厌氧颗粒污泥的性质及其在污水处理中的应用 3页

第2期(总第145期)中国-{；盛暑No．2(5erialNo．145)2010年4月CHINAMUNICIPALENGINEERINGApr．20]0厌氧颗粒污泥的性质及其在污水处理中的应用程晓波(上海市城市排水有限公司，上海200072)摘要：简要介绍了厌氧颗粒污泥的形成机理以及基本物理、化学和生物特性。简述了厌氧颗粒污泥在上流式厌氧污泥床、厌氧膨胀颗粒污泥床、内循环反应器和厌氧折流板反应器等污水处理反应器中的应用和处理参数。关键词：污水处理；厌氧颗粒污泥；形成机理；物理特性；化学特性；生物特性中图分类号：X703文献标识码：B文章编号：1004—4655(2010)02—0044—03分散的菌体由于体积微小、比重与水接近、带负以自然选择的方式进行分布．达到菌群间氢转移的协电荷等特性而很难沉降．故易被冲洗出废水处理设调进行。备。厌氧颗粒污泥(AnaerobicGranularSludge)是在厌氧颗粒污泥的形成过程与生物膜的形成有许多高水力剪切作用下．由产甲烷菌、产乙酸菌和水解发相似性Schmidt等⋯总结前人的研究认为厌氧颗粒污酵菌等因生物凝聚作用而形成的特殊生物膜．沉降性泥的形成过程可以分为4个阶段：细菌向惰性物质或能优于活性污泥絮体的自凝聚体厌氧颗粒污泥的凝其他菌体表面移动：通过理化作用可逆地吸附在一起聚作用可使分散的菌体吸附在一起．从而提高了污泥或惰性物质上：通过微生物附属物(如ExtraCellular的沉降性能．有利于固液分离：也可更有效地控制污Products)的作用将细菌不可逆地粘附在一起或惰性泥停留时间与水力停留时间．提高反应器中的微生物物质上：细菌的倍增和颗粒污泥的增大浓度．从而提高反应器的处理能力。污泥颗粒化还可李宗义等2_认为厌氧颗粒污泥的形成主要与以下显著改善活性污泥的生化条件．有利于菌体的生长和3个因素有关：细菌粘附作用：厌氧产甲烷菌本身的它们之间的相互作用附着作用．尤其是甲烷丝状菌对基质的较高亲和力．厌氧颗粒污泥因其优于传统絮状污泥的沉降性能对形成良好性状的颗粒污泥起主导作用：较高的有机和高污泥浓度．对水力和有机负荷冲击的适应能力大负荷．尤其是厌氧菌群更需要一个营养丰富的环境．大增强．不仅促进了以上流式厌氧污泥床(Upflow才能够大量生长．并产生胞外多聚物．进而形成颗粒AnaerobicSludgeBed．UASB)为代表的第二代厌氧污泥。反应器的应用和发展．而且还为第三代厌氧反应器的1．2物理特性诞生奠定了基础．对现代厌氧污水处理工艺的进步有厌氧颗粒污泥大多数为黑色或灰色．呈相对规则着巨大的贡献的球形、杆形或椭球形。厌氧颗粒污泥的颜色取决于1厌氧颗粒污泥特性处理条件，特别是与Fe、Ni、Co等金属的硫化物有1．1生物特性关Kosarie等发现．当颗粒污泥中的S／Fe值比较低厌氧颗粒污泥是由细菌和古细菌等组成的复杂微时，颗粒呈黑色。成熟的厌氧颗粒污泥表面边界清生物群落。根据对颗粒污泥中微生物相的研究．可将晰．直径变化范围为0．145．00mm．最大直径可达颗粒污泥中参与分解复杂有机物、生成甲烷的微生物7mm。分为3类：水解发酵菌，对有机物进行最初的分解．厌氧颗粒污泥的密度范围为10251080g／cm生成有机酸和酒精：产乙酸菌，对有机酸和酒精进一厌氧颗粒污泥的密度除了与微生物自身物理性质有关步分解：产甲烷菌，将氢气、二氧化碳、乙酸以及其外。还可能与颗粒直径、灰分含量有关他一些简单化合物转化成为甲烷厌氧颗粒污泥中的溶解性底物、厌氧过程的中间水解发酵菌、产乙酸菌和产甲烷菌在颗粒污泥内产物和末端产物的传递是以扩散为基础的扩散速率生长、繁殖，形成相互交错的菌丛，在反应器内它们和孔隙大小则决定了传质的量不同大小的分子扩散与孔隙的大小及分布有关收稿Et期：2010—01—13厌氧颗粒污泥的孔隙率多在40％80％之间。小44\n2010年第2期中圄亏盛暑程晓波：厌氧颗粒污泥的性质及其在污水处理巾的应用颗粒污泥孑L隙率高．大颗粒污泥孔隙率低，因此小颗间和水力停留时间分离．能保持大量的活性污泥和足粒污泥具有更强的生命力和相对高的产甲烷活性够长的污泥龄．并注重培养颗粒污泥．属高负荷系厌氧颗粒污泥有良好的沉降性能．颗粒污泥的污统第代反应器．在将同体停留时间和水力停留时泥容积指数(SludgeVoluirleIndex，SVI)多在10～间相分离的前提下．使固、液两相充分接触，从而既20mL|／g之间Schmidt等]认为其沉降速度范围为18～能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混lO0m／h．典型值在18～50m／h之间，根据沉降速率可合、接触．达到高效处理的目的将颗粒污泥分为3类：沉降性能不好，18～20m／h：以UASB为代表的第二代厌氧生物反应器在实际沉降性能满意．20～50m／h：沉降性能很好．50～应用中取得了很大的成功但为了解决UASB在运行100m／h。中出现的短流、死角和堵塞等一些问题．进一步增强1．3化学成分厌氧微生物与废水的混合与接触．