处理啤酒废水的生产性UASB反应省略温下培养颗粒污泥的过程及工艺条件刘志杰

19,4年H月中国China第12卷第4期3处理啤酒废水的生产性UASB反应器常温下培养颗粒污泥的过程及工艺条件刘志杰陆正禹李静.(清华大学环境工程系,梁永明胡纪萃北京,100084)摘要:在结构形式相同的生产性UASB反应器中投入不同类型和不同数量的接种污泥,以啤酒废水为基质常温下进行培养硕拉污泥的试验。试验结果表明:在生产性UASB反应器中用好氧活性污泥作为种泥也能培养出厌氧领拉污泥。厌氧絮状污泥接种量为6.skgVSS/m3左右时,对于迅速培养出颗拉污泥是合适的,太多或太少都会延迟新拉化进程。在培养领拉污泥的试验初期,重要的是保持较低的水力负荷(小于0·35m,/m,·h)及大于10oomgCaCO3/L的进水碱度;而在后期,调整水力负荷达到0.6m,/(m,·h)以土可以加快颖拉化速度,而进水碱度不低于750mgCaCO3/L即可。徽生物对惰性硕拉的附着及小硕拉之间的枯结是领拉污泥形成过程中的关健因素。关键词:厌氧污泥,领杠化,生产性UASB反应器,接种污泥,水力负荷,常温1引言UASB反应器能够在很高负荷下稳定运行的重要原因是在反应器内积聚着沉降性能好、产甲烷活性很高的厌氧颗粒污泥〔6,。培养颗粒污泥是一项专业性和技术性要求较高的工作,特别是在常温条件下实现颗粒化困难更大。本文比较系统地研究了生产性UASB反应器常温条件下处理啤酒工业废水过程中的污泥颗粒化过程和培养颗粒污泥的工艺条件。2反应器和废水水质废水4500m,·本反应器为钢筋混凝土结构,总容积为20o0m,,隔成结构相同的8个单元反应器,每个有效容积250m,。2.2废水水质指标北京啤酒厂UASB进水主要来自麦芽车间、糖化车间、发酵车间、灌装车间及部分厂区生活污水。UASB进水各项指标平均值是:水温为26℃,pH为6.6,BOD:为150omg/I一C`、D。:为2300mg/L,55为700m、;、.`:./少曰mg/L,TP为10mg/L,碱_为450mgCaCO3/L。2.1反应器清华大学环境工程系于198了年为北京啤酒厂设计了全国第一座常温下处理啤酒废水的UASB反应器,于1991年10月工程竣工并投入生产性运行,啤酒生产旺季日处理3试验过程及结果在五个月的投产调试连续运行期中,视控制条件的差异将培养颗粒污泥分为三个阶段:污泥驯化期、逐步提高负荷期和满负荷李静:北京啤酒厂。本文收稿:1993一07一03.修回:1994一01一2541994年11月中国沼气第21卷第4期运行期。3.1污泥驯化期选择两种絮状污泥作为反应器的接种污泥。一种是城市污水处理厂的厌氧消化污泥,另一种是生活污水处理厂的好氧污泥。八个单元反应器分别投入不同的泥种和泥量进行对比试验。为叙述方便,选择三个单元反应器进行说明。其污泥性能见表1。表1典型反应器接种污泥的性能反应器编号123接种污泥种类接种泥t(kgVSSm/3)最大比COD去除速率(kgC(】Dk/gVSS一d)有机组分Vss/SS厌载污泥6。5厌氧污泥14。0好氧污泥l。00。4350。4350。0700。400。400。35ù谷扮一闷之(匕舞世叹.ù谷夔气只泣ù爷货气(胃)扮袭侄口.N龚通分沈三ù瞥逻二ǎ澎冬井月以反应器出水COD小于soomg/L来控制进水时间和频率。3.2逐步提高负荷期采用1.0一1.skgCOD八m,·d)的容积负荷开始连续运行,以出水COD为主要监控指标。当出水COD在SOomg/L以下并能稳定运行时,分几次提高反应器容积负荷,每次提高幅度为0.skgCOD八m,·d)、每次提高稳定约二周后再次提高负荷。连续运行55天后,从反应器底部取泥样观察,3个反应器均发现了颗粒污泥,粒径0.1~0.smm,颜色墨黑,边缘光滑。此时容积负荷为3.okgCOD/(m,·d)左右。其后两周发现三个反应器底部颗粒污泥所占比例明显增多,而距离反应器底部不同高度上的污泥中亦发现颖粒污泥,并随着运行时间的延长,沿反应器高程颖粒污泥的比例趋向均匀。