UASB反应器处理生活污水的自接种启动周琪

城市环竟与城市生态6卷4期l夕g3年o八八八八八八八八八。(环境工程与生态工程)o岁罕岁岁岁岁罕岁岁0UsAB反应器处理生活污水的自接种启动周琪刘青岩胡纪萃顾夏声(清华大学环境工程系)摘要本试验利用未沉淀的生活污水(ODC在423二g/L左右)在7℃~韶℃温度下自接种启动容积为弘的升流式厌氧污泥层反应器。初始有机容积负荷为1.”kgCOD/二3·d,水力停留时间为5.夕五。运行即天时出现了颗粒污泥,此时污泥负荷为0.33lgCOD/蓝沙55·d。106天后反应器达到稳定的处理效果。当温度在2。℃左春HRT为6五,COD去除率达81.2%,出水COD低于100mg/L。培养出的颗拉污泥呈黑色,粒径在0.万二扭~3。也之间,比重为1.。毛SV破15左春有较好的沉降性和产甲烷活性。污泥中产甲烷菌主要是索氏甲烷丝菌。关旅词生活污水:C人SB反应器,厌氧颖粒污泥1引宫由荷兰瓦赫宁根农业大学的Letti~n,等人所研制开发的升流式厌氧污泥层(UASB)反应器已得到广泛应用,运行条件从在中温条件下处理中高浓度有机废水发展到在常温下处理低浓度有机废水t’,。近年来由于城市生活污水对环境污染日趋严重,而采用UASB反应器处理生活污水具有投资少,运行费用省和处理效果好等优点,日益受到国外重视卿阁。荷兰、巴西、印度、哥伦比亚等一些国家的研究者对此做了许多工作,我国近年来也开始了这方面研究〔4〕。生活污水水量大,四季温度变化大,浓度低,含大量悬浮物,如果不设初沉池,采用自接种法启动,即利用未经沉淀的生活污水中的大量有机悬浮物和厌氧微生物,在UASB反应器中沉淀后作为接种污泥启动,可节省基建投资及初次启动费用,有重要的经济意义。G:in等人曾在温度大于20℃的条件下自接种启动,证明此法是可行的。后来Barbosa等人在18oC~28oC,进水COD在627mg/L左右,HRT为4h下自接种启动,培养出了颗粒污泥〔5〕。但在温度较低的条件下用生活污水自接种启动UASB反应器方丙还未见有很道,本试验利用清华大学污水泵站的生活污水为处理对象,对UASB反应器在常温下自接种启动的运行条件,厌氧污泥的顾粒化过程、影响因素,颗粒污泥的理化及微生物学特性等进行了研究,为生产装置采用的自接种启动提供了工艺运行参数。2试验设备和方法2。1试验装里及材料试验用UASB反应器由有机玻璃管制成,上部为沉淀区,容积为1.5L,下部为污泥悬浮层和污泥床,容积为3.5L。图1是试验装置和工艺流程图。整个系统设置在实验室内,不采用任何加热设备。沼气三相分离器J厂一一一一门f一11.一口~沉旋区水封气体流泛什悬浮层、取样口一一出水污泥共IUsAB反应器水系贮水箱图1试脸装军与工艺流程城市环境与城市生态1夕夕3年试验用生活污水取自清华大学污水泵站,在贮水箱中贮存。水质见表1。贮水箱中设有搅拌器,缓慢搅拌以防止悬浮物沉淀`污水由柱塞式计量泵送入反应器底部,沉淀区出水经水封排出,气体由兰相分离器顶部排出,经水封瓶进入湿式气体流量计计量。表1生活污水主要水质标准指标(m盯L)}数值。除率为80.4%。这表明反应器内正在积累生污泥,但进水55中有许多较轻的分散物质,在上向水流的带动下上浮成为浮渣。运行10天后有明显的污泥积累在下部,颜色灰褐。因为污泥在低温下消化缓慢,厌氧微生物特别是甲烷菌生长缓慢,沼气表观产量为零。该时期的运行特点是COD的去竹率不高,但55去除率高,平均污泥积累速度为。.025L/d。顺利地积累污泥并避免污泥被冲出是自接种法启动成功的保证,因此该阶段采用水力停留时间为5.9h,证明有较好的截留污泥效果。该时期另一特点是出水中溶解COD值比进水的高,进水COD溶为73mg/L~201mg/L(平均135mg/L),而出水COD溶为99mg/L~209mg/L(平均143mg/L)。这说明沉淀下来的固体有机物在微生物的水解作用一F转化为溶解性有机物,并进一步被发酵性细菌分解代谢成为脂肪酸等中间产物,但由于污泥中产甲烷菌数量少,不能继续降解达稳定化,因而出水中COD溶反比进水高。