EGSB反应器的启动及微生物相变化研究

EGSB反应器的启动及微生物相变化研究王强1，王路光2，王靖飞2，田在峰2(1.河北大学化学与环境科学学院，河北保定071002；2.国家环境保护制药废水污染控制工程技术中心，河北省水环境科学试验室，河北省环境科学研究院，河北石家庄050051)[摘要]EGSB反应器是在UASB反应器的形式上改进而来的新一代反应器，被认为是最有前途的高效厌氧反应器。采用小试规模的EGSB反应器，以葡萄糖模拟废水为处理对象，考察了其启动运行的规律及特点。反应器在中温条件下稳定运行60d，容积负荷达12kgCOD/（m3·d），COD去除率达到95%以上，成功地实现了启动。同时，在启动过程中不同阶段对颗粒污泥形态特征及微生物相进行了观察，系统地研究了其变化情况。[关键词]EGSB反应器；启动；颗粒污泥；微生物相[中图分类号]X703.3[文献标识码]A[文章编号]1003-5095(2008）04-0022-04厌氧生物处理技术至今已有100多年的发展历史，1974年荷兰的Lettinga等开发出上流式厌氧污泥床（UASB）反应器[1]，实现了污泥停留时间和水力停留时间的分离，增加了反应器内污泥的浓度，提高了处理效率，但是由于其不能保证进废水与活性污泥之间的充分接触，使得这种类型的反应器的应用受到了限制。本研究采用第三代厌氧反应器——EGSB反应器，虽然在结构形式、污泥形态上与UASB有很大的相似之处，但其在运行特征上与UASB又有较大的区别。EGSB增加了出水循环系统，有效提高了反应器中液体上升流速，高的上升流速使颗粒污泥床处于膨胀状态，在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，既能保持较大的污泥量又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，达到了真正高效的目的，成为当今最受瞩目的高效厌氧反应器之一[2，3]。本研究采用中、高浓度葡萄糖模拟废水，在中温条件下对EGSB反应器的启动运行情况进行了研究，系统地考察了颗粒污泥在启动过程中不同阶段的形态特征和微生物相的变化情况，为EGSB反应器的应用提供了科学的依据。1实验装置、材料与方法1.1实验装置本研究所采用的装置及工艺流程如图1所示。反应器由圆柱形有机玻璃加工而成，反应器的反应区体积为13.4L，反应区高径比为20∶1。反应区外部采用保温避光材料包裹，并用循环加热水浴对保温层中的水进行循环加热，以保持反应区内温度在35～38℃之间。图1EGSB反应器及工艺流程1进水箱；2进水泵；3EGSB反应器；4循环加热水浴；5出水箱；6回流泵；7出水；8取样口；9三相分离器；10水封瓶；11湿式气体流量计；12碱液；13湿式气体流量计1.2实验用水采用模拟有机废水，用葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾按COD∶N∶P=200∶5∶1的比例配制而成。同时加入Fe2+、Co2+、Mn2+、Ni2+、Mo2+等微量元素，并根据运行情况加入适量Na2CO3以维持反应器内部的pH值在6.8～7.5之间。1.3接种污泥接种污泥为取自某淀粉厂UASB反应器中的颗粒污泥，污泥的VSS/SS=0.89。接种量为7L，反应器内的污泥浓度约为20gVSS/L。1.4主要分析项目COD：HACH45600型COD快速测定仪；pH：采用电极法[4]；碱度：采用标准酸碱滴定法[4]；悬浮固体(SS)和挥发性悬浮固体(VSS)：重量法[5]；VFA：Dionex-600离子色谱；颗粒污泥的扫描电镜观察，基本过程为：样品的取材与固定，冷冻干燥，喷金，电镜观察，照相；颗粒污泥沉速：参考文献[6]。2实验结果及讨论2.1反应器启动运行过程及结果启动过程总共经历了60d，可以分为颗粒污泥驯化期（1～22d）和容积负荷提高期（23～45d），启动完成期（46～60d）。反应器的整个启动过程中运行参数变化如图2、图3所示。时间/d图2EGSB反应器进出水COD浓度及COD去除率变化情况启动期运行情况时间/d图3EGSB反应器容积负荷、pH值及水力停留时间变化情况2.1.1颗粒污泥驯化期启动初期在低浓度、低流速的条件下运行，对颗粒污泥进行驯化。反应器启动的容积负荷约为4kgCOD/（m3·d），进水COD浓度约为2000mg/L，水力停留时间为12h。在最初两天里，COD去除率在85%以上，可见接种污泥活性较好。在第5天，以1∶1启动出水回流。上升流速提升初期污泥流失现象比较严重，絮状污泥和沉降性能差的颗粒污泥被洗出反应器。随后，污泥床层以上的部分逐渐澄清。运行至第7天，出现了清晰的泥水分界面。运行至22天，反应器容积负荷达到5kgCOD/（m3·d），COD去除率稳定保持在95%以上，此时可以认为颗粒污泥已经适应了废水水质，活性也得到了一定的提升。需要注意的是，在这个阶段的第8～13天COD去除率下降，出水中VFA浓度升高，出水pH值降低，反应器出现酸化的趋