ABR 反應(yīng)器處理畜禽養(yǎng)殖廢水中厭氧污泥顆?；难芯?/h1>
2015-03-11 14:05:18趙金安雷英春
趙金安，雷英春，2
（1．太原工業(yè)學(xué)院 環(huán)境與安全工程系，山西 太原030008；2．中北大學(xué) 化工與環(huán)境學(xué)院，山西 太原030051）
0 引 言
畜禽養(yǎng)殖廢水由于含有大量的N，P，是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本原因；同時(shí)釋放氨、硫化物、甲烷等惡臭有害氣體，污染大氣且危害人體健康．廢水厭氧處理具有低污泥產(chǎn)量、低運(yùn)行成本以及低能耗等特點(diǎn)，被公認(rèn)是最經(jīng)濟(jì)的廢水處理方式［1］，廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的處理．所以，國內(nèi)外對(duì)于畜禽養(yǎng)殖廢水的處理，均遵循厭氧＋好氧組合工藝的模式．其中厭氧段作為組合工藝的預(yù)處理單元，COD 及氨氮的去除率都能達(dá)到70%以上，承擔(dān)廢水中主要負(fù)荷的降低，充分發(fā)揮了高速厭氧反應(yīng)器的作用．高速厭氧反應(yīng)器的特點(diǎn)之一是提高反應(yīng)器內(nèi)生物量濃度，而提高生物量濃度則有兩種途徑：一種是加入載體（如厭氧過濾器、厭氧流化床等）使微生物附著在載體上生長(zhǎng)，另一種是依靠微生物自身的能力形成顆粒生物體，即厭氧污泥顆粒化過程［2］．
自從Young和McCarty［3］首次觀察到厭氧顆粒污泥以來，厭氧顆粒污泥始終是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)．上流式厭氧污泥床（UASB）是高速厭氧反應(yīng)器中研究較充分，曾經(jīng)一度成為應(yīng)用最廣泛的一種方法，它的運(yùn)行效果極大程度地依賴于厭氧顆粒污泥的形成及性能．所以迄今為止，厭氧顆粒污泥的研究都以UASB 反應(yīng)器為主［4－14］．但是，由于UASB 需要上流式操作，能耗大，并且三相分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，于是近年來ABR 作為一種能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高濃度有機(jī)廢水的高效處理方法受到研究者的關(guān)注［15－17］，并用于低濃度廢水的處理［18－19］．宮小燕等采用人工配水，COD 濃度為5 000mg·L－1，研究了不同溫度和有機(jī)負(fù)荷對(duì)ABR 啟動(dòng)過程中胞外聚合物（EPS）產(chǎn)生的影響，以及各隔室優(yōu)勢(shì)菌種［15］．董凌霄等研究了污泥顆?；?6］采用人工配制葡萄糖廢水，濃度為872～3 529mg·L－1，各隔室中VFA，pH，堿度與COD 和有機(jī)負(fù)荷（OLR）之間的關(guān)系，并對(duì)污泥顆?；F(xiàn)象進(jìn)行了掃描電鏡觀察．F．Motteran等研究了污泥顆?；?7］用ABR 與UASB 串聯(lián)，處理COD 濃度高達(dá)26 000mg·L－1的豬場(chǎng)廢水．該研究充分發(fā)揮了ABR 多個(gè)隔室依次排列形成的種群分布特點(diǎn)，緩沖了高濃度對(duì)UASB 的沖擊．避免了高濃度廢水對(duì)UASB 形成沖擊負(fù)荷，造成UASB酸化而導(dǎo)致UASB 不可恢復(fù)的癱瘓的情形．該研究討論了超高濃度下形成的顆粒污泥的操作條件，并對(duì)顆粒污泥進(jìn)行了表征．
與UASB污泥顆?；芯肯啾?，關(guān)于ABR的污泥顆粒化研究報(bào)道很少．同時(shí)，考慮到我國畜禽養(yǎng)殖廢水的具體特點(diǎn)，在CODCr的濃度達(dá)到10 000mg·L－1的廢水處理過程中，形成顆粒污泥的研究報(bào)道幾乎沒有．本文對(duì)ABR－MSBR組合工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小試研究，針對(duì)ABR 啟動(dòng)過程中厭氧污泥顆粒化的影響因素進(jìn)行了單因素研究，并對(duì)顆粒污泥的形貌及產(chǎn)氣特性進(jìn)行了表征．
