ABR颗粒污泥

毕业论文81.3.5ABR内的颗粒污泥由于ABR独有的结构，不同的微生物群落可以在每个格室内发展。每个反应器格室内的微生态，都依赖于所出现的基质的类型和数量，就象依靠外部参数pH和温度一样。在折板反应器前部是高浓度的甲烷八叠球菌，向反应器后部转变为甲烷毛发菌，这是因为在高乙酸浓度下甲烷八叠球菌由于更快的增长动力学(倍增时间1.5天，甲烷毛发菌倍增时间4天)比甲烷毛发菌长得快而占优势，然而在低浓度下甲烷毛发菌由于它的摄取能力(Ks=23omg几，甲烷八叠球菌Ks二40omg/L)强而占优势。污泥的颗粒化不仅可有效地改善污泥的沉降性能，利于反应器对生物体的截留，改善微生物的生理环境加强它们对外界环境(如水质、pH、温度等)的抵抗和适应能力，利于处理系统的稳定性和高效运行。目前的许多报告[27，42.70]中都提到了在ABR反应器内颗粒污泥的出现，在这些研究中颗粒污泥的外观、组成颗粒污泥的微生物种类及数量、颗粒污泥粒径大小等都随废水水质、运行条件及反应器的功能(酸化和甲烷化)的不同而不同。王宝贞、沈耀良等125，701用四格室ABR反应器处理垃圾渗滤液和生活污水的混合废水，较全面地观察了容积负荷为4.71kgcoD/m3.d时ABR反应器内的颗粒污泥，见表1一4。5.2颗粒污泥的形成机理厌氧生物处理的关键是通过微生物的成颗粒(或成膜)在厌氧生物反应器中形成高浓度、高效能的污泥，才能大幅度提高厌氧生物处理的效率。曾经有报道指出，ABR的优点就在于ABR内不需要难于培养的颗粒污泥，也能达到很好的去除效果。但有很多的研究者已经证明，ABR内能够培养出高效的颗粒污泥，在本文的试验研究中也培养出了颗粒污泥。目前，对于厌氧颗粒污泥进行了很多研究l”9一，23]，但污泥的成颗粒机理还不是十分清楚，因而还没有成熟的颗粒污泥培养技术。颗粒污泥最初出现在UASB反应器中，在UASB反应器内的厌氧污泥可以以污泥絮体存在，也可以以直径约0.5一6.omm的球形或者椭球形的颗粒污泥存在，并将反应器内污泥颗粒的形成过程称为污泥颗粒化。因为颗粒污泥具有很好的沉降性能，能够在高产气量和高上流速度的作用下仍持留在反应器内，从而使反应器内能够保持高浓度的厌氧污泥。污泥颗粒化还具有如下的一些优点[85l:1.由厌氧微生物形成的颗粒污泥是一个微型生态系统，其中不同类型的种群组成了共生或者互生体系，为微生物提供了有利的生理生化条件，有利于废水中有机物的降解;2.颗粒的形成有利于其中的微生物对营养的吸收;3.在颗粒污泥内，发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短，这对复杂有机物的降解是重要的;4.在废水的性质突然变化时(例如pH、毒性物质的浓度等)，颗粒污泥能够维持一个相对稳定的微环境，使代谢过程继续进行。目前，众多的研究者对于颗粒污泥的形成机理有多种说法，归纳起来主要有1124.‘25]:无机物作用说、粘液说、包埋说、选择压说、分段形成说和二次核说。这是由于不同的研究者针对不同的研究对象，在不同的条件下培养出了形态特性、微生物组成、污泥结构等都有很大不同的颗粒污泥，因而提出了不同的颗粒污泥的形成机制，这也说明了颗粒污泥形成的复杂性，不可能提出一个适应多变条件下的完全的理论。污泥的颗粒化过程与很多因素有关，但水流和产气选择性地洗出了较小的颗粒和絮状污泥无疑是其中的关键因素之一。在高的负荷下，颗粒污泥平均直径较大的原因之一就是高有机负荷时会产生大量的气体，洗出了细小的颗粒污泥。HRI，和反应器断面上升流速完成了对细小的污泥的清洗工作。HRT长，上流速度低，就意味着细小分散的细胞可以在反应器内生长，无益于颗粒化的进程。HRT短，上流速度高，对细小的、沉降性差的污泥的洗出作用加强，有利于污泥颗粒化的完成。以往关于颗粒污泥的形成机理及条件的研究中考虑了许多因素的影响，但并没有考虑到污泥床状态的影响。在本试验研究中，8格ABR反应器内的污泥持有量少，在水流和产气的作用下污泥床经常有翻腾现象发生，对颗粒污泥的形成起到了促进作用。而在7格ABR反应器的污泥持有量高，水流和产气的作用不足以将污泥床经常翻动，水流更多的时候是以渗流的方式通过污泥床，因此不具备颗粒污泥形成所需要的水流剪切作用，所以7格反应器内很长时间内都没有形成颗粒污泥，直到将反应器内的污泥取出一部分之后，同时水力负荷提高，才慢慢地形成了颗粒污泥。通过本试验研究中的运行条件的分析并结合对试验过程中发生的一些试验现象的观察，作者认为:1.只要措施得当，能够在ABR反应器内保持高的污泥量，这是反应器稳定高效运行的基本保证。