厭氧載體生物膜啟動(dòng)及其影響因素

林會(huì)義 吳小芳

摘 要：研究UASB污泥掛膜及過程中各運(yùn)行條件的影響，采用小試動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，接種厭氧消化污泥，溫度35度，交替增加進(jìn)水濃度和水量。經(jīng)過120天運(yùn)行，完成污泥掛膜試驗(yàn)，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度21200mg/L，OLR為13.70kg，COD去除率92.1%?？刂七^程中各運(yùn)行條件，逐步增加反應(yīng)器負(fù)荷，可成功培養(yǎng)出厭氧生物膜，生物膜為黑色，厚度0.2mm

關(guān)鍵詞：UASB；啟動(dòng)；厭氧污泥；載體生物膜填料

UASB是新一代高效厭氧反應(yīng)器，符合環(huán)保需要。啟動(dòng)初期，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷不斷增加，產(chǎn)氣加劇，以絮狀厭氧污泥為主的厭氧污泥床，會(huì)被帶出反應(yīng)器，不利于后期運(yùn)行。載體生物膜通過形成污泥聚集，提高污泥質(zhì)量，對(duì)厭氧掛膜的實(shí)際應(yīng)用有一定指導(dǎo)意義。

1、試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，反應(yīng)器主體內(nèi)徑115mm，總高3000mm，罐體下方為錐形體，反應(yīng)器總有效容積為3000L，懸浮層及污泥床總高度為1500mm，反應(yīng)器配循環(huán)水罐1500L，通過蒸汽加熱保溫，溫度控制在（35±1）度。廢水經(jīng)蠕動(dòng)計(jì)量泵由反應(yīng)器底部注入，由頂部出水堰板出水；反應(yīng)器內(nèi)部安裝不銹鋼載體支架兩層，毛刷式聚乙烯載體生物膜填料兩端固定在不銹鋼支架上。

1.2試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水：直接使用污水車間調(diào)節(jié)池污水，COD質(zhì)量濃度14000 mg/L；運(yùn)行穩(wěn)定后使用提取車間有機(jī)鹽（主要成分：乙酸鈉）按一定比例配置，質(zhì)量濃度在15000～21000mg/L

1.3 接種污泥

接種污泥使用車間厭氧反應(yīng)裝置內(nèi)部厭氧污泥，ss=20g/L，vss=19g/L，接種量為1.5t/3.0噸，接種后平均污泥質(zhì)量濃度為9.5g/L（按反應(yīng)器總體積計(jì)算）

1.4分析項(xiàng)目及方法

COD—重鉻酸鉀法；揮發(fā)酸/堿度—滴定法；PH值—哈希HACH-PH計(jì)，溫度 —溫度計(jì)

2.厭氧生物膜形成過程

2.1厭氧生物污泥適應(yīng)期

將接種污泥加入反應(yīng)器后，控制進(jìn)水COD15000mg/L，逐步增加進(jìn)水流量，同時(shí)水溫每天增加2度，7天后，溫度穩(wěn)定控制在33度，流量穩(wěn)定在20L，第8天保持現(xiàn)有流量，容積負(fù)荷2.4 kg/（m3.d），HRT=3.1d，由于是成熟運(yùn)行的厭氧反應(yīng)器內(nèi)部污泥，所以去除率在試驗(yàn)初期就有75%，出水PH值7.2～7.8，說明污泥已適應(yīng)反應(yīng)器環(huán)境。

2.2載體生物膜出現(xiàn)期

此階段通過交替增加進(jìn)水有機(jī)物濃度和進(jìn)水量，逐步提高反應(yīng)器的容積負(fù)荷，直至處理效率穩(wěn)定并在載體填料上出現(xiàn)生物污泥附著。以COD容積負(fù)荷2.4 kg/（m3.d）啟動(dòng)，按比例分別改變進(jìn)水濃度和流量，不斷提高容積負(fù)荷。進(jìn)水濃度的提高導(dǎo)致去除率下降，出水COD升高，圖2.隨后COD去除率逐漸增加，并慢慢穩(wěn)定。運(yùn)行到21天，從反應(yīng)器頂部取出載體觀察，可以看到填料上有一層薄的厭氧污泥包裹，此時(shí)進(jìn)水COD17400 mg/L，出水COD2976 mg/L，反應(yīng)器容積負(fù)荷為6.2 kg/（m3.d），COD去除率82.9%

2.3載體生物膜穩(wěn)定期

這一時(shí)期載體生物膜在原有基礎(chǔ)上逐漸增加，直到載體表面附著大量厭氧污泥。繼續(xù)提高進(jìn)水負(fù)荷，保持流量30L/hr不變，逐步提高進(jìn)水濃度，運(yùn)行到第63d，反應(yīng)器載體填料中間掛滿污泥，見圖3.此時(shí)，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度18080mg/L，OLR=5.2 kg/（m3.d），COD去除率90%，厭氧污泥大部分聚集在填料中央，形成橢圓形包裹，為黑色黏性包裹，黏性物質(zhì)主要為胞外多聚物，起著吸附和凝聚黏連的作用，從而促成載體生物膜形成.