1 試 驗(yàn)
1．1 實(shí)驗(yàn)裝置
ABR 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需填料、三相分離器；對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)特性要求不嚴(yán)，具有良好的水力特性、高的生物截留能力，良好的室間種群分布；同時(shí)運(yùn)行靈活而穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少．所以ABR 作為預(yù)處理單元，可有效地降低COD 濃度．厭氧反應(yīng)池設(shè)計(jì)為連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)排水形式．污水經(jīng)儲(chǔ)水箱、提升泵、高位水箱、流量計(jì)、管道從ABR 下部進(jìn)水，進(jìn)水口距池底20mm，用穿孔管沿池寬均勻布水；在末端池壁上部設(shè)計(jì)溢流堰出水；反應(yīng)器上部有機(jī)玻璃板上均勻開2個(gè)集氣孔．
反應(yīng)器為有機(jī)玻璃材質(zhì)，形成4個(gè)大隔室．前端為進(jìn)水隔室，依次為降流、升流交替的3 個(gè)隔室，如圖1 所示．
圖1 實(shí)驗(yàn)ABR 裝置示意圖Fig．1 Sketch of ABR
1．2 原水水質(zhì)
模 擬 廢 水 CODCr的 濃 度 為 1 000 ～10 000mg·L－1，配 料 為 葡 萄 糖，NH4HCO3，MgCl2，CoCl2，K2HPO4，CuSO4，F(xiàn)eSO4，MnSO4等，按營(yíng)養(yǎng)比CODCr∶N∶P＝400∶5∶1配制．
1．3 研究方法
1．3．1 試驗(yàn)方法
接種污泥為太原市北郊污水處理廠二沉池回流污泥，采取培養(yǎng)馴化同步進(jìn)行的方法啟動(dòng)，操作方式為連續(xù)進(jìn)水、出水．控制進(jìn)水的pH 值在7．1左右，溫度25～35 ℃，流量為36mL·min－1，進(jìn)水CODCr濃度為1 000mg·L－1，HRT 為0．7d，容積 負(fù) 荷NV為1．44 kg CODm－3·d－1，約1．152kg BODm－3·d－1．當(dāng)CODCr去 除 率 達(dá) 到75%以上時(shí)增加負(fù)荷，增幅不超過50%．
1．3．2 分析方法
COD，重鉻酸鉀法；DO，膜電極法，JPB－607；pH，玻璃電極法，WTW inoLab；SS，重量法；產(chǎn)氣量，氣袋收集法；形貌，掃描電鏡Hitachi H－2800．
2 結(jié)果與討論
2．1 污泥顆粒形成過程
厭氧折板反應(yīng)器顆粒污泥的形成過程歷時(shí)101d，污泥形成過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2 所示．
圖2 廢水pH 和CODCr隨時(shí)間變化曲線Fig．2 Change of pH and CODCrof wastewater
從圖2可以看出，隨著進(jìn)水CODCr濃度的增大，伴隨著顆粒污泥的不斷形成，無論進(jìn)水端pH值如何波動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)與調(diào)整，出水pH 值始終穩(wěn)定在7．0左右；達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，進(jìn)水CODCr為10 000mg·L－1，此時(shí)CODCr的去除率仍能保持72%．啟動(dòng)試驗(yàn)和試運(yùn)行階段全稱為調(diào)試運(yùn)行或反應(yīng)器的啟動(dòng)，兩階段的分界點(diǎn)為顆粒化初步形成時(shí)．試驗(yàn)進(jìn)行至46d時(shí)，發(fā)現(xiàn)顆粒污泥形成，粒徑約0．2 mm，此時(shí)進(jìn)水CODCr為6 000mg·L－1左 右， 容 積 負(fù) 荷 為8．