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生物難降解廢水污泥的形成

 問(wèn)道翰墨 2012-08-24

1厭氧顆粒污泥形成的主要技術(shù)條件

1.1廢水性質(zhì)

一般處理含糖類(lèi)廢水易于形成顆粒污泥,而脂類(lèi)廢水和蛋白質(zhì)廢水及有毒難降解廢水則較難培養(yǎng)出顆粒污泥,或不能培養(yǎng)出顆粒污泥。要求廢水C:N:P約為200:5:1,否則要適當(dāng)加以補(bǔ)充。投加補(bǔ)充適量的鎳、鈷、鉬和鋅等微量元素有利于提高污泥產(chǎn)甲烷活性,因?yàn)檫@些元素是產(chǎn)甲烷輔酶重要的組成部分[2]。

1.2污泥負(fù)荷率

影響污泥顆?;M(jìn)程最主要的運(yùn)行控制條件是可降解有機(jī)物(COD)污泥負(fù)荷率,當(dāng)污泥負(fù)荷率達(dá)0.3kgCOD/(kgVSS.d)以上時(shí)便能開(kāi)始形成顆粒污泥。這為微生物的繁殖提供充足的食料(碳源和能源),是微生物增長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)污泥負(fù)荷率達(dá)到0.6kgCOD/(kgVSS.d)時(shí),顆?;俣燃涌?,所以當(dāng)顆粒污泥出現(xiàn)后,應(yīng)迅速將COD污泥負(fù)荷率提高到0.6kgCOD/(kgVSS.d)左右水平,這有利于顆?;M(jìn)行[2]

1.3水力負(fù)荷率和產(chǎn)氣負(fù)荷率

升流條件是以UASB為代表的一系列無(wú)載體厭氧反應(yīng)器形成顆粒污泥的必要條件。代表升流條件的物理量是水流的上升流速和沼氣的上升流速,即是水力負(fù)荷率和產(chǎn)氣負(fù)荷率,通常將兩者作用的總和稱(chēng)為系統(tǒng)的選擇壓(SelectionPressure)。選擇壓對(duì)污泥床產(chǎn)生沿高度(水流)方向的攪拌作用和水力篩選作用。定向攪拌作用產(chǎn)生的剪切力使微小的顆粒產(chǎn)生不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),有利于絲狀微生物的相互纏繞,為顆粒的形成創(chuàng)造一個(gè)外部條件。水力篩選作用能將微小的顆粒污泥與絮體污泥分開(kāi),污泥床底聚集比較大的顆粒污泥,而比重較小的絮體污泥則進(jìn)入懸浮層區(qū),或被淘汰出反應(yīng)器。因廢水是從床底進(jìn)入,使得顆粒污泥首先獲得充足的食料而快速增長(zhǎng),這有利于污泥顆?;膶?shí)現(xiàn)。Ritta[3]認(rèn)為液體上升流速在2.53.0m/d時(shí),最有利于UASB反應(yīng)器內(nèi)污泥的顆?;?/span>

1.4堿度

堿度對(duì)污泥顆?;挠绊懕憩F(xiàn)在兩方面:一是對(duì)顆?;M(jìn)程的影響;二是對(duì)顆粒污泥活性的影響。前者主要表現(xiàn)在對(duì)污泥顆粒分布及顆?;俣鹊挠绊懀缓笳咧饕憩F(xiàn)在通過(guò)調(diào)節(jié)pH(即通過(guò)堿度的緩沖作用使pH變化較小)使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長(zhǎng)活性。在一定的堿度范圍內(nèi),進(jìn)水堿度高的反應(yīng)器污泥顆?;俣瓤欤w粒污泥的SMASpecificMethanogenicActivity,產(chǎn)甲烷活性)低;進(jìn)水堿度低的反應(yīng)器其污泥顆粒化速度慢,但顆粒污泥的SMA高。因此,在污泥顆?;^(guò)程中進(jìn)水堿度可以適當(dāng)偏高(但不能使反應(yīng)器的pH8.2,這主要是因?yàn)榇藭r(shí)產(chǎn)甲烷菌會(huì)受到嚴(yán)重抑制)以加速污泥的顆?;?,使反應(yīng)器快速啟動(dòng);而在顆?;^(guò)程基本結(jié)束時(shí),進(jìn)水堿度應(yīng)適當(dāng)偏低以提高顆粒污泥的SMA[4]。

1.5接種污泥

有資料表明,處理同類(lèi)廢水時(shí),當(dāng)接種量為反應(yīng)器容積的1/41/3時(shí),反應(yīng)器經(jīng)兩周左右的運(yùn)行就能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷率[5]

1.6環(huán)境條件

常溫(20左右)、中溫(35左右)、高溫(55左右)均可培養(yǎng)出厭氧顆粒污泥。一般說(shuō),溫度越高,實(shí)現(xiàn)污泥顆粒化所需的時(shí)間越短,但溫度過(guò)高或過(guò)低對(duì)培養(yǎng)顆粒污泥都是不利的。此外,保持適宜的pH(6.87.6)也是極為重要的[5]