此时,不同反应器颗粒化进程开始有差异,其中1#反应器最快,3#最慢。3.3满负荷运行期这个阶段是在保证运行稳定和COD去除率的前提下,尽可能提高反应器的负荷以加速颗粒化进程。l“反应器在不断提高负荷,运行到95天时,容积负荷达到7kgCOD/(m,·d),处理效果令人满意。随后又逐步提高容积负荷,最大值达16kgCOD/(m3·d)。在整个过程中颖粒污泥厚度开始只有20一3c0m,但颗粒污泥得到充足的营养,生长迅速,致使厚度不断增加,最后1#反应器负荷稳定在7.0一12·okgCOD八ma·d),COD去除率75%一88%.颖粒污泥多为黑色,部分为灰色,颗粒较为均匀,大部分直径1.0~2.omm.2称反应器在满负荷运行期间表现出和1#反应器相似的性状,只是污泥流失现象较1称反应器严重,最终容积负荷稳定在4~7kgCOD/(m3·d),HRT为8~iZh,COD去除率70%一93%。反应器底部顺粒污泥占8。%左右,低于1“反应器。顺粒污泥呈球形,颜色呈黑色,其粒径多在0.5~1.smm之间。3“反应器最终负荷稳定在3~skgcoD/(m3·d),COD去除率70%一92%,颗粒化程度最差,底部污泥中顺粒污泥只占40%,低于1拉和2“反应器。且形状不规则,有球状、杆状、针状、块状,大小差别大,最大的达到4.smm.火。、洲材气外~叮呱人涵娇凡呱月戮刑下.毕乞’且笼乞一O一图1进出水COD及去除率的变化曲线进水COD浓度,一·一出水COD浓度,一△一去除率1994年11月刘志杰等处理啤酒废水的生产性UABs反应器常沮下培养硕粒污泥的过程及工艺条件5瓷弥较会熬黔丙:}…梦卜七平卜乍空邪.0团助咖钊长产粉目石一_占~`孟一~Jl的120140160人_时山妇闷、图2进水容积负荷和水力停留时间变化曲线一·一容积负荷一△一水力停留时间甲100123123123123123………拳拳………二厂厂乏乏;;;!飞飞拿拿岁乙乙艺艺二}}}警警爹爹餐餐一{{{协555叮叮眨客客二二二二二二曰`舀舀龟、、、、子子///////了了了了了了了了了了了了了名名名名名名名名名名名名名名艺艺艺艺/////////量量琴琴多多厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂厂//////////////////////////////////////////厂厂//////////////////////////////////////////圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣圣3517397140国0.&nm忍“一幼~圈2.0~运行时间()d图3污泥颖粒分布图图1、2、3分别为三个反应器在逐步提高负荷期及满负荷运行期的运行情况及污泥颗粒化的情况。4分析讨论4.1硕拉污泥的形成过程有关研究表明,在不同废水中或不同温度下培养的颗粒污泥的形状、密实程度及其中微生物菌种是有所不同的。本试验中培养出的颗粒污泥通过扫描电镜观察发现颗粒表面凹凸不平,为一个蜂窝状的多孔丸,颗粒内部可看到不同形态的细菌,可识别的有丝状细菌、球菌、短杆菌、长杆菌、链球菌等。颖粒污泥中很容易看到无机的惰性颖粒,它们和丝状菌、长杆菌一起形成的网络构成顺粒污泥的骨架,丰富的菌种填充其中,在某一局部会存在某一菌种的富集生长。通过光学和扫描电子显微境观察颖粒污泥的生长过程,可以把本实验中孩粒污泥形成的微观过程描述如下:1.菌种附着在惰性颖粒上生长,形成小的生物聚集体(直径10一15拌m);1.这些小的生物聚集体上由于自身的特性或环境影响而粘结到一起,形成颖粒污泥的初生体(直径100一500拌m);,.丝状菌的相互缠绕和其它菌种的迅速生长,使聚集的痕迹逐渐消失,初生体趋于密实。同时初生体不断粘结一些小的生物聚集体,使颗粒污泥不断增长。N.在沼气搅拌等中度剪切力的作用下,颖粒污泥长到一定大小便不再增大,而内部菌体的生长会使其成为密实的、球形的成熟顺粒污泥。