不同接种污泥对UASB反应器处理毒性有机废水的影响金奇庭

中国给水排水1994Vol.10No.3不同接种污泥对UASB反应器处理毒性有机废水的影响金奇庭彭党聪郭凤伟(西安冶金建筑学院)摘要对未经培养的城市污水处理厂消化污泥和经短期培养(30d)的城市污水处理厂消化污泥分别作为UASB反应器的接种污泥,进行了处理含有毒性物质树脂生产废水的比较试验。由于毒性物质的存在,消化污泥直接作为UASB反应器的接种污泥时,不能形成活性高、沉淀性能良好的领拉污泥,因此反应器的容积负荷低(1.k6g/m3·d)、出水55高(平均12oomg/L),污泥流失,为了维持系统的稳定运行,必须采取污泥回流的措施;经短期培养的消化污泥作为UASB反应器的接种污泥时,能形成活性高、沉淀性能良好的颗杜污泥,因此反应器的容积负荷高(4kg/m3·d)、停留时间短(平均Zd),出水55低(200mg/)L。试验结果表明:接种污泥的初期结构及形态,是影响UASB反应器处理毒性有机废水的因素之一;短期人工培养后的城市污水厂消化污泥构成了颗拉污泥的污泥核心,从而使污泥易于颗拉化。由此推论,污泥核心是形成颗拉污泥的必要条件。要使之与胶体发生电荷中和,降低胶体表面的参电位,从而改变胶体的稳定性。混凝过程中投药量的控制过去一直未能很好地解决,流动电流现象的研究使人们认识到,可以通过监测水中胶体所产生的流动电流(代替芬电位)反映胶体的脱稳程度,由此决定并控制投药量的多少,这种方法避开了对夸电位在线连续检测的困难,可实现对混凝投药过程的自动连续控制。对此,笔一昔已有专文论述(参见《中国给水排水》1991年第六期),不再赘述。2.3.2流动电流在水处理其它方面应用(F)这类研究主要利用流动电流现象对水处理过程的机理进行探讨。如1964年Qulman研究水流经硅藻土过滤时产生的电动现象,1967年Smith研究滤料表面的夸电位,1975年lCakreyan研究泡沫浮选法中痕量金属等有毒物质的特性等等。2.3.3流动电流在色谱技术中的应用(G)将流动电流作为色谱分析的辅助手段,应用于高效液相色谱和离子色谱分析技术中,是日本的Tearbe等人在八十年代初首先提出并获得成功应用的,随后捷克也进行了该项研究。因为这类研究较为集中,故单独划分为一类。2.3.4流动电流在其它方面的应用(H)除上述以外的应用研究归于此类,多为八十年代后进行的。例如1983年Onabe在造纸业中,利用流动电流研究造纸滤液中的物理化学特性,1984年varge等人以流动电流研究金属的冲刷腐蚀,1986年Wittmann利用硬化水泥盘中水流产生的流动电流做能源,1989年Ott等人在制药业中以流动电流为参数确定药剂比例,1990年weigl利用流动电流测定造纸废液中有毒物的含量,1991年iDetirch在酿酒业中以流动电流为控制因子确定分散剂的最佳投量等。作者通讯处:上5。。。6哈尔滨市南岗区大直街144号1994Vol.10No.3中国给水排水在离子交换树脂的生产过程中,排出大量高浓度有机废水,主要特点是不仅COD高(主要为低分子量聚合物),而且含一些有毒物质(见表1)。间歇发酵试验结果表明,树脂废水可用厌氧消化的方法进行处理川。厌氧生物膜法由于在填料表面形成一偿生物膜,因此,抵抗毒性物质的能力较强,是目前处理毒性有机废水的有效方法之一图,但其基建投资较大;上流式厌氧污泥床是厌氧活性污泥法中目前应用较为广泛的反应器sj[,它的运`行效果主要取决于反应器内能否形成活性高、沉淀性能良好的颗粒污泥,当污泥颗粒化后不仅活性高、处理能力强,而且成团的污泥使微生物抵抗毒性的能力也相应增加,另由于其沉淀性能好、不易流失,反应器内易维持较高的污泥浓度,进而又使反应器抵抗毒性的能力增大。目前,一虽对UABS反应器内形成颗粒污泥的机理和颖粒化的条件进行了许多研究,但尚无统斗的理论[’j。废水的组成是影响污泥颗粒化的因素之一,一般认为含碳氢化合物的废水易于形成颗粒污泥围。