厭氧載體生物膜啟動及其影響因素

林會義 吳小芳

摘 要：研究UASB污泥掛膜及過程中各運行條件的影響，采用小試動態試驗，接種厭氧消化污泥，溫度35度，交替增加進水濃度和水量。經過120天運行，完成污泥掛膜試驗，進水COD質量濃度21200mg/L，OLR為13.70kg，COD去除率92.1%。控制過程中各運行條件，逐步增加反應器負荷，可成功培養出厭氧生物膜，生物膜為黑色，厚度0.2mm

關鍵詞：UASB；啟動；厭氧污泥；載體生物膜填料

UASB是新一代高效厭氧反應器，符合環保需要。啟動初期，進水有機負荷不斷增加，產氣加劇，以絮狀厭氧污泥為主的厭氧污泥床，會被帶出反應器，不利于后期運行。載體生物膜通過形成污泥聚集，提高污泥質量，對厭氧掛膜的實際應用有一定指導意義。

1、試驗裝置及試驗方法

1.1試驗裝置

實驗裝置如下圖，反應器主體內徑115mm，總高3000mm，罐體下方為錐形體，反應器總有效容積為3000L，懸浮層及污泥床總高度為1500mm，反應器配循環水罐1500L，通過蒸汽加熱保溫，溫度控制在（35±1）度。廢水經蠕動計量泵由反應器底部注入，由頂部出水堰板出水；反應器內部安裝不銹鋼載體支架兩層，毛刷式聚乙烯載體生物膜填料兩端固定在不銹鋼支架上。

1.2試驗用水

試驗用水：直接使用污水車間調節池污水，COD質量濃度14000 mg/L；運行穩定后使用提取車間有機鹽（主要成分：乙酸鈉）按一定比例配置，質量濃度在15000～21000mg/L

1.3 接種污泥

接種污泥使用車間厭氧反應裝置內部厭氧污泥，ss=20g/L，vss=19g/L，接種量為1.5t/3.0噸，接種后平均污泥質量濃度為9.5g/L（按反應器總體積計算）

1.4分析項目及方法

COD—重鉻酸鉀法；揮發酸/堿度—滴定法；PH值—哈希HACH-PH計，溫度 —溫度計

2.厭氧生物膜形成過程

2.1厭氧生物污泥適應期

將接種污泥加入反應器后，控制進水COD15000mg/L，逐步增加進水流量，同時水溫每天增加2度，7天后，溫度穩定控制在33度，流量穩定在20L，第8天保持現有流量，容積負荷2.4 kg/（m3.d），HRT=3.1d，由于是成熟運行的厭氧反應器內部污泥，所以去除率在試驗初期就有75%，出水PH值7.2～7.8，說明污泥已適應反應器環境。

2.2載體生物膜出現期

此階段通過交替增加進水有機物濃度和進水量，逐步提高反應器的容積負荷，直至處理效率穩定并在載體填料上出現生物污泥附著。以COD容積負荷2.4 kg/（m3.d）啟動，按比例分別改變進水濃度和流量，不斷提高容積負荷。進水濃度的提高導致去除率下降，出水COD升高，圖2.隨后COD去除率逐漸增加，并慢慢穩定。運行到21天，從反應器頂部取出載體觀察，可以看到填料上有一層薄的厭氧污泥包裹，此時進水COD17400 mg/L，出水COD2976 mg/L，反應器容積負荷為6.2 kg/（m3.d），COD去除率82.9%

2.3載體生物膜穩定期

這一時期載體生物膜在原有基礎上逐漸增加，直到載體表面附著大量厭氧污泥。繼續提高進水負荷，保持流量30L/hr不變，逐步提高進水濃度，運行到第63d，反應器載體填料中間掛滿污泥，見圖3.此時，進水COD質量濃度18080mg/L，OLR=5.2 kg/（m3.d），COD去除率90%，厭氧污泥大部分聚集在填料中央，形成橢圓形包裹，為黑色黏性包裹，黏性物質主要為胞外多聚物，起著吸附和凝聚黏連的作用，從而促成載體生物膜形成.

圖2.

3.主要運行條件的影響分析

3.1 溫度的影響

厭氧反應器有著嚴格溫度條件，要求控制精確，每個溫度區間，隨溫度上升，細菌生長速率上升并達到最大值，相應的溫度即最佳生長溫度，過此溫度后細菌生長速率下降。中溫反應器為37度，20-25度時，細菌活性降低，產甲烷活性降低，進而導致反應器去除率下降，溫度超過39度時，會殺死細菌。

由于試驗裝置場地為室外，溫度受室外溫度影響產生一定微小波動（1～3℃），試驗表明，在小幅變化范圍內，反應器總體去除率和出水COD影響不大，當試驗溫度低于平均運行溫度2度時，去除率有所下降，此外反應器溫度還影響液體粘度以及氣體溶解度.

3.2 OLR的影響

有機負荷直接反映進料、廢水底料與微生物之間的平衡，OLR是否適中直接影響裝置去除率的高低，當有OLR過大，中間產物積累，是造成反應器酸化的直接原因。從圖6.可以看出，隨進水流量、進水COD濃度增加，反應器OLR由1.84kg/（m3.d）逐漸增加到5.8kg/m.d，在污泥馴化階段，產甲烷細菌數量較少，主要處于產酸階段，因此COD去除增加緩慢，隨試驗進行，產甲烷細菌大量增殖，COD去除率開始增加。進入載體生物膜出現后，一定范圍內有機負荷的改變對去除率影響不大，COD去除率保持在85%.

3.3 PH值的影響

過程中，Ph值是重要的環境控制指標，生物化學過程和稀釋作用可以迅速改變系統內PH，對PH改變最大影響因素是乙酸的形成。圖7.顯示在載體生物膜形成過程中Ph的控制與變化過程.試驗初期，由于試驗用水采用廢水添加堿性有機鹽配制而成，進水PH偏堿性，由于反應時間短，產甲烷菌數量較少，進程主要處于產乙酸階段，出水pH值總體低于進水，為6.5～7.0之間，COD去除率只有50%左右，隨試驗的進行，產甲烷細菌開始大量繁殖，進而和產氫產乙酸細菌保持一定的生物菌群平衡狀態，達到出水PH值隨進水酸堿的改變變化較小，穩定在7.8 左右，COD去除率基本穩定在85%以上.

4.結論

（1）逐步提高進水COD質量濃度和進水流量，監測出水COD小于2500mg/L時，反應器COD去除率大于80%時，出水VFA小于500mg/L時提高負荷，經過170天的運行，在載體生物填料表明形成了載體生物膜。

（2）形成的厭氧生物膜大部分聚集在填料中央，形成橢圓形包裹，為黑色黏性包裹，提高了反應器內污泥質量濃度，并且生物污泥更容易保留反應器內部；較大的生物膜比表面積增加了與進水混合接觸，有利于生化反應。

（3）容積負荷和溫度對處理效果的影響較大，溫度在35～36時，處理效果最佳，去除率上升，并趨于穩定

（作者身份證號碼：1.20882198312256511；2.321102197706200465）