厭氧反應器快速啟動(dòng)技術(shù)研究
中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2010-3-18 10:47:59
污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量，降低企業(yè)治污成本
一、外加物質(zhì)效應
1 投加無(wú)機絮凝劑或高聚物
為了保證反應器內的最佳生長(cháng)條件,必要時(shí)可改變廢水的成分,其方法是向進(jìn)水中投加養分、維生素和促進(jìn)劑等。Macarie和Guyot研究發(fā)現,在處理生物難降解有機污染物亞甲基安息香酸廢水時(shí),向廢水中投加FeSO4和生物易降解培養基后,可以有效地降低原系統的氧化還原能力,達到一個(gè)合適的亞甲基源水平,縮短ＵＡＳＢ的啟動(dòng)時(shí)間。
Imai研究了向接種污泥中添加吸水性聚合物(WAP)的作用。WAP主要成分為丙烯酸顆粒樹(shù)脂，具有可供微生物附著(zhù)的高的比表面和復雜網(wǎng)狀結構。而且密度低(濕密度1.0g/ml)，與砂及其他物質(zhì)相比提高了顆粒與微生物間的接觸，明顯強化了以葡萄糖或VFA為基質(zhì)的實(shí)驗室規模和中試規模UASB反應器的顆�；^(guò)程。在顆粒污泥形成之后WAP被厭氧微生物慢慢降解，這造成顆粒分裂成多個(gè)小碎塊，然后再次生長(cháng)為成熟顆粒。逐漸地，所有顆粒被降解。根據試驗提出用于強化顆�；^(guò)程的反應器體積內WAP投加量為約750mg/L。
王林山等人向厭氧接種污泥中投加膨潤土(BT)和聚丙烯酰胺(PAM),采用常溫間歇式進(jìn)料,在一月內獲得了顆粒污泥.膨潤土的特征成分是蒙脫石。聚丙烯酰胺的酰胺基與蒙脫石生成氫鍵,起吸附和架橋作用,從而使膨潤土、污泥和細菌聚集成直徑5～10mm的絮凝團，成為顆粒污泥生長(cháng)核心，絮凝團絲狀菌網(wǎng)絡(luò )內菌體繼續生長(cháng),使其成為密實(shí)的,近似為球形的顆粒污泥。
2 投加細微顆粒物
Lettinga等人研究表明粘土和其他無(wú)機顆粒似乎對顆粒污泥的形成有害。他們的實(shí)踐表明:在無(wú)分散無(wú)機物質(zhì)中能形成很好的顆粒污泥，顆粒揮發(fā)性固體含量很高。
另一種觀(guān)點(diǎn)認為：有助于懸浮污泥形成顆粒的因素之一是存在微生物能附著(zhù)生長(cháng)的晶核或生物載體。細胞附著(zhù)在這些顆粒上是顆�；牡谝徊�。第二步是在惰性載體上形成致密和厚實(shí)的生物膜。所以，添加惰性載體的UASB反應器中污泥顆�；^(guò)程可解釋為生物膜形成現象。
周律在反應器中投加了少量陶粒、顆粒活性炭等,啟動(dòng)時(shí)間明顯縮短,這部分細顆粒物的體積約占反應器有效容積的2%～3%。用石化廠(chǎng)含有機氯化物的廢水進(jìn)行對比實(shí)驗表明,在其它條件相同時(shí),投加粒徑小于0.4ｍｍ的顆粒活性炭后,啟動(dòng)時(shí)間幾乎縮短了一半。啟動(dòng)階段投加的細顆粒物似乎僅起著(zhù)初期顆粒污泥晶核的作用,這是利用顆粒物的表面性質(zhì),在短期內加快那些易于形成顆粒污泥的細菌在細顆粒物表面的富集。另外,初期投加細顆粒物后,系統的穩定性和最大有機負荷都有明顯的提高。實(shí)驗中還發(fā)現,以前啟動(dòng)ＵＡＳＢ反應器時(shí)要求嚴格的水力負荷和有機負荷控制,在投加細顆粒物后這些控制措施顯得并不重要了。
