絮凝劑與粉煤灰組合對厭氧污泥顆粒化影響

劉雅巍 鄭娜 劉磊

1 概述

顆粒污泥的形成為厭氧反應(yīng)器高效穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)，而反應(yīng)器初次啟動過程緩慢，在短期內(nèi)培養(yǎng)出活性高，沉降性能優(yōu)良，并適合于待處理廢水水質(zhì)的厭氧顆粒污泥已成為研究的熱點，絮凝劑對厭氧污泥顆粒化的促進作用已得到證實。

絮凝劑對厭氧污泥顆粒化的促進作用可通過測定反應(yīng)器在投加絮凝劑與粉煤灰后厭氧污泥性質(zhì)的變化評價，包括比產(chǎn)甲烷活性和沉降性能等。由于厭氧微生物(尤其是產(chǎn)甲烷菌)對環(huán)境變化非常敏感，投加物不應(yīng)對產(chǎn)甲烷菌有毒性抑制作用，否則會破壞厭氧代謝過程的平衡，造成揮發(fā)酸而導(dǎo)致厭氧消化過程失敗。

試驗以陽離子聚丙烯酰胺(CPAM、陽離子型有機高分子聚合物)為篩選物，結(jié)合粉煤灰的吸附特性，評價了絮凝劑與粉煤灰組合后對厭氧污泥顆粒化的影響。

2 確定陽離子聚丙烯酰胺與粉煤灰的最佳組合

陽離子聚丙烯酰胺(CPAM)屬陽離子型有機高分子聚合物，能夠與帶負電荷的微生物細胞產(chǎn)生靜電吸引和吸附架橋作用，所以可以選用陽離子聚丙烯酰胺作為促進劑，通過厭氧污泥的毒性和生物絮體沉降性能的測定和分析，評價投加陽離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合后對促進厭氧微生物固定化的可行性，以及與粉煤灰的最佳組合濃度。

本研究采用陽離子聚丙烯酰胺的濃度為10mg/L，20mg/L，40mg/L，50mg/L及粉煤灰的濃度為100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L，將此正交組合。隔天測量產(chǎn)氣量、30 d試驗結(jié)束時測定反應(yīng)瓶中上清液的COD，SS，厭氧污泥的區(qū)域沉降速度(ZSV)和污泥容積指數(shù)(SVI)以確定陽離子聚丙烯酰胺與粉煤灰的最佳組合濃度。試驗用比產(chǎn)甲烷活性和甲烷轉(zhuǎn)化率對比來評價投加不同濃度的陽離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合后厭氧污泥的比產(chǎn)甲烷活性和厭氧氧化的完全程度。

圖1～圖 4分別為粉煤灰的濃度為 100 mg/L，200 mg/L，400mg/L，500mg/L時投加不同濃度的陽離子聚丙烯酰胺的反應(yīng)瓶與空白試樣反應(yīng)瓶的累計產(chǎn)氣曲線，表 1～表 4分別為粉煤灰的濃度為100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L時投加CPAM反應(yīng)瓶的試驗數(shù)據(jù)。

由圖1可知，當(dāng)粉煤灰投加量為100mg/L時，CPAM濃度為10mg/L時的產(chǎn)氣曲線與空白試樣接近;其他反應(yīng)瓶的產(chǎn)氣曲線相互接近，且產(chǎn)氣量均高于空白試樣的產(chǎn)氣量，說明CPAM的濃度為20mg/L，40mg/L，50mg/L時，對厭氧污泥的總產(chǎn)氣量有一定的促進作用。

由表1可知，當(dāng)粉煤灰濃度為100mg/L時，CPAM濃度為20mg/L，40mg/L，50mg/L時的COD去除率、甲烷轉(zhuǎn)化率都要高于未投加CPAM和粉煤灰的空白試樣。

表1 粉煤灰為100 mg/L時投加CPAM反應(yīng)瓶試驗數(shù)據(jù)

表2 粉煤灰為200 mg/L時投加CPAM反應(yīng)瓶試驗數(shù)據(jù)