狡1废水水质’CCCODDD6000~8000mg/LLLNNNHs一NNN800~1000mg/LLL苯苯乙烯烯140mg/LLL一一二乙烯苯苯15mg/LLL甲甲醛醛Zomg/LLLpppHHH干.6~777形成颗拉污泥后,再引入待处理水。采用直接培养法时,由于废水水量、水质的变化,条件难以掌握;因此形成颗粒化的时间较长,一般需半年以上,况且某些废水根本不能形成颗粒污泥8j[。采用间接培养法,可人为创造微生物最佳的生长环境,控制最佳的运行条件,因此颗粒化的过程也最易实现旭据Guoit[,,等人的研究,既使在良好的条件下,城市污水处理厂消化污泥形成良好的颗粒污泥所需时间也要在IOd0以上。一因此,采用何种方式接种污泥,缩短uAsB反应器的起动时间,形成良好的颗粒污泥具有重要的实际意义。本研究试图用UASB反应器,采用消化污泥(直接培养法)和经短期人工培养的消化污泥天间接接种法)分别作为接种污泥,对树脂废水进行处理试验,比较两者的起动条件、污泥特性和处理效果、二l试验装盆与方法试验在两澎祖同的装置中进行(见图1)。污泥取自西安污水处理厂消化池,污泥骆为朋gL/,邓5/55于Q·3,发酵温度为33士1℃。_以消化污泥直接作为接种污泥的系统操作为:在污泥加入UASB反应器后,即引入树指废水,以低负荷起动(0.63kgcOD/耐·d),待出水仪〕D去除率达70%以上时,再逐渐提高负荷户如上所述,UASB反应器运行的好坏关键在于反应器内能否维持活性高、沉淀性能良好的颗粒污泥。为了达此目的,主要有三条途径:①直接培养法,即采用消化污泥接种、用被处理水进行自培养,此法在处理食品工业等废水中已被成功地运用民,1;②直接接种法,即直接引入已墙券好的颗粒污泥,这种方法起动快,在短时间内反应器即可转入正常运转状态,因此为国外所普遍采用。但在很多场合下,大量的颗粒污泥难以得到,因此直接接种法将难以实现;③间接接种法,即用城市污水处理厂消化污泥在反应器内采用人工基质进行培养,待飞飞了了皿1试脸续t简圈1.进水相.4出水槽2.计量泵5.集气瓶3.UAsB反应器6.气体流t计以人工培养后的消化污泥作为接种污泥的系统操作为;在污泥加入UASB反应器后,引中国给水排水1994Vol.10No.3入人工基质(见表2)进行培养,培养期间的负荷为4kgCOD/时·d,水力停留时间(HRT)为2d。经30d培养后引入树脂废水,采用替代法逐步序l入,即初次换求30%然后隔日增加10%,直到进水全部转变为树脂废水,负荷及停留时间与培养期何相同。农2人工基质\)噢竺B出水(短期培养)丫八众~_短期培养一一、姗8000600040002000。.40.501八曰谕日è000蔗蔗糖糖soootng/LLL(((NH4)ZHPO``5。。mg/LLLNNNaHCO3+NaC03334o0Omg/LLL微微量元,素素12222。01。0ǎ?`tu\00铭稼巴斌币神妞2结果与分杯2.1消化污泥直接作为接种污泥的处理来统试验持续194d。试验期间处理系统迸出水COD变化见图ZA,相应的容积负荷变化见图ZB。·1`,’运行初期消化柱处于不稳定的适应期,容积负荷低(0.63kgCOD/m,·d)、反应器出水区出现大量浮渣,随着运行时间的延长微生物逐渐适应,经3比后浮渣层基本消失,此时COD的去除率也已超过70%,说明微生物已基本适应了树脂废水。随后,容积负荷逐渐提高,停留时间逐渐缩短,到150d容积负荷达1:4盆g一COD/m3·d,HRT缩短为6d,Con去除率高达87%,但出水55却逐渐升高达12b恤创亡二一般说厌氧消化过程中污泥的增殖率狠低,约为每去除IkgeoD产生0.05~0.ikg污泥,按此推算当进水COD700o一g000mg/L去除率为80%时,废水产生的污泥量为280一72Omg/L。显然,流出反应器的污泥量大于产生的污泥量,污泥发生流失,系统处于不稳定状态,取消化柱污泥镜检发现结构松散、凝聚性能较差,同时对出水55测定时发现过滤较为困难,滤速很小,废水中存在粘性物质。