Huishoff Pol說(shuō)明了惰性載體顆粒在顆�；^(guò)程中的重要性。當從接種生活污水污泥中去除惰性顆粒(尺寸為40-100μm)，在不去除惰性顆粒的分散污泥顆�；璧臅r(shí)間內沒(méi)有觀(guān)察到顆�；�。同一學(xué)者觀(guān)察到添加水-無(wú)煙煤顆粒(尺寸為0.25-0.42mm)顯著(zhù)減少中溫條件下顆�；钑r(shí)間。Yoda等報道當添加100μm粉末沸石作為載體比無(wú)沸石時(shí)顆粒污泥形成得快。
Fukuzaki等 發(fā)現添加聚亞安酯泡沫提高了甲烷菌群的停留。所以處理富含丙酸污水UASB反應器在短的啟動(dòng)時(shí)間獲得高的甲烷發(fā)酵效率。
但是，在高溫顆�；性诮臃N消化污泥中添加或不添加砂(50-10μm)沒(méi)有差別，盡管形成的顆粒包括砂顆粒這能歸因于一些惰性顆粒相對于微生物比重較大，如砂粒。更多的微生物可能在反應器上部積累，而砂粒趨向于在反應器底部積累。所以有利于微生物附著(zhù)生長(cháng)的顆粒與微生物之間的接觸機會(huì )顯著(zhù)減少，導致顆�；^(guò)程不顯著(zhù).
Verrier等證明在厭氧消化池中添加細菌生長(cháng)的載體能提高甲烷產(chǎn)量。Munoz等也表明載體如海泡石和輝綠巖在中試規模厭氧消化池中提高甲烷產(chǎn)量。Ross報道粉末活性炭的存在提高了處理玉米加工廢水污泥的可沉降性。
Morgan等和Yu等觀(guān)察到活性炭能強化顆�；^(guò)程，顆粒活性炭的添加提高了生物吸附從而刺激顆粒污泥的形成和其吸附污染物以固定狀態(tài)降解的能力。Yu等研究了在UASB反應器啟動(dòng)期間粉末活性炭(PAC)和顆粒活性炭(GAC)對于污泥顆�；淖饔�。結果表明PAC或GAC的添加能明顯強化污泥顆�；^(guò)程并加速工藝啟動(dòng)。污泥顆�；x為當10%顆粒大于2.0mm，在不添加惰性物質(zhì)時(shí)約需95天，添加PAC和GAC反應器中分別減少25和35天。此外，通過(guò)試驗PAC或GAC的添加使得微生物濃度更高，更早觀(guān)察到肉眼可見(jiàn)顆粒，提高單位容積COD去除能力。而且，添加GAC對于UASB反應器啟動(dòng)的有益作用略高于PAC。通過(guò)添加PAC或GAC強化的顆�；^(guò)程歸因于絲狀菌在活性炭表面更好的附著(zhù)。
但是，此研究未詳細研究PAC或GAC的性質(zhì)。PAC和GAC性質(zhì)差異可能是添加PAC和GAC反應器間微小差異的原因。
下表列出了添加不同惰性載體對污泥顆�；挠绊�
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由此可見(jiàn)，惰性材料確實(shí)能加快UASB的啟動(dòng)。盡管這些載體僅為惰性材料，在基質(zhì)降解中不起重要作用，但是也應非常仔細地挑選載體，并應具有以下性質(zhì)：
a比表面積高 b比重接近厭氧污泥 c好的憎水性 d球形形狀
投加過(guò)量的惰性顆粒會(huì )在水力沖刷和沼氣攪拌下相互撞擊、摩擦,造成強烈的剪切作用,阻礙初成體的聚集和粘結,對于顆粒污泥的成長(cháng)有害無(wú)益。
另一方面，污水中高濃度絮凝性差的懸浮物質(zhì)對于顆粒污泥的形成是有害的。并且高濃度分散惰性固體對于顆�；^(guò)程也是不利的，因為在這些情況下，對于細菌用于生長(cháng)的表面積太大，聚集生長(cháng)受到限制。顆�；耆Q于細菌生長(cháng)，所以生長(cháng)減慢導致顆�；^(guò)程減緩。在高組分細小分散懸浮固體的污水中，細菌附著(zhù)在分散顆粒上會(huì )導致活的細菌的流失。