0kgCODm－3·d－1；隨后，顆粒污泥形成速度加快，粒徑變大，約73d時(shí)，反應(yīng)器中顆粒污泥清晰可見，粒徑依隔室不同而變化；啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，約101d，容積負(fù)荷達(dá)到15．0kg CODm－3·d－1，產(chǎn)氣率為0．36m3·kg－1，顆粒污泥形貌有規(guī)律，一般為球形或橢球形，第一隔室為灰白色，其余3室為黑色，粒徑在0．2～4．5mm 之間．在自來水龍頭下沖洗，用手搓捻，不會(huì)成為粉末，污泥有一定強(qiáng)度．
2．2 污泥形貌
取各室少量污泥，肉眼觀察，均呈顆粒狀，具體結(jié)果如表1 和圖3 所示．
表1 厭氧折板反應(yīng)器顆粒污泥性狀Tab．1 Characteristics of sludge granule of ABR
圖3 顆粒污泥實(shí)體照片F(xiàn)ig．3 Picture of sludge granules
掃描電鏡結(jié)果如圖4 所示．從圖4 中可以看出，顆粒污泥的結(jié)構(gòu)都比較緊密，表面分布較多的孔隙，基本呈球形，橢球形．由于隔室不同，形狀略有差異．第1 隔室（如圖4（a）），粒徑較大，約4．5mm．原因是反應(yīng)器前端有機(jī)負(fù)荷高，營(yíng)養(yǎng)豐富，表面有孔隙，便于營(yíng)養(yǎng)快速運(yùn)輸．粒徑不均勻的原因是存在沖擊負(fù)荷．第2 隔室（如圖4（b）），平均粒徑為2mm，呈球形，形貌規(guī)則，說明反應(yīng)器負(fù)荷較穩(wěn)定，同時(shí)由于負(fù)荷較前室低，導(dǎo)致顆粒較?。?隔室（如圖4（c）），顆粒更加富有變化，有的呈長(zhǎng)橢圓形，有的呈球形，粒徑的大小也不均勻，但顆粒的大小整體較前室更小．表明了菌群的多樣性、復(fù)雜性，更低的負(fù)荷使顆粒更?。?隔室（如圖4（d）），出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)菌種的趨勢(shì)明顯，但更小的有機(jī)負(fù)荷使顆粒更小，同時(shí)也更密實(shí)．同時(shí)，由于出水，密度較小的顆粒會(huì)被洗出，所以第4隔室中保留下來的顆粒密度較大．
圖4 顆粒污泥掃描電鏡圖片F(xiàn)ig．4 SEM of sludge granule
取樣制片后在光學(xué)顯微鏡下可看到，菌團(tuán)周圍混
雜著絮狀的菌膠團(tuán)，排列緊湊，說明結(jié)合得很緊密．菌團(tuán)邊緣非常清晰整齊，結(jié)構(gòu)致密．
2．3 產(chǎn)氣率
污泥產(chǎn)甲烷活性能夠較好地反映出顆粒污泥的生物活性．由于廢水中被去除的CODCr主要轉(zhuǎn)化為甲烷，因此污泥產(chǎn)甲烷活性可以反映出污泥所能具有的去除CODCr及產(chǎn)生甲烷的潛力．從圖5 中可以看出，產(chǎn)氣率隨容積負(fù)荷的提高而增加，最高容積產(chǎn)氣率為0．36m3CH4／kgVS．
圖5 產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化Fig．5 Effect of time to methane yield
2．4 影響污泥顆粒化的因素
2．4．1 有機(jī)底物
有機(jī)底物的質(zhì)與量均對(duì)污泥顆?；兄匾绊懀绻麖U水可生化性COD 含量高，則廢水易酸化；同時(shí)調(diào)整水力停留時(shí)間，可以促進(jìn)顆粒形成．
前端較高濃度的有機(jī)底物，形成了較大的濃度梯度，使體系具有較大的傳質(zhì)推動(dòng)力，有機(jī)物可以滲透到較大顆粒污泥的深處．與此同時(shí)，在高負(fù)荷條件下，產(chǎn)氣量很高，大量氣泡的析出會(huì)帶走細(xì)小污泥，這種選擇性的污泥洗出，對(duì)污泥的顆?；鸬搅嗣黠@的促進(jìn)作用．
2．4．2 pH 值
