處理難生物降解有機物的厭氧污泥形成的研究進(jìn)展

摘要：針對以UASB為代表的無(wú)載體厭氧反應器處理含難生物降解有機物廢水時(shí)的啟動(dòng)問(wèn)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物，可以考慮針對不同的難生物降解有機物，投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢菌。

關(guān)鍵詞：厭氧反應器 污泥顆粒 影響因素 啟動(dòng) 優(yōu)勢菌

與好氧生物處理相比，厭氧生物處理由于具有處理成本低、處理有機負荷大和可處理許多在好氧條件下難生物降解的有機物等特點(diǎn)，因此國內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合的工藝來(lái)處理難生物降解有機物。為了提高厭氧生物反應器中的生物量，厭氧生物反應器中的生物多以顆粒污泥存在，此類(lèi)無(wú)載體厭氧生物反應器的形式包括UASB、EGSB和IC等。

對于處理含難生物降解有機物廢水的以UASB為代表的上述無(wú)載體厭氧反應器而言，其在實(shí)際應用時(shí)存在兩個(gè)主要問(wèn)題：（1）反應器初次啟動(dòng)過(guò)程緩慢，短的需要2～3個(gè)月，長(cháng)的達半年甚至一年之久[1]；（2）對難生物降解有機物的處理效率低，處理時(shí)間長(cháng)。因此，上述無(wú)載體厭氧反應器能否高效運行的關(guān)鍵在于能否培養出具有良好沉降性能、能高效處理難生物降解有機物的厭氧顆粒污泥。

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(lèi)廢水易于形成顆粒污泥，而脂類(lèi)廢水和蛋白質(zhì)廢水及有毒難降解廢水則較難培養出顆粒污泥，或不能培養出顆粒污泥。要求廢水的C:N:P約為200:5:1，否則要適當加以補充。投加補充適量的鎳、鈷、鉬和鋅等微量元素有利于提高污泥產(chǎn)甲烷活性，因為這些元素是產(chǎn)甲烷輔酶重要的組成部分[2]。

1.2污泥負荷率

影響污泥顆�；�進(jìn)程最主要的運行控制條件是可降解有機物(COD)污泥負荷率，當污泥負荷率達0.3kgCOD/(kgVSS.d)以上時(shí)便能開(kāi)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(cháng)的物質(zhì)基礎。當污泥負荷率達到0.6kgCOD/(kgVSS.d)時(shí)，顆�；�速度加快，所以當顆粒污泥出現后，應迅速將COD污泥負荷率提高到0.6kgCOD/(kgVSS.d)左右水平，這有利于顆�；�進(jìn)行[2]。

1.3水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率

升流條件是以UASB為代表的一系列無(wú)載體厭氧反應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，即是水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率，通常將兩者作用的總和稱(chēng)為系統的選擇壓(SelectionPressure)。選擇壓對污泥床產(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)生不規則的旋轉運動(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(kāi)，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，或被淘汰出反應器。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(cháng)，這有利于污泥顆�；�的實(shí)現。Ritta等[3]認為液體上升流速在2.5～3.0m/d時(shí)，最有利于UASB反應器內污泥的顆�；�。

1.4堿度

堿度對污泥顆�；�的影響表現在兩方面：一是對顆�；�進(jìn)程的影響；二是對顆粒污泥活性的影響。前者主要表現在對污泥顆粒分布及顆�；�速度的影響；后者主要表現在通過(guò)調節pH(即通過(guò)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(cháng)活性。在一定的堿度范圍內，進(jìn)水堿度高的反應器污泥顆�；�速度快，但顆粒污泥的SMA（SpecificMethanogenicActivity，產(chǎn)甲烷活性）低；進(jìn)水堿度低的反應器其污泥顆�；�速度慢，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆�；�過(guò)程中進(jìn)水堿度可以適當偏高(但不能使反應器的pH＞8.2，這主要是因為此時(shí)產(chǎn)甲烷菌會(huì )受到嚴重抑制)以加速污泥的顆�；�，使反應器快速啟動(dòng)；而在顆�；�過(guò)程基本結束時(shí)，進(jìn)水堿度應適當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(lèi)廢水時(shí)，當接種量為反應器容積的1/4～1/3時(shí)，反應器經(jīng)兩周左右的運行就能達到設計負荷率[5]。