3.2顺粒污泥出现期该时期最初运行时污泥结成大的絮团,并且由于只有少量沼气产生,不易释放出来,发生聚块上浮现象。因此采用减小水力负荷的方法,使污泥上浮现象得以克服,这时相应的HRT为11.lh,反应器的COD去除率可达40%。COD溶去除率为23%。与启动滞后期比较,COD和COD溶去除率都大大提高了。这表明虽有部分污泥流失,但积累在反应器内的污泥已具有一定活性。经10天运行后,污泥有较大的增长,已不再有污泥上浮现象发生,因此将水力负荷又进一步提高到2.96m3/m3·d,HRT为8.lh。运行到启动后的第57天,在反应器下部污泥中观察到少量0.smm~lmm的细颗粒污泥。此时污负泥荷为o.s3kgCoD/kgVSs·d,相应的容积负荷为l.32kgCOD/m吕·d,平均COD去除率达45.4%,污泥床中厌氧污泥积累达39.6955,内U6山份7口:片j冲哈,土O甘月峙Z曰j八qCODSS总氮氨氮总磷PH温度(℃)碱度(CaC0s)(mg/L)7~22*除温度外均为平均值2。2分析方法COD、总氮、氨氮、总磷、碱度、55和VSS按标准方法测定。pH用pH一2型酸度计测定,CH`和脂肪酸用气相色谱仪测定污泥最大比COD去除速率(Uma.xCOD)用间歇试验法测定〔6〕。3试验结果本试验采用连续进水进行启动,`经106天启动结束。试验分析研究了在常温(7℃~22℃)下采用自接种法启动的三个时期,即启动滞后期、颗粒污泥出现期和颗粒污泥成熟期。其运行条件及运行结果见图2和表2。3。1启动滞后期广启动滞后期是指自接种启动UASB反应器的初始阶段,污泥经自然沉淀而在反应器下部积累,初步消化直到有沼气产生为止。为了加快污泥的积累,初始水力负荷采用4.08m./m3.d,水力停留时间为5.9h,进水容积负荷为1.75kgCOD/m二d左右。第5天取水样化验发现,COD去除率为n.6%,55去6卷4期城市环境与城市生态,一一一-一一,一一一一一八?沪“、、日)咧长彩钧犷八吸次é研篮报QOO一了一~下二二,一一一一月月.03咐.0IJ。160巧的”0六ó8通,6甘六月à卜已一一气、、4。03。02。0l一00。070060050D人003QO200100,~一·、,`、~小一一~人/人,尹产\-一丫人冷加--一一丫产一斌一.一--一一介一卜~一~人办~~、产、一/砚笋勺一一一、勺·。日、匀OJ叨召à冶陷钧不尽六.今/入__进术/冷声~、、一了、~~,户~、一人(IP、目三ǎà一O妙出月~一~一~店一内.~,~~~``一~~~一~J~_一山~一~~一~_二-与060了公才净,Q亡5了戈l〕运行时间(d)水利负荷(二吕/m二d)温度(℃)RHT(h)4.082.16一2。夕63。夕34.077一109一1511一1514一225.91.04一1.770.71一1.701.6弓一2.41l。69一2.34256一437132一340行段一“一运阶一1一11.1一8.133。一`761`2,一3,6420一614}187一33,5.9416一575,7一21夕11.6一50。835.8一47.041.6一64.455.5一80.0九U叮声份产`j内石内j`.1伪口SS(m乙/L)碱(CaCO3,度皿叮L)进水(mg/L)出水去除率(男)沼气容积产里***(m’/m二d)进水出水丹石nU4`叼月了4厅声声O4.斗月峪月马454%36036781.665.200一0.070.04一0。110.13一0.36:司.工J.二目J,JJj4曰岛凡」4盛.Lno月廿,.工244237301240`一一一脚21亡之一.一一一二一凡津J一.ǐ一p万亿甘口一,二一口二ù介口***运行阶段划分技:1一脚动滞后期;2一袱粒污泥出现期;3一软粒污泥成熟从该项运行数据不包楷启动初期污泥稳定时的异常数据。***该项为表观沼气容积产里,本文除特别注明外,均即简称沼气餐积产最。