度低(湿密度1g/mL),与砂及其他物质相比易与微生物接触与附着。WAP的添加明显强化了以葡萄糖或VFA为基质的实验室规模和中试规模UASB反应器的颗粒化过程。在颗粒污泥形成之后WAP被厌氧微生物慢慢降解,形成的颗粒污泥不包含肉眼可见的WAP颗粒。根据文献[2]报道,用于强化颗粒化过程的反应器内WAP投加量约为750mg/L。王林山等人[3]向厌氧接种污泥中投加膨润土(BT)和聚丙烯酰胺(PAM),采用常温间歇式进料,在一个月内获得了颗粒污泥。膨润土的特征成分是蒙脱石,因而有许多独特的性质。蒙脱石带永久负电荷,可以靠静电吸附带正电荷的粒子;膨润土粉碎后,蒙脱石表面Si—O—Si键和Al—O—Al键破裂成为断键,可以与有机物形成共价键,成为吸附中心;在弱酸性介质中,蒙脱石表面带正电荷,吸附带负电荷的粒子。污泥和细菌表面带负电荷,有相互排斥倾向,在没有外力作用的情况下,不易聚集,加入膨润土后,污泥与膨润土充分接触。通过荧光显微镜观察,在蒙脱石表面,吸附着大量丝状菌、杆状菌,还有少量球状菌,但仍然是分散体系。加入PAM后,PAM的酰胺基与蒙脱石生成氢键,起吸附架桥作用,从而使膨润土、污泥和细菌聚集成直径0.5～3mm的絮凝团,成为颗粒污泥生长核心。絮凝团丝状菌网络内菌体继续生长,使其成为密实的、近似球形的颗粒污泥,对提高反应器效率,减少污泥流失,具有一定的实用价值。2投加细微颗粒物多位研究者研究了颗粒化中惰性颗粒的作用。给水排水Vol.30No.11200457DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2004.11.021Lettinga等人[4]的研究表明粘土和其他无机颗粒似乎对颗粒污泥的形成有害。他们的实践表明:在没有分散无机物质环境中能形成很好的颗粒污泥,其挥发性固体含量很高。另一种观点认为:有助于悬浮污泥形成颗粒污泥的因素之一是存在微生物附着生长的晶核或生物载体。微生物附着在这些颗粒上是颗粒化的第一步。因为第二步是在丛生群落或惰性载体上形成致密和厚实的生物膜,这一步可认为是形成生物膜。换句话说,如果初始聚合体形成,其后颗粒化过程只是生物膜厚度的增加。所以,添加惰性载体的UASB反应器中污泥颗粒化过程可解释为生物膜形成。周律[5]在反应器中投加了少量陶粒、颗粒活性炭等,启动时间明显缩短,这部分细颗粒物的体积约占反应器有效容积的2%～3%。用石化厂含有机氯化物的废水进行对比试验表明,在其他条件相同时,投加粒径小于0.4mm的颗粒活性炭后,启动时间几乎缩短了一半。启动阶段投加的细颗粒物似乎仅起着初期颗粒污泥晶核的作用,这是利用颗粒物的表面性质,在短期内加快那些易于形成颗粒污泥的细菌在细颗粒物表面的富集。另外,初期投加细颗粒物后,系统的稳定性和最大有机负荷都有明显的提高。试验中还发现,以前启动UA