UASB處理淀粉廢水啟動(dòng)特性及污泥顆粒化形成研究

梁 晶

（南京科技職業(yè)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)系，江蘇 南京 210048）

UASB 反應(yīng)器是一種工藝成熟、應(yīng)用廣泛的厭氧生物反應(yīng)器，具有投資少、運(yùn)行和維修費(fèi)用低、產(chǎn)生污泥量少等優(yōu)點(diǎn)，因此廢水中處理中的應(yīng)用非常廣泛。公開(kāi)的UASB處理淀粉廢水的文獻(xiàn)很多，但這些文獻(xiàn)大都關(guān)注處理指標(biāo)的效果，卻很少有關(guān)注到UASB對(duì)淀粉廢水的啟動(dòng)特性和關(guān)鍵的顆粒化污泥形成過(guò)程[1-5]，因此本文基于UASB處理某玉米淀粉廠廢水的中試試驗(yàn)，初步研究對(duì)該廢水的UASB啟動(dòng)特性及其顆粒化污泥形成過(guò)程。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水取自某玉米淀粉廠所排廢水，具體的水質(zhì)指標(biāo)如表1所示：

表1 試驗(yàn)原水水質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用一個(gè)鋼制UASB反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑為200mm，高為6.5m，反應(yīng)器總有效體積為204L；設(shè)回流系統(tǒng)，沿反應(yīng)器高度設(shè)取樣口18個(gè)；在1m到4m處裝有視鏡。進(jìn)水采用電自控加熱，設(shè)定溫度為35℃。泵為普羅名特機(jī)械隔膜計(jì)量泵，所產(chǎn)生的沼氣通過(guò)水封后由濕式氣體流量計(jì)計(jì)量（LM1-0.5m3/h）。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意

1.3 接種污泥

反應(yīng)器采用的接種污泥取自某城市污水處理廠厭氧消化污泥，經(jīng)80目篩分以上的接種污泥量：7.5gvss/l. 含水率76.5%，VSS/SS:51.5%；為保證污泥中微生物的正常代謝，加入適當(dāng)?shù)奈⒘吭兀‵e=1.0mg/l, Co=0.1mg/l, Mo=0.05mg/l, Ni=0.2mg/l）。

1.4 分析項(xiàng)目和方法

COD 及pH 均采用國(guó)標(biāo)法測(cè)定[6]；VFA采用氣相色譜法測(cè)定；采用BT-9300H型激光粒度分析儀測(cè)定污泥粒徑分布；同時(shí)采用光學(xué)顯微鏡觀察污泥形態(tài)；XL30TMP 型掃描電鏡( 荷蘭PHILIPS 公司)觀測(cè)大顆粒污泥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2 反應(yīng)器的啟動(dòng)特性

原水加滿反應(yīng)器后，進(jìn)行循環(huán),反應(yīng)器的表面上升流速為0.3m/h，水溫保持在為30℃。經(jīng)過(guò)一天的循環(huán)后，反應(yīng)器底部能夠觀察到底部有小氣泡產(chǎn)生。循環(huán)結(jié)束后開(kāi)始采用連續(xù)進(jìn)水方式，啟動(dòng)負(fù)荷為0.5KgCOD/m3.d。反應(yīng)器啟動(dòng)初期負(fù)荷和水力剪切力較低，為了改善泥水混合和避免產(chǎn)生溝流現(xiàn)象，采取每隔3h進(jìn)行高回流比回流，每次持續(xù)時(shí)間10min，此時(shí)的反應(yīng)器表面水力上升流速為0.3m/h。反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行到第6d，出水COD去除率都達(dá)到了80%以上，出水VFA由起始的700mg/L左右降至200mg/L。從第7d開(kāi)始，UASB開(kāi)始以0.5KgCOD/m3.d的幅度提高容積負(fù)荷，直至UASB容積負(fù)荷達(dá)到3.5KgCOD/m3.d， 在此期間UASB反應(yīng)器都未曾出現(xiàn)過(guò)大量污泥的跑出現(xiàn)象，32d后通過(guò)對(duì)CODcr及VFA等的監(jiān)測(cè)結(jié)果，確認(rèn)UASB啟動(dòng)階段結(jié)束。

2.1 啟動(dòng)階段COD的變化及去除率的影響

UASB啟動(dòng)階段的玉米淀粉廢水的進(jìn)水CODcr及出水CODcr如圖2所示，進(jìn)水CODcr穩(wěn)定于2465mg/L～3790 mg/L之間，出水CODcr則從294.8mg/L變化至2210mg/L，但自21d后穩(wěn)定與508mg/L以下，反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 UASB啟動(dòng)階段進(jìn)水及出水CODcr值