城市环境与城市生态1,p3年VSS/55为0.50,污泥的SVI为一9。6,Uoaxeon为0.52kgCOD/kgVSS一d。从这些结果可以看出,污泥已具有较好的活性和沉降性能。至此,可认为该时期结束。因污泥中混有纤维、纸屑、头发等杂质,易上浮成为浮渣,逐步随水流带出,出水55较高,导致55去除率下降,平均为51.了%,因而不设初沉池会导致反应器上部形成浮清层,这是设计和运行反应器应注意的间题。3.3顺粒污泥成熟期当观察到颗粒污泥出现后再稳定运行7天,即将水力负荷提高到3.93m3/。3·d,相应的容积负荷为1.85kgCOD/m“·d左右,该时期反应器的净化能力又进一步提高,COD去除率平均达54.4%,COD溶去除率平均为51。6%。污泥中颗粒污泥数量有明显增长。在负荷提高初期,仍有污泥上浮现象发生,并发现上浮污泥的絮体中也带有少量颗粒污泥,其上浮原因是产沼气量少而造成小气泡附在污泥团块上,使其比重变轻,加之许多没有降解的纤维杂质夹在其中,导致污泥结构松散。再继续运行10天后,随着污泥进一步成熟和沼气容积产量加大(平均达0.09m名/m“·d),污泥上浮现象再未出现。当稳定运行到该时期第17天后,再将水力负荷稍加大,提高到4.07m3/m吕·d,相应的溶积负荷为2.04kgCOD/m二d左右,其后运行相当稳定。COD去除率平均达67.7%,最高达到80.8%,55的去除率为65.2%,沼气容积产量可达o.36m“/m3·d,气体中CH`成份占66.5%,颗粒污泥粒径在o.smm一3mm,大小不均匀,呈黑色。污泥中棍有许多杂质,SVI为14.6,VSS/55为0.53,Umax.eon为0.64kgCOD/kgVSS·d,有较好的活性和沉降性,未再发生污泥上浮。至此,整个启动过程结束。3。4城拉污泥的徽生物学特性在低倍扫描电镜下,可观察到颗粒污泥表面凹凸不平,象一个比表面积极大的多孔丸,在较高放大倍数下可看到颗粒表面呈网状结构,生长有丝状菌、杆菌、链球菌等,局部有索氏甲烷丝菌(Metha”othri戈SOe-互些些丝)分散或成束生长,但极少有甲烷八叠球菌。用透射电镜对颗粒污泥中层观察可见,生物相主要是由甲烷丝菌和其它菌落组成,有些细菌空细胞壁和无机小颗粒包裹其中。一些研究者指出〔7’,当处理高浓度有机废水的反应器启动初期,乙酸浓度较高,产甲烷八叠球菌有可能迅速繁殖并作为颗粒污泥的生长核心,同时通过分泌胞外多聚物,甲烷丝菌粘附在其表面或团簇中。但对低浓度的生活污水,初始不大可能满足甲烷八叠球菌迅速繁殖成为优势菌种的条件,很可能是甲烷丝菌自身缠绕和对原存于污水中惰性小颗粒的粘附,在具一定筛分强度的水力条件下碰撞聚集和微生物的进一步粘附缠绕,逐渐生长成为颗粒污泥。参与互营共生作用的其它细菌也是颗粒污泥形成所必不可少的。4讨论与分析4.万污泥顺粒化的意义污泥颗粒化对于处理低浓度有机废水也是十分重要的。成熟的颗粒污泥改善了污泥的沉降性能,能成功地保留在反应器内。有很长的固体停留时间(SRT),因而能积累大量的厌氧微生物,其较密实的生物集团清构给产甲烷菌提供保护,使系统具有抗温度变化与水力负荷变化的能力。当水力停留时间为6h,水温在20℃左右时,出水COD均低于100mg/L,可满足排放要求。4.2有机负荷对污泥滚拉化的影晌污泥负荷是微生物营养水平的指标,污泥负荷较高,对微生物生长、繁殖是有利的,有助于颗粒污泥的形成。自接种法启动UASB反应器经历了一个污泥负荷从高到较低的变化阶段,在o.33kgCOD/kgVSS·d的条件下形成了颗粒污泥。在反应器启动初期,由于污泥中有活性的厌氧微生物含盘较少,而厌熟微生物达一定数最是形成颗粒污泥的城市称滋与城市生态基础。一只有当启动运行一段时间后,反应器中厌氧污泥逐渐消化成熟,为污泥颗粒化创造了条件,在合适的环境条件和污派负荷下,形成了颗粒污泥。在采用自接启动UASB反应器时,采用容积负荷来控制运行比较直观。在本试验条件下,容积负荷为1.32kg