UASB反应器中颗粒污泥形成的影响因素

・专论与综述・

UASB反应器中颗粒污泥形成的影响因素

张丽杰,陈建中

(昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明650093)

摘　要:　综述了UASB反应器中颗粒污泥形成的影响因素,包括环境因素、废水特征及操作条件,并就这一研究提出了其新的发展方向。

关键词:　UASB;颗粒污泥;影响因素;发展

中图分类号:　X703　　　文献标识码:　A　　　文章编号:　10042275X(2001)0420011203

InfluenceFactorsofSludgeGranulationinUASB

ZHANGLi2jie,CHENJian2zhong(KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)Abstract:　InfluncefactorsofsludegranulationinUASB,includingenvironment,charactersofsewageandcondi2tionsofoperationweresummerized.Thenewtrendsinthefieldwerepoimtedout.

Keywords:　UASB;granulationsludge;influencefactors;development

1　前言2.1.1　温度

废水的厌氧处理是把废水处理和能源回收相结合,且成本低廉的一种水处理技术。20世纪40年代以来,厌氧处理技术得到了较大的发展,而达到突破性进展的是1970s荷兰Lettinga开发的升流式厌氧污泥床(UpFlowAnaerobicSludgeBed,简称UASB)工艺。

UASB工艺具有可处理多种高浓度工业废水与生活污水、水力停留时间短、剩余污泥量少、运行稳定、耐负荷冲击等优点。但是UASB反应器高效、稳定的运行要依赖于反应器内形成颗粒污泥,因而,反应器内污泥颗粒化是整个反应器成功启动的关键。本文综述了对影响污泥颗粒化的因素的研究,希望为反应器污泥颗粒化深入的研究提供一个详细的参考。2　污泥颗粒化的影响因素

污泥颗粒化是一个较为复杂的过程,其形成机理目前还不十分清楚。不过,这一过程是受到多种因素影响的,归结起来,大致分为:环境因素、废水特征及操作因素等几个方面。现分述如下:2.1　环境因素

废水的厌氧处理主要依靠水中微生物的生命

活动来达到处理的目的,不同的微生物生长需要不同的温度范围,根据反应器内微生物的这一特

)UASB反性,通常将反应器划分为低温(16～25℃

)UASB反应器、应器、中温(30～40℃及高温(50～

)UASB反应器。60℃

低温UASB反应器的启动研究较少,却是今后研究方向之一[8]。经试验证实[9],低温下采用UASB反应器可对污泥进行连续厌氧处理,并使废水得到净化。整个系统运行稳定可靠,70d后形成颗粒污泥,COD去除率大于80%。此外,在使用颗粒污泥低温下驯化后处理低浓度制药废水的实验中[8],同样取得了较好的效果,COD去除率达到90%左右。

中温UASB反应器的启动研究报道较多[4,5,6],温度范围一般控制在35±1℃,在其他条件适当的情况下,经1～3个月均可成功地培养出颗粒污泥。

高温UASB反应器较中温、低温UASB反应器有较高的负荷、较低的水力停留时间,这是非常有吸引力的研究方向。高温UASB反应器通常用

・12・云南化工　　　　　　　　　　　　　　　　　2001年第4期　

于废水出水温度较高的情况,由于高温下NH3与

某些化合物混合毒性会增加,而导致其应用上有一定的。目前在处理制浆废水、海产加工废水、豆酱生产废水中都取得了良好的处理效果[7]。2.1.2　pH值及pH缓冲能力

pH值是厌氧处理的又一个重要因素。厌氧

中补充这些微量元素。已在进水合成基质成分的

试验中,添加过FeCl2・4H2O,CuCl2等物质[10]。不过,具体要添加哪种微量金属溶液,还要依据进液废水的情况而定。2.2　废水特征废水特征及操作设计条件均是UASB反应器启动的影响因素。2.2.1　进水COD浓度

经过人们大量的研究认为,在初次启动UASB反应器时,进水COD浓度宜在5000mg/L左右[3]。若COD浓度较高,可采用出水回流进行稀释的方法。出水中,不能含有高的不可降解的COD,以防反应器过负荷。随着颗粒污泥的逐渐形成,逐步提高负荷,最终实现原水进液。

但是竺建荣等人[3]认为,进水稀释后,要最终实现原水或高浓度水的处理,需一定的调整时间,有时会因浓度高低相差太多而造成颗粒污泥特性的改变或恶化。若采用原水或高浓度水直接培养颗粒污泥,只要操作适当,就可解决这一问题,这一点非常有研究前景的。2.2.2　悬浮物

过程中,水解菌与产酸菌对pH有较大的适应范

围,而甲烷菌则对pH值比较敏感,适宜它的生长范围是6.5～7.8。若反应器内废水pH值超过这个范围,会引起由于甲烷菌受到抑制而出现的酸积累等问题,因而甲烷菌的这一特性也就决定了反应器内反应区所应控制的pH值范围。

反应器内乙酸的形成是对pH值影响最大的一个因素。不同特性的废水进入反应器后对pH值的影响也不同,例如含碳水化合物的废水会引起pH值的降低,而含大量蛋白质和氨基酸的废水则会造成pH值上升。因而,进液时废水可有不同的pH值,关键是保证进液后pH值的稳定,使废水有一定的缓冲能力,防止酸积累对甲烷菌产生毒性影响。在操作过程中出水回流不仅在反应器启动阶段提供反应器一定的水力负荷,且由于出水碱度高于进水碱度,可增加废水的缓冲能力,减少化学物质的添加[12];不过,更多地是采用向废水中添加化学药品如Na2CO3、NaOH、Ca(OH)2、NaHCO3等碱性物质,以在废水中形成碳酸氢盐缓冲系统,保证系统pH值的稳定。但是在投加化学药品时,要充分考虑到盐类的毒性作用,投加浓度不能高于其毒性浓度。2.1.3　营养物和微量元素[1]

