處理難生物降解有機(jī)物的厭氧污泥形成的研究進(jìn)展
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摘要：針對(duì)以UASB為代表的無載體厭氧反應(yīng)器處理含難生物降解有機(jī)物廢水時(shí)的啟動(dòng)問題，綜述了影響厭氧顆粒污泥形成的因素。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)不同的難生物降解有機(jī)物，投加經(jīng)過馴化、篩選的優(yōu)勢(shì)菌。
關(guān)鍵詞：厭氧反應(yīng)器 污泥顆粒 影響因素 啟動(dòng) 優(yōu)勢(shì)菌
與好氧生物處理相比，厭氧生物處理由于具有處理成本低、處理有機(jī)負(fù)荷大和可處理許多在好氧條件下難生物降解的有機(jī)物等特點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外許多研究人員都采用厭氧生物處理或厭氧生物處理與好氧生物處理相結(jié)合的工藝來處理難生物降解有機(jī)物。為了提高厭氧生物反應(yīng)器中的生物量，厭氧生物反應(yīng)器中的生物多以顆粒污泥存在，此類無載體厭氧生物反應(yīng)器的形式包括UASB、EGSB和IC等。
對(duì)于處理含難生物降解有機(jī)物廢水的以UASB為代表的上述無載體厭氧反應(yīng)器而言，其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在兩個(gè)主要問題：（1）反應(yīng)器初次啟動(dòng)過程緩慢，短的需要2～3個(gè)月，長(zhǎng)的達(dá)半年甚至一年之久[1]；（2）對(duì)難生物降解有機(jī)物的處理效率低，處理時(shí)間長(zhǎng)。因此，上述無載體厭氧反應(yīng)器能否高效運(yùn)行的關(guān)鍵在于能否培養(yǎng)出具有良好沉降性能、能高效處理難生物降解有機(jī)物的厭氧顆粒污泥。
1厭氧顆粒污泥形成的主要技術(shù)條件
1.1廢水性質(zhì)
一般處理含糖類廢水易于形成顆粒污泥，而脂類廢水和蛋白質(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。要求廢水的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
影響污泥顆粒化進(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，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等[3]認(rèn)為液體上升流速在2.5～3.0m/d時(shí)，最有利于UASB反應(yīng)器內(nèi)污泥的顆；
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)污泥顆粒分布及顆粒化速度的影響；后者主要表現(xiàn)在通過調(diào)節(jié)pH(即通過堿度的緩沖作用使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SMA（SpecificMethanogenicActivity，產(chǎn)甲烷活性）低；進(jìn)水堿度低的反應(yīng)器其污泥顆；俣嚷，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆；^程中進(jìn)水堿度可以適當(dāng)偏高(但不能使反應(yīng)器的pH＞8.2，這主要是因?yàn)榇藭r(shí)產(chǎn)甲烷菌會(huì)受到嚴(yán)重抑制)以加速污泥的顆粒化，使反應(yīng)器快速啟動(dòng)；而在顆；^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，處理同類廢水時(shí)，當(dāng)接種量為反應(yīng)器容積的1/4～1/3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，溫度越高，實(shí)現(xiàn)污泥顆；璧臅r(shí)間越短，但溫度過高或過低對(duì)培養(yǎng)顆粒污泥都是不利的。此外，保持適宜的pH(6.8～7.6)也是極為重要的[5]。
2存在問題
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投加無機(jī)絮凝劑或高聚物
王林山等[6]研究了通過投加膨潤(rùn)土和聚丙烯酰胺作為惰性載體加快處理啤酒廢水的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等[7]研究了在小試規(guī)模下，通過投加水吸收聚合物顆粒來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)廢水的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；瑫r(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等[8]進(jìn)行了通過加入絮凝劑三氯化鋁來加快處理人工合成有機(jī)廢水的UASB啟動(dòng)的研究，通過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等[9]進(jìn)行了通過加入陽離子聚合物來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，通過加入陽離子聚合物，可以使ASBR中顆粒污泥的生成時(shí)間比對(duì)照縮短75%。
Uyanik等[10]進(jìn)行了通過加入聚合物（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]研究了通過投加顆；钚蕴考涌焯幚砥【茝U水的UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)，結(jié)果使啟動(dòng)時(shí)間由原來的3～6個(gè)月縮短為1個(gè)月。
3.2.3投加金屬離子
Yu等[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)過馴化、篩選的優(yōu)勢(shì)菌。
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