如圖3所示，在UASB的啟動(dòng)階段，隨著天數(shù)的增加和容積負(fù)荷的升高，COD的去除率越來(lái)越高，在21d后，穩(wěn)定于85%的去除率以上，此時(shí)進(jìn)水CODcr3080 mg/L，出水382.6mg/L，說(shuō)明UASB對(duì)COD的去除效果已經(jīng)比較穩(wěn)定。

圖3 UASB啟動(dòng)階段CODcr去除率的變化

2.2 UASB啟動(dòng)階段出水VFA濃度的變化

如圖4所示，隨著UASB啟動(dòng)天數(shù)和容積符合的增加，出水VFA濃度不斷降低，說(shuō)明厭氧反應(yīng)的水解酸化階段產(chǎn)生的大量VFA已經(jīng)在不斷進(jìn)入產(chǎn)氫產(chǎn)甲烷階段。在21天后，能明顯看出，VFA濃度穩(wěn)定于160mg/L以下，說(shuō)明啟動(dòng)比較成功且反應(yīng)器無(wú)酸敗現(xiàn)象產(chǎn)生。

圖4 UASB啟動(dòng)階段出水VFA的變化

2.3 UASB啟動(dòng)階段pH的變化

pH 是影響UASB反應(yīng)器運(yùn)行性能的重要因素。產(chǎn)甲烷菌群適宜的pH 值為6.5～7.8，pH 值過(guò)高或過(guò)低均會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌的活性[7-8]。UASB 反應(yīng)器啟動(dòng)中進(jìn)出水pH 變化如圖5所示,整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，1-16d啟動(dòng)初期進(jìn)水pH 值非常不穩(wěn)定，因而出水pH也呈現(xiàn)一定的波動(dòng)性，17d后進(jìn)水pH值穩(wěn)定于6.5以后，出水pH值也基本穩(wěn)定于7.0～7.1，這是因?yàn)橥暾膮捬醴磻?yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的堿度，因此出水pH略高于進(jìn)水pH。在實(shí)際運(yùn)行中，也可以采用出水回流的方式減少進(jìn)水堿度的投加量。

3 啟動(dòng)過(guò)程中的污泥顆?；纬蛇^(guò)程分析

UASB 反應(yīng)器初始接種污泥為絮狀厭氧消化污泥，在啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中，污泥性狀變化顯著，圖6為UASB啟動(dòng)3d后取出的絮狀污泥，圖7為19d取出的初始顆粒污泥，密度不大較為松散，圖8為31d后取出的成熟顆粒污泥。從圖6、圖7及圖8可見(jiàn)污泥粒徑在UASB 反應(yīng)器啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中顯著增大，絮狀污泥粒徑為89.5μm，運(yùn)行至19d后，初始顆粒污泥粒徑增大1.8倍，達(dá)到276.5μm，表明小粒徑絮狀污泥通過(guò)流失逐漸消失。而圖8中粒徑為0.5～1.0mm的橢球狀顆粒污泥的大量出現(xiàn)，則反映了顆粒化污泥已到成熟階段。對(duì)圖8中成熟顆粒污泥進(jìn)行剖析，可見(jiàn)到索氏產(chǎn)甲烷絲菌單體串連成長(zhǎng)約幾十到上百微米的鏈，而鏈與鏈之間相互緊密有序地粘結(jié)成高度密集的管束狀分布，此種結(jié)構(gòu)表明該顆粒污泥密度和強(qiáng)度較大，抗沖擊能力強(qiáng)，反應(yīng)活性高。

圖6 UASB啟動(dòng)階段的絮狀污泥形態(tài)

圖7 UASB初始狀態(tài)顆粒污泥形態(tài)

圖8 UASB成熟顆粒污泥的形態(tài)

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在維持UASB反應(yīng)器的表面上升流速為0.3m/h，水溫30℃，啟動(dòng)負(fù)荷為0.5KgCOD/m3.d的條件下，每天遞增0.5KgCOD/m3.d的啟動(dòng)負(fù)荷。21d后，COD的去除率穩(wěn)定于85%以上，VFA濃度穩(wěn)定于160mg/L以下，出水pH值穩(wěn)定于7.0～7.1，再連續(xù)運(yùn)行12天，出水特性無(wú)明顯變化，說(shuō)明UASB處理該玉米淀粉廢水32天啟動(dòng)成功。

（2）在UASB啟動(dòng)階段，污泥粒徑由89.5μm逐漸增大至276.5μm，直至形成0.5～1.0mm的成熟顆粒污泥，且在掃描電鏡下觀察到索氏產(chǎn)甲烷絲菌鏈纏繞形成高度密集的管束狀分布，說(shuō)明污泥顆?；^(guò)程的完成。

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