微生物的生长需要一定量的营养物和微量元素,添加营养物的数量及微量元素的种类要依据组成细胞的化学成分而定。

UASB反应器中,细菌种类可能有产酸菌、酸分解菌、产甲烷菌等几种。不论在哪几种微生物,C、N、P都是微生物生长所不可缺少的。一般说来,对于未酸化的废水,C∶N∶P=130∶5∶1;而对于基本上完全酸化的废水C∶N∶P=1000∶5∶1～330∶5∶1。对于部分酸化的废水,可视具体情况根据上述数据参考而定。

除此以外,微量元素对微生物良好生长也有重要的作用。以甲烷菌为例来说,甲烷菌需要相对高浓度的Fe、Co、Ni等,而在某些废水中不含有或含有的浓度非常低。在此情况下,只有向废水

废水中的悬浮物会造成污泥产甲烷活性的降低,阻碍有机物的降解,引起污泥流失,降低污泥颗粒化的速度,甚至根本不能形成颗粒污泥。UASB反应器较其他高速厌氧反应器有令人满意的悬浮物去除效果。当悬浮物低于300mg/L时[1],不会对反应器的初次启动有太大的不利影响,这也是UASB反应器较其他反应器优越的特征之一。

对于高浓度的悬浮物,可在反应器前增加预处理装置,如沉淀池等,通过絮凝、混凝等方式予以去除。若悬浮物是可生物降解的,则不必对其进行预处理。2.2.3　毒性化合物的存在

对废水特征进行分析时,还必须充分考虑废水中是否存在毒性化合物或在降解过程中可能转化为毒性化合物的物质。这些物质的存在对敏感的甲烷菌有不利影响,抑制微生物的活性,阻碍污泥颗粒化。

一般说来,毒性物质分为无机毒性物质(如氨、无机硫化物、盐及重金属等)、有机毒性物质以及生物异型化合物。这些物质根据存在浓度、存在形态及环境因素如pH值的不同而显示不同的

　2001年第4期　　　　　　　　　张丽杰等:UASB反应器中颗粒污泥形成的影响因素・13・

毒性作用。例如,接种污泥中高的硫酸盐会造成低的产甲烷量[13],氨的毒性则体现在游离氨的毒性上,pH为7时,游离氨仅为总氨氮的1%,而pH为8时,游离氨的比例可上升10倍。此外,当氨的浓度被稀释至低于抑制浓度时,则毒性消失,具有可逆性。所有这些特点在用UASB反应器处理含蛋白质或氨基酸的废水时,要充分考虑。可采用对废水稀释或对污泥进行驯化来消除毒性,保证反应器的启动成功。2.3　操作条件反应器初次启动同样要求严格的操作条件,操作中的不当处理会造成反应器污泥不能颗粒化,反应器启动失败。

前面我们已经讨论了环境因素及废水特征对反应器污泥颗粒化的影响,而在操作条件中,首要考虑的是接种污泥。随着UASB反应器的推广,初次启动反应器可直接取启动成功的反应器的颗粒污泥作为接种污泥,但此时要求所处理的废水与环境条件尽量一致。若无颗粒污泥,可取污水处理厂消化池的活性污泥或下水道污泥(无泥砂)作为接种污泥。污泥的种类无,关键是污泥的活性。当接种污泥活性较高时,颗粒污泥形成的时间缩短为1～2个月,反应器启动更容易[4]。

其次,在启动时,污泥负荷不应太高。在以VFA混合物进液时,以消化污泥为接种污泥的实验中,反应器启动负荷由0.5～1.5kgCOD/(m3・d)或污泥负荷由0.05～0.1kgCOD/(m3・d)开始。水流与产气选择性地洗出细小的颗粒污泥或絮状污泥,这也是污泥颗粒化的一个关键的因素。因此,此时洗出的污泥因降解性能差而不再回流至反应器。但是要注意的是,洗出的污泥量不能太多,否则会因负荷过高而导致反应器内酸积累,系统运行不稳定。当可降解COD被去除80%后,再逐步提高负荷。若以VFA混合液进液,对于含碳水化合物的溶解性废水,污泥负荷达到0.3kgCOD/(m3・d)就会出现颗粒污泥,而以蛋白质为主的有机负荷,当污泥负荷达到0.67kgCOD/(m3・d)时才会出现颗粒污泥。

颗粒污泥出现后,可逐渐加大水力负荷,减少水力停留时间,以促进颗粒污泥的快速形成,缩短启动时间。

[1]

3　结语

随着UASB反应器内污泥颗粒化的研究不断深入,人们可以越来越多地掌握颗粒污泥的形成情况,同时也对UASB反应器初次启动的研究提出了更多的问题:关于厌氧颗粒污泥的形成机制[11],无机物质在污泥颗粒化中的作用及影响[10],引起颗粒污泥的性能的差异的因素,反应器中载体对颗粒污泥的影响及载体种类、数量的讨论[2]等等。UASB反应器中颗粒污泥的形成研究及其处理技术的潜力很大,有待于进一步地挖掘与研究。

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(收稿日期:2001204204)