二价金属离子对UASB颗粒污泥的影响_肖本益

二价金属离子对UASB颗粒污泥的影响肖本益,王瑞明,贾士儒(天津轻工业学院食品工程系,天津300222)摘要:分析了Mg2+、Ca2+、Fe2+等二价金属离子对UASB反应器中厌氧颗粒污泥的影响。关键词:UASB;厌氧颗粒污泥;Mg2+;Ca2+;Fe2+;影响中图分类号:X703.1文献标识码:B文章编号:1000-4602(2002)06-0026-03近年来发现二价金属离子对UASB反应器的运行和其中的颗粒污泥有重要作用[1、2],它们能挤压污泥(尤其是颗粒污泥)呈扩散状的双层结构,使细胞间的范德华力增强,这些二价金属离子与污泥有机质中的阴离子之间存在较强的相互作用。由于含可电离羧基的胞外聚合物(ECP)的存在使细胞带负电荷,因此这些多聚物能够吸引胞外的阳离子,产生一种将细胞束缚在一起的多聚物基质[3]。由于细胞带负电荷,阳离子会在细胞表面形成一个正电荷层,正电荷层的致密度会影响细胞与有机物之间的有效接触,因而会影响细胞的代谢过程[4]。1Mg2+的影响Mg2+是厌氧颗粒污泥灰分中的重要组分,约占3%～4%[5]。Ca2+、Mg2+、Fe2+等可能以碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐或硫化物的形式存在于颗粒污泥中[6]。在UASB中,Mg2+除了具有二价金属离子的共性外,还参与甲烷菌的能量代谢过程,可以促进其生化反应的进程,从而加速甲烷的产生。Blaylock等研究厌氧污泥中的巴氏甲烷八叠球菌的甲基转移过程发现,Mg2+参与了催化以甲醇为甲基供体和以维生素B12为甲基受体合成甲基维生素B12的过程,而后者是合成甲烷的重要前体物之一(对其他甲烷菌可能也有类似作用),但是当Mg2+浓度低时不能起到催化和促进作用。Schmidt等人发现Mg2+会影响高温厌氧污泥的微生物特征,即Mg2+会影响污泥中各种微生物的相对数量,改变其中的优势菌。当Mg2+缺乏时MethanosarcinathermophilaTM-1(TM-1型嗜热甲烷八叠球菌)十分稀少;当Mg2+浓度增加时该菌的数量也增加;当Mg2+达到30mmol/L,另外一些菌种也会受到影响[7]。当合成废水中添加0.2mmol/L的Mg2+、0.34mmol/L的Ca2+和一些微量元素时能够改善中温UASB反应器的运行和加速厌氧污泥的颗粒化。在进水中保持适量的Mg2+能改善UASB中高温厌氧污泥的沉降性能、减少被洗出反应器的污泥量,当Mg2+为0.5～10mmol/L时UASB的运行较好,缺乏Mg2+时乙酸的转化速率会明显降低,而过量的Mg2+会导致颗粒污泥的破碎、解聚。Mg2+对UASB中、高温厌氧污泥的产甲烷活性的促进作用不是很明显[3]。研究还发现4.1mmol/L的Mg2+比0.4mmol/L更能增加厌氧污泥的沉降性能[7]。Ahring等所作的研究表明,接种污泥形成颗粒污泥需要一个临界Mg2+离子浓度,其对颗粒污泥的结构和大小的影响很大。当Mg2+浓度从12mg/L降到0时颗粒污泥变得疏松,而且颗粒污泥中优势菌种由甲烷八叠球菌属转化成丝状甲烷菌属。在UASB反应器中诱使污泥颗粒化的尝试中逐渐增加Mg2+浓度,结果乙酸盐转化率增加,不久第一批颗粒污泥形成,该颗粒污泥主要是由甲烷八叠球菌构成,其乙酸降解速率相当高[4～7gCOD/(gVSS·d)][8]。2Ca2+的影响在厌氧颗粒污泥中含大量Ca元素,颗粒污泥中的Ca2+可与代谢过程中产生的CO2生成CaCO3沉淀,增加颗粒污泥的密度,改善污泥的沉降性能[6]。Grotenhuis等人用EGT络合颗粒污泥中的Ca2+,通过测定络合前后颗粒污泥的强度发现Ca2+对颗粒污泥的稳定性有重要作用[9]。另外在UASB中用·26·中国给水排水2002Vol.18CHINAWATER&WASTEWATERNo.6Ca(OH)2代替Na2CO3可以提高颗粒污泥的稳定性[10],但当Ca2+浓度过高时会形成过量的CaCO3,CaCO3附在颗粒污泥上会降低颗粒污泥的活性,不利于废水与污泥的有效接触以及进行物质与能量的交换[11]。Mahoney等人在研究Ca2+对微生物凝聚作用时,发现加Ca2+形成的颗粒污泥沉降性能好,并可加快反应器的启动。对UASB的运行来说,适宜的Ca2+浓度为80～150mg/L。当Ca2+浓度过高时颗粒污泥的活性会降低[6]。G.Lettinga等发现当Ca2+高达600mg/L时UASB对COD去除率可高达98%[12]。有研究表明,当Ca2+浓度达到3.75mmol/L时可明显促进UASB中污泥的颗粒化[3]。加入80mg/L的Ca2+可以提前使颗粒污泥出现,并且形成的颗粒污泥被多聚体膜覆盖,生物相以球菌、杆菌为主[6]。进水中Ca2+、Mg2+离子浓度不同时,降解乙酸的Mehanosarcina(甲烷八叠球菌)的形态