二、選擇壓理論
該理論認為UASB反應器顆�；^(guò)程的本質(zhì)是反應器中存在污泥顆粒的連續選擇過(guò)程。Hulshoff Pol等人的研究認為：在高選擇壓條件下，輕的和分散的污泥被洗出而較重的組分保持在反應器中。從而使細小分散的污泥生長(cháng)最小化，細菌生長(cháng)主要局限在有限數量由惰性有機和無(wú)機載體物質(zhì)或種泥中存在的小的細菌聚集體組成的生長(cháng)核心。這些生長(cháng)核心的粒徑增加直至達到顆粒污泥和生物膜部分產(chǎn)生脫落的特定最大尺寸，形成新生長(cháng)核，如此反復。顆�；跫夒A段出現的絲狀顆粒隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng)變得更致密。
低選擇壓條件下，主要是分散微生物的生長(cháng)，這產(chǎn)生膨脹型污泥。當這些微生物不附著(zhù)在固體支撐顆粒上生長(cháng)時(shí)，形成沉降性能很差的松散絲狀纏繞結構。而且，氣泡附著(zhù)在這些松散纏繞的絲狀菌上時(shí)，污泥甚至有上浮的趨勢。
在生物反應器中，因氣體流動(dòng)或者液體流動(dòng)和顆粒間碰撞引起的脫膜力是影響厭氧顆粒污泥的形成、生物結構及其穩定性的關(guān)鍵因素。在一個(gè)生物膜系統中，高的水力剪切力能夠產(chǎn)生比較結實(shí)的生物膜，而剪切力比較弱的時(shí)候，生物膜容易成為一個(gè)異質(zhì)多孔和比較脆弱的生物膜。另一方面，有證據表明，在好氧和厭氧顆粒污泥形成的過(guò)程中需要有一定的水力剪切力。當剪切力比較弱的時(shí)候，很少觀(guān)察到污泥顆�；F象。這些也表明了水力剪切力在生物附著(zhù)和自固定化過(guò)程中的重要性。但是，水力剪切力對顆粒污泥的形成、結構和代謝機理的影響還不十分清楚。
從上面的討論顯示，UASB反應器中的上升流速對污泥顆�；^(guò)程具有顯著(zhù)的影響。因此，研究者在通過(guò)控制UASB反應器中的水力剪切力來(lái)加速污泥顆�；M(jìn)程的研究方面付出了許多努力。
Alphenaar等人發(fā)現UASB反應器中高的液體上升流速和短的水力停留時(shí)間(HRT)兩者結合有利于污泥顆�；^(guò)程。Noyola和Moreno進(jìn)行了一系列實(shí)驗來(lái)研究UASB反應器中液體上升流速對厭氧顆粒污泥形成的影響。實(shí)驗結果表明通過(guò)水剪切力作用使絮狀厭氧污泥能夠通過(guò)在非常短的時(shí)間里(不到8小時(shí))而被轉化為活性相對比較好的厭氧顆粒污泥。
這些厭氧顆粒污泥的SVI和污泥沉淀速度顯著(zhù)改善，并且顆粒污泥的沉降性的增加將導致流失污泥從46%減少到2%。清華大學(xué)的實(shí)踐表明將水力負荷提高到0.6m3/（m2·h），可以沖走大部分的絮狀污泥，使密度較大的顆粒狀污泥積累在反應器的底部，形成顆粒污泥層，這部分污泥層可首先獲得充足的營(yíng)養而較快地增長(cháng)。因此，通過(guò)提高UASB反應器中液體上升流速，將水剪切力作用于絮狀厭氧污泥上，使得厭氧顆粒污泥的形成速度得到顯著(zhù)增強。但是，提高水力負荷不能過(guò)快，否則大量絮狀污泥的過(guò)早淘汰會(huì )導致污泥負荷過(guò)高，影響反應器的穩定運行。 來(lái)源：中國環(huán)保網(wǎng)