2存在問(wèn)題

對(duì)于處理難生物降解有機(jī)物的以UASB為代表的一系列無(wú)載體厭氧反應(yīng)器而言,接種污泥是厭氧顆粒污泥形成的必不可少的條件之一。由于接種污泥僅僅是作為種子,而厭氧顆粒污泥的產(chǎn)生是建立在新繁殖厭氧菌的基礎(chǔ)上,當(dāng)采用普通厭氧污泥作為無(wú)載體厭氧反應(yīng)器的種泥處理難生物降解有機(jī)物廢水時(shí),由于形成厭氧顆粒污泥的微生物并非由降解難生物降解有機(jī)物的優(yōu)勢(shì)菌組成,導(dǎo)致在處理含難生物降解有機(jī)物時(shí)處理效率不高,處理速度不快。只有投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢(shì)菌,才能使形成的厭氧顆粒污泥更有針對(duì)性地高效、快速地降解廢水中的難生物降解有機(jī)物。

對(duì)于影響厭氧顆粒污泥形成的主要技術(shù)條件中的廢水性質(zhì)、污泥負(fù)荷率、水力負(fù)荷率和產(chǎn)氣負(fù)荷率、堿度和環(huán)境條件而言,它們可以統(tǒng)稱(chēng)為影響厭氧顆粒污泥形成的外因。如果能從厭氧顆粒污泥形成的內(nèi)因——厭氧顆粒污泥形成的機(jī)理入手,則有可能在適宜的外因下,進(jìn)一步加快厭氧顆粒污泥形成的速度。

3當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)

3.1投加優(yōu)勢(shì)菌

針對(duì)難生物降解有機(jī)物,投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢(shì)菌,使形成的厭氧顆粒污泥更有針對(duì)性地高效、快速地降解廢水中的難生物降解有機(jī)物。

3.2從厭氧顆粒污泥形成的內(nèi)因——厭氧顆粒污泥形成的機(jī)理入手,進(jìn)一步加快厭氧顆粒污泥的形成速度[5]

3.2.1投加無(wú)機(jī)絮凝劑或高聚物

王林山等[6]研究了通過(guò)投加膨潤(rùn)土和聚丙烯酰胺作為惰性載體加快處理啤酒廢水UASB反應(yīng)器的啟動(dòng),在間歇式進(jìn)料的工況下,7d內(nèi)出現(xiàn)顆粒污泥,4周內(nèi)形成穩(wěn)定顆粒污泥床。

Imai[7]研究了在小試規(guī)模下,通過(guò)投加水吸收聚合物顆粒來(lái)加快處理人工合成的葡萄糖和揮發(fā)性有機(jī)酸(VFA)的有機(jī)廢水UASB反應(yīng)器的啟動(dòng),研究表明:在水吸收聚合物投加量為750mg/L的情況下,70d內(nèi)完成厭氧污泥的顆?;?,同時(shí),顆粒污泥具有很好的產(chǎn)甲烷活性與很好的沉降性能。

Yu[8]進(jìn)行了通過(guò)加入絮凝劑三氯化鋁來(lái)加快處理人工合成有機(jī)廢水UASB啟動(dòng)的研究,通過(guò)加入絮凝劑三氯化鋁(Al3+加入量為300mg/L),可以使UASB的啟動(dòng)周期比對(duì)照縮短1個(gè)月,同時(shí)UASB內(nèi)的生物量比對(duì)照增加10%。

Randall[9]進(jìn)行了通過(guò)加入陽(yáng)離子聚合物來(lái)加快處理人工合成有機(jī)廢水的厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)啟動(dòng)的研究,通過(guò)加入陽(yáng)離子聚合物,可以使ASBR中顆粒污泥的生成時(shí)間比對(duì)照縮短75%。

Uyanik[10]進(jìn)行了通過(guò)加入聚合物(KymeneSLK-2)研究厭氧折板反應(yīng)器(ABR)的啟動(dòng)。由于聚合物的加入,使得ABR內(nèi)生物量增加和ABR內(nèi)污泥流失減少,從而在3個(gè)月內(nèi)形成了厭氧顆粒污泥,并且形成的厭氧顆粒污泥的活性高于對(duì)照。

3.2.2投加細(xì)微顆粒物

周律等[11]研究了通過(guò)投加顆粒活性炭加快處理啤酒廢水UASB反應(yīng)器的啟動(dòng),結(jié)果使啟動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的36個(gè)月縮短為1個(gè)月。

3.2.3投加金屬離子

Yu[12]和肖本益等[13]研究了二價(jià)金屬離子對(duì)UASB顆粒污泥形成的影響。研究表明,由于可電離羧基的胞外聚合物(ECP)的存在使細(xì)菌體帶負(fù)電荷,而這些多聚物能夠吸引胞外的陽(yáng)離子,從而產(chǎn)生一種將細(xì)胞束縛在一起的多聚物基質(zhì),有利于加速顆粒污泥的形成。

4小結(jié)

處理含難生物降解有機(jī)物廢水的以UASB為代表的上述無(wú)載體厭氧反應(yīng)器而言,其能否高效運(yùn)行的關(guān)鍵在于能否培養(yǎng)出具有良好的沉降性能、能高效處理廢水中難生物降解有機(jī)物的厭氧顆粒污泥。由于影響厭氧顆粒污泥形成的因素很多,針對(duì)每一種廢水無(wú)載體厭氧反應(yīng)器的啟動(dòng)方法都有所不同。因此,在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)一些具有普遍性的措施應(yīng)嚴(yán)格把握,對(duì)一些加速啟動(dòng)的特殊手段最好還是以試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為參考。此外,為了高效、快速地降解廢水中的難生物降解有機(jī)物,可以考慮針對(duì)難生物降解有機(jī)物,投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢(shì)菌。

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