由圖2可知，當(dāng)粉煤灰的濃度為200mg/L時，各反應(yīng)瓶的產(chǎn)氣曲線較為一致，總產(chǎn)氣量均高于空白試樣，且CPAM濃度為10mg/L， 40mg/L和50mg/L時的總產(chǎn)氣量分別為20.35m L，21.35m L和20.7m L，更為接近，說明在此粉煤灰濃度下，不同濃度CPAM對厭氧污泥的總產(chǎn)氣量的促進作用差別不大。

由表2可知，在粉煤灰濃度為200mg/L時各濃度的CPAM反應(yīng)瓶的COD去除率無明顯差別，說明在粉煤灰濃度為200 mg/L時，CPAM的濃度對滲濾液COD的去除影響不大，且50 mg/L CPAM的比產(chǎn)甲烷活性和區(qū)域沉降速度分別為0.010 1 gCODCH4/ (gVSS?d)和21.206m/h，均為最高值，說明50mg/L CPAM的潛在產(chǎn)甲烷能力高于10mg/L CPAM，20mg/L CPAM和40 mg/L CPAM，且厭氧污泥的沉降性能最好，可以將50mg/L CPAM視為此粉煤灰濃度下的最佳濃度。這是由于絮凝作用使得不同種類的厭氧菌群聚集在生物絮體內(nèi)，縮短了底物在不同種類的厭氧菌群之間的傳質(zhì)距離，從而提高了處理效果。

由圖3可知，在粉煤灰濃度為400mg/L時，各反應(yīng)瓶中的產(chǎn)氣曲線與空白試樣基本一致，總產(chǎn)氣量由大到小依次為 20.6m L，20.05mL，18.8m L和17.9 mL，CPAM的濃度依次為10 mg/L，20mg/L，50mg/L，40mg/L。

由表3可知，在粉煤灰濃度為400mg/L時，10mg/L CPAM的比產(chǎn)甲烷活性為0.009 1 gCODCH4/(gVSS?d)是最高的，說明隨著顆粒污泥尺寸增加，其比產(chǎn)甲烷活性會減少，這是因為底物與末端產(chǎn)物在顆粒內(nèi)擴散速率較慢。

表3 粉煤灰為400 mg/L時投加CPAM反應(yīng)瓶試驗數(shù)據(jù)

表4 粉煤灰為500 mg/L時投加CPAM反應(yīng)瓶試驗數(shù)據(jù)

由圖4可知，當(dāng)粉煤灰的濃度為500mg/L時，各反應(yīng)瓶中的總產(chǎn)氣量較為接近，說明在此粉煤灰濃度下各濃度CPAM對厭氧污泥活性的促進作用接近。

由表4可知，當(dāng)粉煤灰濃度為500 mg/L時，各反應(yīng)瓶中的COD去除率、甲烷轉(zhuǎn)化率較為接近，且高于其他粉煤灰濃度時的這些指標(biāo)，說明隨著粉煤灰濃度的增加，加強了CPAM對厭氧污泥活性的促進作用。

3 結(jié)語

在試驗過程中觀察到投加陽離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合的反應(yīng)瓶中上清液清澈。在投加初期污泥成團狀結(jié)構(gòu)，團粒直徑在0.5 cm～2 cm之間，CPAM量越高，團粒越大。伴隨產(chǎn)氣過程而出現(xiàn)的污泥成團上浮現(xiàn)象，如及時排氣并搖動使粘附在污泥上的氣體釋放，則厭氧污泥又會沉降下來。

投加CPAM的反應(yīng)瓶中，當(dāng)粉煤灰的濃度大于100mg/L時，10mg/L～50mg/L CPAM的總產(chǎn)氣量要高于空白試樣，且厭氧污泥的區(qū)域沉降速度也明顯高于空白試樣，說明CPAM對厭氧污泥的活性有促進作用，且能使形成的生物絮體，具有良好的沉降性能，并且隨著粉煤灰的增加，處理效果也增強了。

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