但反应器内污泥量过高会形成很高的污泥床，使水流和产气对污泥的搅动作用减弱，这种不利之处在实验室规模的反应器内表现在:①污泥床内容易形成比较严重的沟流现象，空隙、洞穴多;②影响颗粒污泥的形成。本试验的结果是，反应器内的污泥床高度不宜超过反应器有效水深的2/3。2.在ABR反应器内，只要反应器运行正常，同样能够培养出性能优良的颗粒污泥，使反应器拥有良好的运行效果;对于象8格ABR反应器这样的各个格室结构完全相同的反应器，前面格室由于有机负荷高、产气作用强而先形成颗粒污泥。3.如何实现整个反应器内的污泥完全颗粒化还需要进一步研究，由于反应器后面格室的有机负荷越来越低，产气作用越来越弱，因此在保证处理效率的前提下减少后面格室内的污泥量应该是一种可行的办法。毕业论文111.4.5ABR污泥的颗粒化StUCkey认为在ABR中即使不形成颗粒污泥也能获得良好的处理效果，但是许多研究结果还是说明在ABR中只要条件合适是可以培养出来颗粒污泥的。Boop刘妙和毛山el24!研究了HABR处理高浓度糖浆废水时污泥的颗粒化现象。研究中发现在启动coD容积负荷从0.97’kgCoD/(时.d)逐步上升到4.33kgCoo代m3.d)的过程中，仅过了30d左右，HABR的三格反应室中均出现了灰色的球形颗粒污泥，它们的平均粒径约为0.55Inln，并且随着实验的进行，这些颗粒污泥也不断长大，在第90天粒径最大可达3一3.smm。进一步的研究还发现，在前两格反应室中，主要有两种不同形态的颗粒污泥，一种表面带有白色，主要由长丝状菌构成，结构相对松散一些，另一种表面呈深绿色，也主要由丝状菌构成，但密实程度比前一种好。在第三格反应室中只发现了第二种形态的颗粒污泥。大多数颗粒污泥的粒径在0.5一1mm之间，并且颗粒污泥的表面粗糙不平，有很多气孔。电镜观察发现各格颗粒污泥中占优势的菌种并不一样。第一格反应室中占优势的是甲烷八叠球菌属洲ethanosarcina)，第三格反应室及后面的沉淀室中占优势的是甲烷丝菌属(Methano伽欣)，中间一格反应室中没有明显占优势的菌属，由甲烷球菌属洲e血anococcus)、甲烷短杆菌属例eth歇lobrevibacter)、还原硫细菌(SuLPhateReducingBacteria)等多种菌属组成。Boopathy等人认为，在高选择压的作用下，甲烷丝菌属容易附着沉积在一些微小颗粒物质的表面从而形成结构松散的颗粒污泥，而自身就容易聚集成团形成颗粒污泥，与选择压无关。这种由甲烷八叠球菌自身凝聚成的颗粒污泥密度小，容易流失，只有甲烷八叠球菌属被甲烷丝菌属形成的颗粒污泥捕捉、缠绕，才会形成沉降性能良好的颗粒污泥。王建龙[25]等人对ABR中污泥的颗粒化问题进行了深入的研究。启动完成后各格室均形成了颗粒污泥，前端(l屯格室)颗粒污泥从形态及数量上都优于后端(3巧格室);污泥成熟后污泥形态发生了较大变化，1格污泥已接近完全酸化，污泥呈淡黄色絮体，2格污泥除部分来自1格的污泥外以颗粒污泥为主，3格颗粒污泥粒度最大，4格室颗粒污泥粒度接近于3格室，5格室颗粒污泥粒度较小。王建太洲寸各格室污泥生物相也做了一定的研究，结果类同于StLlckey、HoLt等人的研究结果。总的来说，对ABR中污泥的颗粒化问题研究远不如UASB颗粒污泥那样广泛和深入。并且受基质的影响很大，也许借鉴UASB颗粒污泥的研究会对这一问题的研究有帮助。毕业论文13(2)颗粒污泥高效厌氧反应器的最大特点就是形成沉降性能良好、产甲烷活性高的颗粒污泥，厌氧颗粒污泥的形成使反应器中有较丰富的生物相，从而确保厌氧生化过程稳定高效运行。Boopathy和Tilchell“1启动HABR时，各隔室大约在一个月以后出现0.5mm的颗粒污泥，三个月后长到3.5mm。颗粒污泥的粒径和形状主要取决于基质的类型，在处理高浓度的糖浆废水时，沿反应器方向颗粒污泥的粒径逐渐减小，第一隔室污泥的粒径是5.4rnm，最后一个隔室污泥的粒径是1.5mm。在处理低浓度废水时发现中间隔室的污泥的粒径最大，往后逐渐减小。通过显微镜观察颗粒污泥基本上是由利用乙酸的甲烷菌组成，Tilche和Yong[l01发现在基质浓度较高的前面隔室中主要是光滑的甲烷八叠球菌絮体形成的颗粒污泥，颗粒污泥的体积较大，密度较小，而且里面充满了空腔，因此在高负荷条件下由于产气强度较大，使得颗粒污泥会浮在反应器上方。在后面隔室中甲烷毛发菌的纤维状菌絮体连在一起，体积较小。主要原因是:ABR反应器中的折流板阻挡作用，污泥有效地被截留在反应器中，污泥流失减少，同时水流和气流的作用，促进了颗粒污泥的形成和成长。