据介绍,碳氢化合物易于形成胞外聚合物(Extraeellularpolymericsub-stanee,简称EpS)[`o、“〕,而这些胞外聚合物正是形成颗粒污泥的必要条件,起桥联作用。树脂废水的主要成份为低分子量聚合物厂(碳氢化合物),水中的粘性物质可能主要为EPS,但经150d的运行污泥并未颗粒化,可能是由于废水中所含毒物的影响。·`402550.75100125150175194运行时间(d)图2处理系统关系曲线A—进出水COD随运行时间的变化关系B—容积负荷随运行时间的变化美系为了维持污泥平衡,保证系统的稳定运行,在15d0后向出水中投加30mg/L硫酸亚铁进行絮凝沉淀,然后将沉淀污泥返回UASB反应器。试验发现,反应器内污泥凝聚性能有一定的改善,同时系统的容积负荷还稍有提高(1.“kgCOD/m3·d),HRT缩短为sd。试验结果表明,UASB反应器处理树脂废水,采用城市污水处理厂消化污泥作为接种污泥,增加污泥回承的措施,在1.“kgCoD/m,·d的容积负荷、HRT为d5的条件下,当进水COD为7000~g000mg/L时,COD的去除率可达80%以上。2.2短期人工培养的消化污泥作为接种污泥的系统城市污水厂消化污泥在容积负荷4kgCOD/m3·d、HRT为zd的条件下,采用人工基质经30d培养后,形成肉眼可见的细微颗粒(粒径0.5一lmm),结构密实,泥水界面清晰,沉淀性能良好。引入树脂废水后,既使在较高的替代速率下(如杠d5内人工基质全部替换为树脂废水),出水COD仍较低,与未经人工培养的消化污泥作为接种污泥的处理系统基本相同(见图2)。由此说明,该系统的微生物适应能力强,污泥活性高。当反应器的容积负荷4kgCOD/m3·d、HRT为Zd时,COD去除率仍可达80%以上,而出水55在整个试验期间1994Vol.10No.3中国给水排水1l均在ZOomg/L以下。由前污泥产率的计算结果,显见污泥流失率小于污泥产率,系统运行稳定,无需采取污泥回流的措施。取反应器内污泥进行观察发现污泥已颗粒化(粒径1~1.smm),在出水55的测定过程中,发现滤速明显加快,说明出水中粘性物质(EP)S减少。由此可见,在树脂废水处理过程中污泥是可以进行颗粒化的。试验结果表明,经短期人工培养后污泥特性得到改善,使得容积负荷大大提高(由1.66kgCOD/m3·d提高到4kgCOD/m3·d),反应器的水力停留时间大为缩短(由d5缩短为d2),处理能力大为增加,而处理工艺却相应简化(无需设置污泥回流系统)。由此可见,人工培养后的接种污泥对UASB反应器处理毒性有机废水的影响。2.3短期培养在污泥颗拉化过程中的作用对颗粒污泥的形态学和生态学研究结果表明川,大多数颗粒污泥的微观结构如图3所示,中心为一污泥核心,主要是Methaonthrix菌,结构密实;颗粒外层污泥主要由丝状菌、杆菌、球菌等组成,结构较为疏松。颗粒污泥是在污泥核心的基础上形成的图3颗粒污泥结构示意图在树脂废水处理中,采用城市污水处理厂消化污泥直接作为接种污泥时,尽管废水具有形成颗粒污泥的条件,但由于没有污泥核心,既使经过9d4的运行,污泥仍未颗粒化,结构松散,沉淀性能差。据Giuot等川的研究,采用城市污水处理厂消化污泥接种,进行人工培养,既使在良好的条件下形成颗粒污泥的时间也需lood以上。本研究中的短期培养仅仅3d0,在引入树脂废水前的污泥并非典型的颗粒污泥、粒径很小,在尺度_七接近污泥核心,随着运行时间的延长,污泥才逐渐颗粒化。因此,短期培养仅仅是提供了污泥核心,而污泥核心则是形成颗粒污泥的必要条:件。污泥核心在污泥颗粒化过程中的作用,类似于晶核在晶体形成过程中的作用。3结论通过比较试验研究,可得出如下结论:①对于含有毒性物质的树脂生产废水,采用城市污水处理厂消化污泥直接作为UASB反应器的接种污泥进行处理时,由于没有污泥核心,反应器内污泥难以颗粒化,因此污泥结构松散、活性低,COD容积负荷仅1.66kg/m3·d,HRT高