在厭氧消化中，存在著水解細(xì)菌和酸化菌及產(chǎn)甲烷菌．產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH 值的要求非常苛刻，通常要求其最佳范圍是6．8～7．2．在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，出水基本保持中性，測(cè)得4個(gè)室的pH 分別為6．73，6．84，6．94，6．91．
2．4．3 有機(jī)負(fù)荷
本文試驗(yàn)所采用的種泥是絮狀污泥，進(jìn)水CODCr的濃度為1 000mg·L－1，容積負(fù)荷NV為1．44kg CODm－3·d－1．如果進(jìn)水CODcr的濃度為1 0000mg·L－1， 則 容 積 負(fù) 荷 NV為14．4kg CODm－3·d－1．接種初期的厭氧污泥活性較差，采用較高的有機(jī)負(fù)荷極易形成沖擊負(fù)荷，揮發(fā)性脂肪酸大量積累，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓．所以本研究采取較低負(fù)荷啟動(dòng)．進(jìn)入顆粒污泥出現(xiàn)階段后，有機(jī)負(fù)荷的改變對(duì)反應(yīng)器的去除效率影響不大．
3 結(jié) 論
1）在25～35 ℃中溫條件下，進(jìn)水CODCr的濃 度 為1 000 mg·L－1，容 積 負(fù) 荷 NV為1．44kg CODm－3·d－1，逐步增加進(jìn)水CODCr的濃度．在46d 時(shí)發(fā)現(xiàn)顆粒污泥形成，在73d時(shí)反應(yīng)器中顆粒污泥清晰可見，粒徑依隔室不同而變化；在啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，約101 d，容積負(fù)荷達(dá)到15．0kgCODm－3·d－1，顆粒污泥的形貌有規(guī)律．
2）顆粒污泥的粒徑分布為0．2～4．5mm，在低倍顯微鏡下觀察到邊緣非常整齊的菌團(tuán)，呈球形、橢球形，表面有孔隙．主要菌種符合絲狀產(chǎn)甲烷菌特征，產(chǎn)甲烷活性達(dá)到0．36m3CH4／kgVS．
3）在設(shè)計(jì)負(fù)荷下，CODCr去除率達(dá)到72%，出水需要后續(xù)好氧處理．
4）實(shí)驗(yàn)中顆粒污泥的形成過程中采取固定HRT，導(dǎo)致了污泥過度流失，不利于污泥顆?；M(jìn)程．
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0 引 言
畜禽養(yǎng)殖廢水由于含有大量的N，P，是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的根本原因；同時(shí)釋放氨、硫化物、甲烷等惡臭有害氣體，污染大氣且危害人體健康．廢水厭氧處理具有低污泥產(chǎn)量、低運(yùn)行成本以及低能耗等特點(diǎn)，被公認(rèn)是最經(jīng)濟(jì)的廢水處理方式［1］，廣泛應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水的處理．所以，國內(nèi)外對(duì)于畜禽養(yǎng)殖廢水的處理，均遵循厭氧＋好氧組合工藝的模式．其中厭氧段作為組合工藝的預(yù)處理單元，COD 及氨氮的去除率都能達(dá)到70%以上，承擔(dān)廢水中主要負(fù)荷的降低，充分發(fā)揮了高速厭氧反應(yīng)器的作用．高速厭氧反應(yīng)器的特點(diǎn)之一是提高反應(yīng)器內(nèi)生物量濃度，而提高生物量濃度則有兩種途徑：一種是加入載體（如厭氧過濾器、厭氧流化床等）使微生物附著在載體上生長(zhǎng)，另一種是依靠微生物自身的能力形成顆粒生物體，即厭氧污泥顆粒化過程［2］．