因此,能否培养出颗粒污泥及污泥颗粒化的速度不仅取决于菌体的生长,更主要的是取决于微生物之间的粘结。.42培养硕拉污泥的工艺条件4..21接种污泥的类型对颗粒化的影响大量的试验表明,厌氧消化污泥、河底淤泥、牲畜粪便、化粪池污泥及好氧活性污泥等均可以作为种泥而培养出颖粒污泥〔,,毛·”.但生产性装置中应用好氧污泥接种培养出颖粒污泥的报道还很少。本试验分别用厌氧消化污泥和好氧活性污泥作为接种污泥,均成功地培养出颗粒污泥。这对于我国目前厌氧处理设施较少,厌氧污泥来源困难,可选择好氧污泥接种具有较大实用价值。但好氧污泥中缺乏大量有效的厌氧菌种,在连续进料之前应进行较长时间的驯化,以实现污泥中的微生物以好氧菌群占优势到厌氧菌ū心ù卜忿工.伽l仰i’0划妈160一二乒兰一一二ùl汉11仁·劣刚,彻知柳110炎侄弓N璐侄燮.厂ù/(工()é“戈ù定以王荤冬当806040刽产佘彭姐侧斗烈妞勺à姆佘脚纂6199,l年11月中国沼气第12卷第4期群占优势的转化。另外,从颗粒化进程来看,好氧污泥远没有厌氧消化污泥迅速,如图3所示。4.2.2接种污泥量对颗粒化的影响三个反应器的接种污泥量相差很大(见表1),但是,随着运行时间的延长,这种差异逐渐减小(见图4)。1“反应器污泥接种浓度6.skgvSS/m,,启动后污泥量增长明显,出水带泥较少,92天后污泥浓度达12.IkgVss/ni,,运行五个月后完成颗粒化。2“反应器接种浓度为14.okgVSS/m,,启动后大量跑泥,92天后泥量没有明显增加(为16.7kgvss/m,)。说明接种污泥量过大,污泥的生长量和流失量基本持平,反应器中截留不住新增长的菌体,造成颗粒污泥初生体的过度流失,会延缓颗粒污泥的形成。3“反应器接种污泥浓度很低,只有1.okgVSS/m,,所以一开始运行便有很高的污泥负荷(0.5一0.7kgCOD/kgvSS·d),致使污泥量增长迅速,到第70夭污泥浓度已达到10.4kgVss/m,,接近i“反应器的同期水平。但是,3#反应器过高的污泥负荷会导致厌氧消化各菌群比例的不平衡,也会对污泥颗粒化产生不利影响〔。,所以启动五个月后,反应器底部颗粒污泥的比例只占40%左右。161412108649ú0乙。406080100运行时lb1(d)图4各反应器平均浓度变化图ǎùù任\S的A罗à倒经嘿次以本试验的结果,接种污泥浓度为.6skgvSS/m,(按反应区容积计算为11.skgvss/m,),对于在生产性UASB反应器中迅速培养出颗粒污泥是合适的。这一结果同Lettinga〔3〕等人推荐的浓度范围(按反应区容积计算为20一ZokgVSS/m’)是相吻合的。4.2.3惰性颗粒对颗粒化的影响本试验中观察到的颗粒污泥形成的微观过程中,惰性颗粒作为菌体附着的核而对颗粒化起着积极的作用。具有很强吸附能力的索氏产甲烷菌等菌种附着在啤酒废水中的麦皮等粗纤维惰性颗粒促使小的生物聚集体产生,不必再往啤酒废水中投加别的惰性颗粒物。4.2.4水力负荷对颗粒化的影响水力负荷太低使大量分散污泥过度生长,影响沉降性能,甚至导致污泥膨胀`2〕,但太大的水力负荷(如上升流速大于4m/h)会对颗粒污泥造成剪切并会剥落未聚集细胞体的胞外多糖粘滞层而阻碍粘附聚集。本试验在启动初期,采用较小的水力负荷(小于0.lm,/m,·h),使絮体污泥能够互相粘结,向集团化生长,有利于形成颖粒污泥的初生体。当出现一定数量的颖粒污泥后,提高水力负荷至0.35m3/m之·h以上,可以冲走部分絮状污泥,使密度较大的颗粒状污泥沉降到反应器底部,形成颖粒污泥层,这部分污泥层可首先获得充足的营养而较快地增长。为了尽快实现颗粒化,把水力负荷提高到0.6m,/mZ·h时,可以冲走大部分的絮状污泥。但是,提高水力负荷不能过快,否则大量絮状污泥的过早淘汰会导致污泥负荷过高,影响反应器的稳定运行。4.2.5碱度对颗粒化的影响碱度对于污泥颗粒化有一定的影响。啤酒废水碱度较低,本试验初期投加工业NaZcO3和cao提高碱度大于1000mgcacO3/L,试验后期一般大于750mgcacO3/L,结果成功地实现了颗粒化。本试验和其它一些试