圖2.

3.主要運(yùn)行條件的影響分析

3.1 溫度的影響

厭氧反應(yīng)器有著嚴(yán)格溫度條件，要求控制精確，每個(gè)溫度區(qū)間，隨溫度上升，細(xì)菌生長速率上升并達(dá)到最大值，相應(yīng)的溫度即最佳生長溫度，過此溫度后細(xì)菌生長速率下降。中溫反應(yīng)器為37度，20-25度時(shí)，細(xì)菌活性降低，產(chǎn)甲烷活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)器去除率下降，溫度超過39度時(shí)，會(huì)殺死細(xì)菌。

由于試驗(yàn)裝置場地為室外，溫度受室外溫度影響產(chǎn)生一定微小波動(dòng)（1～3℃），試驗(yàn)表明，在小幅變化范圍內(nèi)，反應(yīng)器總體去除率和出水COD影響不大，當(dāng)試驗(yàn)溫度低于平均運(yùn)行溫度2度時(shí)，去除率有所下降，此外反應(yīng)器溫度還影響液體粘度以及氣體溶解度.

3.2 OLR的影響

有機(jī)負(fù)荷直接反映進(jìn)料、廢水底料與微生物之間的平衡，OLR是否適中直接影響裝置去除率的高低，當(dāng)有OLR過大，中間產(chǎn)物積累，是造成反應(yīng)器酸化的直接原因。從圖6.可以看出，隨進(jìn)水流量、進(jìn)水COD濃度增加，反應(yīng)器OLR由1.84kg/（m3.d）逐漸增加到5.8kg/m.d，在污泥馴化階段，產(chǎn)甲烷細(xì)菌數(shù)量較少，主要處于產(chǎn)酸階段，因此COD去除增加緩慢，隨試驗(yàn)進(jìn)行，產(chǎn)甲烷細(xì)菌大量增殖，COD去除率開始增加。進(jìn)入載體生物膜出現(xiàn)后，一定范圍內(nèi)有機(jī)負(fù)荷的改變對(duì)去除率影響不大，COD去除率保持在85%.

3.3 PH值的影響

過程中，Ph值是重要的環(huán)境控制指標(biāo)，生物化學(xué)過程和稀釋作用可以迅速改變系統(tǒng)內(nèi)PH，對(duì)PH改變最大影響因素是乙酸的形成。圖7.顯示在載體生物膜形成過程中Ph的控制與變化過程.試驗(yàn)初期，由于試驗(yàn)用水采用廢水添加堿性有機(jī)鹽配制而成，進(jìn)水PH偏堿性，由于反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)甲烷菌數(shù)量較少，進(jìn)程主要處于產(chǎn)乙酸階段，出水pH值總體低于進(jìn)水，為6.5～7.0之間，COD去除率只有50%左右，隨試驗(yàn)的進(jìn)行，產(chǎn)甲烷細(xì)菌開始大量繁殖，進(jìn)而和產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌保持一定的生物菌群平衡狀態(tài)，達(dá)到出水PH值隨進(jìn)水酸堿的改變變化較小，穩(wěn)定在7.8 左右，COD去除率基本穩(wěn)定在85%以上.

4.結(jié)論

（1）逐步提高進(jìn)水COD質(zhì)量濃度和進(jìn)水流量，監(jiān)測出水COD小于2500mg/L時(shí)，反應(yīng)器COD去除率大于80%時(shí)，出水VFA小于500mg/L時(shí)提高負(fù)荷，經(jīng)過170天的運(yùn)行，在載體生物填料表明形成了載體生物膜。

（2）形成的厭氧生物膜大部分聚集在填料中央，形成橢圓形包裹，為黑色黏性包裹，提高了反應(yīng)器內(nèi)污泥質(zhì)量濃度，并且生物污泥更容易保留反應(yīng)器內(nèi)部；較大的生物膜比表面積增加了與進(jìn)水混合接觸，有利于生化反應(yīng)。

（3）容積負(fù)荷和溫度對(duì)處理效果的影響較大，溫度在35～36時(shí)，處理效果最佳，去除率上升，并趨于穩(wěn)定

（作者身份證號(hào)碼：1.20882198312256511；2.321102197706200465）