自從Young和McCarty［3］首次觀察到厭氧顆粒污泥以來，厭氧顆粒污泥始終是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)．上流式厭氧污泥床（UASB）是高速厭氧反應(yīng)器中研究較充分，曾經(jīng)一度成為應(yīng)用最廣泛的一種方法，它的運(yùn)行效果極大程度地依賴于厭氧顆粒污泥的形成及性能．所以迄今為止，厭氧顆粒污泥的研究都以UASB 反應(yīng)器為主［4－14］．但是，由于UASB 需要上流式操作，能耗大，并且三相分離器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，于是近年來ABR 作為一種能耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高濃度有機(jī)廢水的高效處理方法受到研究者的關(guān)注［15－17］，并用于低濃度廢水的處理［18－19］．宮小燕等采用人工配水，COD 濃度為5 000mg·L－1，研究了不同溫度和有機(jī)負(fù)荷對(duì)ABR 啟動(dòng)過程中胞外聚合物（EPS）產(chǎn)生的影響，以及各隔室優(yōu)勢(shì)菌種［15］．董凌霄等研究了污泥顆?；?6］采用人工配制葡萄糖廢水，濃度為872～3 529mg·L－1，各隔室中VFA，pH，堿度與COD 和有機(jī)負(fù)荷（OLR）之間的關(guān)系，并對(duì)污泥顆?；F(xiàn)象進(jìn)行了掃描電鏡觀察．F．Motteran等研究了污泥顆?；?7］用ABR 與UASB 串聯(lián)，處理COD 濃度高達(dá)26 000mg·L－1的豬場(chǎng)廢水．該研究充分發(fā)揮了ABR 多個(gè)隔室依次排列形成的種群分布特點(diǎn)，緩沖了高濃度對(duì)UASB 的沖擊．避免了高濃度廢水對(duì)UASB 形成沖擊負(fù)荷，造成UASB酸化而導(dǎo)致UASB 不可恢復(fù)的癱瘓的情形．該研究討論了超高濃度下形成的顆粒污泥的操作條件，并對(duì)顆粒污泥進(jìn)行了表征．
與UASB污泥顆?；芯肯啾?，關(guān)于ABR的污泥顆粒化研究報(bào)道很少．同時(shí)，考慮到我國畜禽養(yǎng)殖廢水的具體特點(diǎn)，在CODCr的濃度達(dá)到10 000mg·L－1的廢水處理過程中，形成顆粒污泥的研究報(bào)道幾乎沒有．本文對(duì)ABR－MSBR組合工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室小試研究，針對(duì)ABR 啟動(dòng)過程中厭氧污泥顆粒化的影響因素進(jìn)行了單因素研究，并對(duì)顆粒污泥的形貌及產(chǎn)氣特性進(jìn)行了表征．
1 試 驗(yàn)
1．1 實(shí)驗(yàn)裝置
ABR 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需填料、三相分離器；對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)特性要求不嚴(yán)，具有良好的水力特性、高的生物截留能力，良好的室間種群分布；同時(shí)運(yùn)行靈活而穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少．所以ABR 作為預(yù)處理單元，可有效地降低COD 濃度．厭氧反應(yīng)池設(shè)計(jì)為連續(xù)進(jìn)水，連續(xù)排水形式．污水經(jīng)儲(chǔ)水箱、提升泵、高位水箱、流量計(jì)、管道從ABR 下部進(jìn)水，進(jìn)水口距池底20mm，用穿孔管沿池寬均勻布水；在末端池壁上部設(shè)計(jì)溢流堰出水；反應(yīng)器上部有機(jī)玻璃板上均勻開2個(gè)集氣孔．
反應(yīng)器為有機(jī)玻璃材質(zhì)，形成4個(gè)大隔室．前端為進(jìn)水隔室，依次為降流、升流交替的3 個(gè)隔室，如圖1 所示．
圖1 實(shí)驗(yàn)ABR 裝置示意圖Fig．1 Sketch of ABR
1．2 原水水質(zhì)
模 擬 廢 水 CODCr的 濃 度 為 1 000 ～10 000mg·L－1，配 料 為 葡 萄 糖，NH4HCO3，MgCl2，CoCl2，K2HPO4，CuSO4，F(xiàn)eSO4，MnSO4等，按營(yíng)養(yǎng)比CODCr∶N∶P＝400∶5∶1配制．
1．3 研究方法
1．3．1 試驗(yàn)方法
