二相UASB工艺微生物生态学的研究_竺建荣

2902年5月中国沼气C五inaBiogas第10卷第2期二相UASB工艺微生物生态学的研究竺建荣胡纪革顾夏声(清华大学环境工程系,北京)摘要采用Hugnate严格仄氧操作技术,以人工葡萄糖配水为基质,对二相UASB,工艺的微生物生态学特性进行了初步研究。产酸相中,发酵细菌占优势,达107个/ml,比产氮产乙酸细菌和产甲烷细菌高2~3个数量级.产甲烷相中,发酵细菌,产氮产乙酸细菌和产甲烷细菌含量相差不大(约10`个/ml),因此,产甲烷相的建立依赖于三大类微生物类群的良好代谢平衡。与对照的单相UASB反应器相比,二相UASB工艺的产甲烷相反应器产氮产乙酸细菌量较高,发酵细菌量较低,产甲烷细菌量则非常接近。这种细菌生态分布的差异,可能是导致反应器运行稳定性不同的原因之一。关键词二相工艺微生物生态UASB反应器二相UASB工艺是一种新型的厌氧消化技术〔’~3〕.它的成功运行依赖于相的分离和颗粒污泥的培养。相分离的概念是从微生物学角度提出来的〔4〕.由于发酵细菌与产甲烷细菌在形态、生理生化特性和环境生长条件等方面存在着很大差异,所以,如能在不同的反应器中分离和培养优势发酵细菌和产甲烷细菌,将有助于发挥微生物的各自作用,改善整个厌氧消化系统的处理效能,缩短停留时间,提高运行稳定性,加强运行控制水平。迄今为止,试验工作大多侧重于二相厌氧消化工艺方面的研究〔“.“〕,而从微生物学角度的研究较少。另外,有人从微生物学角度提出〔7〕,厌氧消化分成不同的阶段不一定有益,理由是相分离改变了有机酸代谢的平衡稳定性和连续性。L毗inga等人也报道〔`〕,对于UASB反应器而言,处理一般高浓度有机废水时没有必要采用二相厌氧消化系统。因此,开展二相UASB工艺微生物学特性的研究,已是探讨二相UASB工本研究得到国家自然科学基金资助,特此致谢.本义收稿日期:z。。l一05一15,修回;z。。l一09一03艺运行性能的一个重要方面。本文报道了以人工葡萄糖配水为基质,采用Hungate严格厌氧操作技术,研究二相UASB工艺微生物生态学特性的初步试验结果。材料和方法试验装置如图1所示.产酸相和产甲烷相均为UASB反应器,容积分别为2.45L和3.soL,有效容积分别为2.28L和3.30L。试验计算负荷时,均以有效容积所承受的进水COD表示。作为试验对照的单相UASB反应器结构与产甲烷相反应器相同。试验基质为工业葡萄糖配制的人工合成废水,COD浓度2000、g000mg/L,C:N:P=150:5:1.试验常规分析项目(包括COD,pH,碱度,55,VSS等)均采用标准方法测定(9〕。气体组分采用气相色谱仪以热导池检测器测定,有机酸采用气相色谱仪以氢火焰离子检测器测定。21992年5月中国沼气第01卷第2期0.0029,蒸馏水,00001,pH7.2~7.4,H百:CO:=8。:20(v/v).结果与讨论图1试验装置示意图1.配水槽2.柱塞泵3.UASB反应器4.水封管5.气体流量计I一产酸相l一产甲烷相一、低负荷坛行状态的微生物生态分布为了讨论问题的万便,二相UASB工艺的运行试验分为低负荷运行和高负荷运行二种状态。负荷的划分以产甲烷相反应器的容积负荷为标准,小于lokgCOD/m二d的运行定为低负荷运行状态。它主要包含反应器的启动阶段和颗粒污泥培养阶段。其微生物生态分布见图2。从图2可以看出,产嗽箱中发醉细菌的生一长占优势,细位含旦为1.5x10已~3.0又10。个/ml。也就是说,有机物的厌氧降解以发酵细菌的代谢反应为主。与产甲烷细菌相比,发酵细菌的含量高出3~4个数量级.这种细菌含量上的悬殊差异导致有机物厌氧降解的不平衡.发酵细菌产生的有机酸,不能被产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌有效地转化,以中间代谢产物的方式出现,从而显示出产酸相反应器的特征.由此表明,根据微乙乙口廷二卫〔乏习发亩细自产氢产乙酸细菌产甲烧细菌.l0Q’微生物的培养采用Hun艺吐e严格厌氧操作技术.细菌的计数采用三管最大可能数(MPN)法,并以发酵细菌、产氢产乙竣细菌和产甲烷细菌等作为微生物生态的研究指标.污泥取样后,首先经Warinog捣碎机慢速档粉碎45秒,如此制备得到均匀细小的菌体悬浮液,然后进行系列梯度稀释并接种培养.发酵细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌分别培养一周、三周和四周后,观察生长结果,同时以HZ/CO:、H:和有机酸、CH`的测定分别作为三类细菌的辅助生长指标,最后计算结果。各类细菌的计数培养基组分如下〔`o〕.发酵细菌:葡萄搪切g,蛋白陈59,牛肉膏39,NaC3’g,半肌氨酸0.59,刃天青0.0029,燕馏水1000ml,pH7.2、7.吐.产氢气乙酸细菌:CHsCH:COONa30mmoles,CH,CH:-CH:C00Na30沮皿01。:,CH。CHOHC00Na