1.6環(huán)境條件

常溫(20℃左右)、中溫(35℃左右)、高溫(55℃左右)均可培養出厭氧顆粒污泥。一般說(shuō)，溫度越高，實(shí)現污泥顆�；�所需的時(shí)間越短，但溫度過(guò)高或過(guò)低對培養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(wèn)題

對于處理難生物降解有機物的以UASB為代表的一系列無(wú)載體厭氧反應器而言，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上，當采用普通厭氧污泥作為無(wú)載體厭氧反應器的種泥處理難生物降解有機物廢水時(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物的優(yōu)勢菌組成，導致在處理含難生物降解有機物時(shí)處理效率不高，處理速度不快。只有投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢菌，才能使形成的厭氧顆粒污泥更有針對性地高效、快速地降解廢水中的難生物降解有機物。

對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)、污泥負荷率、水力負荷率和產(chǎn)氣負荷率、堿度和環(huán)境條件而言，它們可以統稱(chēng)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因——厭氧顆粒污泥形成的機理入手，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當前發(fā)展趨勢

3.1投加優(yōu)勢菌

針對難生物降解有機物，投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢菌，使形成的厭氧顆粒污泥更有針對性地高效、快速地降解廢水中的難生物降解有機物。

3.2從厭氧顆粒污泥形成的內因——厭氧顆粒污泥形成的機理入手，進(jìn)一步加快厭氧顆粒污泥的形成速度[5]

3.2.1投加無(wú)機絮凝劑或高聚物

王林山等[6]研究了通過(guò)投加膨潤土和聚丙烯酰胺作為惰性載體加快處理啤酒廢水的UASB反應器的啟動(dòng)，在間歇式進(jìn)料的工況下，7d內出現顆粒污泥，4周內形成穩定顆粒污泥床。

Imai等[7]研究了在小試規模下，通過(guò)投加水吸收聚合物顆粒來(lái)加快處理人工合成的葡萄糖和揮發(fā)性有機酸（VFA）的有機廢水的UASB反應器的啟動(dòng)，研究表明：在水吸收聚合物投加量為750mg/L的情況下，70d內完成厭氧污泥的顆�；�，同時(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(guò)加入絮凝劑三氯化鋁來(lái)加快處理人工合成有機廢水的UASB啟動(dòng)的研究，通過(guò)加入絮凝劑三氯化鋁（Al3+加入量為300mg/L），可以使UASB的啟動(dòng)周期比對照縮短1個(gè)月，同時(shí)UASB內的生物量比對照增加10%。

Randall等[9]進(jìn)行了通過(guò)加入陽(yáng)離子聚合物來(lái)加快處理人工合成有機廢水的厭氧序批式反應器（ASBR）啟動(dòng)的研究，通過(guò)加入陽(yáng)離子聚合物，可以使ASBR中顆粒污泥的生成時(shí)間比對照縮短75%。

Uyanik等[10]進(jìn)行了通過(guò)加入聚合物（KymeneSLK-2）研究厭氧折板反應器（ABR）的啟動(dòng)。由于聚合物的加入，使得ABR內生物量增加和ABR內污泥流失減少，從而在3個(gè)月內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照。

3.2.2投加細微顆粒物

周律等[11]研究了通過(guò)投加顆�；钚蕴考涌焯幚砥【茝U水的UASB反應器的啟動(dòng)，結果使啟動(dòng)時(shí)間由原來(lái)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)的存在使細菌體帶負電荷，而這些多聚物能夠吸引胞外的陽(yáng)離子，從而產(chǎn)生一種將細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

處理含難生物降解有機物廢水的以UASB為代表的上述無(wú)載體厭氧反應器而言，其能否高效運行的關(guān)鍵在于能否培養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，針對每一種廢水無(wú)載體厭氧反應器的啟動(dòng)方法都有所不同。因此，在啟動(dòng)過(guò)程中對一些具有普遍性的措施應嚴格把握，對一些加速啟動(dòng)的特殊手段最好還是以試驗數據作為參考。此外，為了高效、快速地降解廢水中的難生物降解有機物，可以考慮針對難生物降解有機物，投加經(jīng)過(guò)馴化、篩選的優(yōu)勢菌。來(lái)源：谷騰水網(wǎng) 作者：池勇志,費學(xué)寧,劉雅