接種污泥為太原市北郊污水處理廠二沉池回流污泥，采取培養(yǎng)馴化同步進(jìn)行的方法啟動(dòng)，操作方式為連續(xù)進(jìn)水、出水．控制進(jìn)水的pH 值在7．1左右，溫度25～35 ℃，流量為36mL·min－1，進(jìn)水CODCr濃度為1 000mg·L－1，HRT 為0．7d，容積 負(fù) 荷NV為1．44 kg CODm－3·d－1，約1．152kg BODm－3·d－1．當(dāng)CODCr去 除 率 達(dá) 到75%以上時(shí)增加負(fù)荷，增幅不超過50%．
1．3．2 分析方法
COD，重鉻酸鉀法；DO，膜電極法，JPB－607；pH，玻璃電極法，WTW inoLab；SS，重量法；產(chǎn)氣量，氣袋收集法；形貌，掃描電鏡Hitachi H－2800．
2 結(jié)果與討論
2．1 污泥顆粒形成過程
厭氧折板反應(yīng)器顆粒污泥的形成過程歷時(shí)101d，污泥形成過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2 所示．
圖2 廢水pH 和CODCr隨時(shí)間變化曲線Fig．2 Change of pH and CODCrof wastewater
從圖2可以看出，隨著進(jìn)水CODCr濃度的增大，伴隨著顆粒污泥的不斷形成，無論進(jìn)水端pH值如何波動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)與調(diào)整，出水pH 值始終穩(wěn)定在7．0左右；達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)，進(jìn)水CODCr為10 000mg·L－1，此時(shí)CODCr的去除率仍能保持72%．啟動(dòng)試驗(yàn)和試運(yùn)行階段全稱為調(diào)試運(yùn)行或反應(yīng)器的啟動(dòng)，兩階段的分界點(diǎn)為顆粒化初步形成時(shí)．試驗(yàn)進(jìn)行至46d時(shí)，發(fā)現(xiàn)顆粒污泥形成，粒徑約0．2 mm，此時(shí)進(jìn)水CODCr為6 000mg·L－1左 右， 容 積 負(fù) 荷 為8．0kgCODm－3·d－1；隨后，顆粒污泥形成速度加快，粒徑變大，約73d時(shí)，反應(yīng)器中顆粒污泥清晰可見，粒徑依隔室不同而變化；啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，約101d，容積負(fù)荷達(dá)到15．0kg CODm－3·d－1，產(chǎn)氣率為0．36m3·kg－1，顆粒污泥形貌有規(guī)律，一般為球形或橢球形，第一隔室為灰白色，其余3室為黑色，粒徑在0．2～4．5mm 之間．在自來水龍頭下沖洗，用手搓捻，不會(huì)成為粉末，污泥有一定強(qiáng)度．
2．2 污泥形貌
取各室少量污泥，肉眼觀察，均呈顆粒狀，具體結(jié)果如表1 和圖3 所示．
表1 厭氧折板反應(yīng)器顆粒污泥性狀Tab．1 Characteristics of sludge granule of ABR
圖3 顆粒污泥實(shí)體照片F(xiàn)ig．3 Picture of sludge granules
掃描電鏡結(jié)果如圖4 所示．從圖4 中可以看出，顆粒污泥的結(jié)構(gòu)都比較緊密，表面分布較多的孔隙，基本呈球形，橢球形．由于隔室不同，形狀略有差異．第1 隔室（如圖4（a）），粒徑較大，約4．5mm．原因是反應(yīng)器前端有機(jī)負(fù)荷高，營(yíng)養(yǎng)豐富，表面有孔隙，便于營(yíng)養(yǎng)快速運(yùn)輸．粒徑不均勻的原因是存在沖擊負(fù)荷．第2 隔室（如圖4（b）），平均粒徑為2mm，呈球形，形貌規(guī)則，說明反應(yīng)器負(fù)荷較穩(wěn)定，同時(shí)由于負(fù)荷較前室低，導(dǎo)致顆粒較?。?隔室（如圖4（c）），顆粒更加富有變化，有的呈長(zhǎng)橢圓形，有的呈球形，粒徑的大小也不均勻，但顆粒的大小整體較前室更小．表明了菌群的多樣性、復(fù)雜性，更低的負(fù)荷使顆粒更?。?隔室（如圖4（d）），出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)菌種的趨勢(shì)明顯，但更小的有機(jī)負(fù)荷使顆粒更小，同時(shí)也更密實(shí)．同時(shí)，由于出水，密度較小的顆粒會(huì)被洗出，所以第4隔室中保留下來的顆粒密度較大．
圖4 顆粒污泥掃描電鏡圖片F(xiàn)ig．4 SEM of sludge granule
取樣制片后在光學(xué)顯微鏡下可看到，菌團(tuán)周圍混
雜著絮狀的菌膠團(tuán)，排列緊湊，說明結(jié)合得很緊密．菌團(tuán)邊緣非常清晰整齊，結(jié)構(gòu)致密．
2．3 產(chǎn)氣率
污泥產(chǎn)甲烷活性能夠較好地反映出顆粒污泥的生物活性．由于廢水中被去除的CODCr主要轉(zhuǎn)化為甲烷，因此污泥產(chǎn)甲烷活性可以反映出污泥所能具有的去除CODCr及產(chǎn)生甲烷的潛力．從圖5 中可以看出，產(chǎn)氣率隨容積負(fù)荷的提高而增加，最高容積產(chǎn)氣率為0．36m3CH4／kgVS．
圖5 產(chǎn)氣量隨時(shí)間的變化Fig．5 Effect of time to methane yield
2．4 影響污泥顆粒化的因素
2．4．1 有機(jī)底物
有機(jī)底物的質(zhì)與量均對(duì)污泥顆?；兄匾绊懀绻麖U水可生化性COD 含量高，則廢水易酸化；同時(shí)調(diào)整水力停留時(shí)間，可以促進(jìn)顆粒形成．
前端較高濃度的有機(jī)底物，形成了較大的濃度梯度，使體系具有較大的傳質(zhì)推動(dòng)力，有機(jī)物可以滲透到較大顆粒污泥的深處．與此同時(shí)，在高負(fù)荷條件下，產(chǎn)氣量很高，大量氣泡的析出會(huì)帶走細(xì)小污泥，這種選擇性的污泥洗出，對(duì)污泥的顆?；鸬搅嗣黠@的促進(jìn)作用．
2．4．2 pH 值
在厭氧消化中，存在著水解細(xì)菌和酸化菌及產(chǎn)甲烷菌．產(chǎn)甲烷菌對(duì)pH 值的要求非常苛刻，通常要求其最佳范圍是6．8～7．2．在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，出水基本保持中性，測(cè)得4個(gè)室的pH 分別為6．73，6．84，6．94，6．91．
2．4．3 有機(jī)負(fù)荷
本文試驗(yàn)所采用的種泥是絮狀污泥，進(jìn)水CODCr的濃度為1 000mg·L－1，容積負(fù)荷NV為1．44kg CODm－3·d－1．如果進(jìn)水CODcr的濃度為1 0000mg·L－1， 則 容 積 負(fù) 荷 NV為14．4kg CODm－3·d－1．接種初期的厭氧污泥活性較差，采用較高的有機(jī)負(fù)荷極易形成沖擊負(fù)荷，揮發(fā)性脂肪酸大量積累，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓．所以本研究采取較低負(fù)荷啟動(dòng)．進(jìn)入顆粒污泥出現(xiàn)階段后，有機(jī)負(fù)荷的改變對(duì)反應(yīng)器的去除效率影響不大．
3 結(jié) 論
1）在25～35 ℃中溫條件下，進(jìn)水CODCr的濃 度 為1 000 mg·L－1，容 積 負(fù) 荷 NV為1．44kg CODm－3·d－1，逐步增加進(jìn)水CODCr的濃度．在46d 時(shí)發(fā)現(xiàn)顆粒污泥形成，在73d時(shí)反應(yīng)器中顆粒污泥清晰可見，粒徑依隔室不同而變化；在啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，約101 d，容積負(fù)荷達(dá)到15．0kgCODm－3·d－1，顆粒污泥的形貌有規(guī)律．
2）顆粒污泥的粒徑分布為0．2～4．5mm，在低倍顯微鏡下觀察到邊緣非常整齊的菌團(tuán)，呈球形、橢球形，表面有孔隙．主要菌種符合絲狀產(chǎn)甲烷菌特征，產(chǎn)甲烷活性達(dá)到0．36m3CH4／kgVS．
3）在設(shè)計(jì)負(fù)荷下，CODCr去除率達(dá)到72%，出水需要后續(xù)好氧處理．
4）實(shí)驗(yàn)中顆粒污泥的形成過程中采取固定HRT，導(dǎo)致了污泥過度流失，不利于污泥顆?；M(jìn)程．
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