提高负荷及处理效厌氧颗粒污泥的化学组成与细菌相似．如表1所率．扩大适用范围．人们在第二代厌氧反应器基础上示[继续研究和开发了第三代反应器主要有厌氧膨胀颗表1厌氧颗粒污泥的化学组成％粒污泥床(ExpandedGranularSludgeBed，EGSB)、化学组成干重内循环反应器(InternalCirculation．IC)以及厌氧折灰分10～23流板反应器(AnaerobicBaffledReact0r．ABR)等。蛋白质35～602．1上流式厌氧污泥床总糖6—7UASB反应器是20世纪70年代后期由荷兰的胞外l～2Lettinga等所开发的其主要特征是形成密实的厌氧总有机碳41～47凯氏氮1O～l5颗粒污泥由于颗粒污泥的形成和存在而使UASB反应器内厌氧颗粒污泥中无机灰分的空问分布不均匀．其部保持较高的生物浓度．因此可以有效处理高浓度有含量随生长基质的不同而有较大的差异．范围值一般机废水(如食品工业废水)Lettinga等曾~UASB反为8％～66％、中温条件下．复杂基质培养的颗粒污应器用于脱脂牛奶废水的处理当进水COD浓度为泥灰分通常比一般基质培养的低：高温下培养的颗粒1500g／L，COD容积负荷>7．0kg／(m·d)时．COD污泥灰分比中温培养的高1．5倍。颗粒中无机灰分的的去除率达90％主要作用是增加颗粒的密度．稳定颗粒强度．还可能用UASB反应器处理COD为5～9g／L的甜菜制糖为细菌粘附提供天然支持物．以促进厌氧颗粒污泥的废水，当COD容积负荷为4～14kg／(m·d)时，COD形成。去除率为65％～95％北京啤酒厂，Lfj总有效容积为但Sehmidt等⋯的研究表明．过高的灰分可能会导2000m3的UASB反应器在常温下处理啤酒工业废水．致颗粒污泥孑L隙率降低．影响基质在颗粒污泥中的扩当进水COD浓度为2．3g／L、COD容积负荷为7．0～散。12．0kg／(m3．d)、水力停留时间为5～6h时，COD去厌氧颗粒污泥中的挥发性悬浮物fVSS)约占污除率>75％。泥总量的70％～90％．主要由细胞和胞外多聚物(微2．2厌氧膨胀颗粒污泥床生物附属物．ECP)组成20世纪80年代后期．Lettinga等人在利用UASB反ECP的主要成分是聚多糖fExtracellularPolysac—应器处理生活污水时．为了增加污水与污泥的接触．charides，EPS)和蛋白质，还有类脂质、核酸等。颗更加有效地利用反应器的容积．优化UASB反应器的粒污泥中的许多厌氧细菌都可产生ECP。Veiga等[5]发结构设计和操作参数．使反应器中颗粒污泥床在高液现甲酸甲烷杆菌和马氏甲烷八叠球菌提供了颗粒污泥面上升流速下充分膨胀．从而大大提高污水处理效的EPS中各种糖组分．而且甲酸甲烷杆菌的作用似乎果颗粒污泥是EGSB反应器获得高效的原因所在。更大些。一方面．颗粒污泥具有良好的沉降性能．可以防止污2厌氧颗粒污泥在厌氧反应器中的典型应用泥随处理水流失：另一方面．颗粒污泥可以维持反应厌氧反应器的发展已经历了3个阶段第一代反器内最大限度地滞留高活性污泥．因此反应器在较高应器以厌氧消化池为代表．废水与厌氧污泥完全混的有机负荷和水力负荷下仍能有效地去除废水中的有合．属低负荷系统第二代反应器可以将固体停留时机物国~bEGSB反应器的典型应用实例见表2]45\n中回千跋王程晓波：厌氧颗粒污泥的性质及其在污水处理中的应用2010年第2期表2国外EGSB反应器的典型应用实例废水类型温度PC反应器体积／L水力停留时间／hCOD容积负荷／kg·m·d总COD去除率，％屠宰场废水352．751567生活污水13l163．52．734麦芽糖发酵废水l6225．52．44．4～8_856含硫酸盐废水常温2-31．910．496甲醇甲醛废水302751．86～12>98啤酒废水15～20225．51．6～2．49～10．170～91酒精废水302．18～13．80．5—2．16．4～32．456～94短有机酸废水355610982．3内循环反应器启动ABR．30d后每一反应室内都出现了粒径为IC反应器是由荷~PAQUES公司于20世纪80年代0．5mm的颗粒污泥．3个月后颗粒污泥长大至3．5mm中期在UASB反应器的基础上开发．并在1986年以后左右。ABR反应器处理豆制品废水试验．采用低负应用于生产IC反应器与UASB反应器相似．都能形荷、高去除率的启动方式来驯化和培养厌氧颗粒污成高活性的颗粒污泥其特征是在反应器中装有两泥，COD容积负荷范围在0．72～1．97kg／(m。·d)。经级三相分离器．反应器下半部分可在极高的负荷条过50d，反应器内形成大量密实、亮黑色的颗粒污件下运行整个反应器的有机负荷和水力负荷也较泥．COD去除率和废水产气率都很高高．并可实现液体内部的无动力循环．从而克服了3结语UASB反应器在较高的上升流速度下颗粒污泥易流失厌氧颗粒污泥由于其独特的性质．推动了现代高的不足IC反应器是目前最先进的第三代厌氧反应器效厌氧处理技术的快速发展．在废水处理领域中得到的代表．在国外的应用以欧洲较为普遍．运行经验越来越广泛的关注进一步研究厌氧颗粒污泥的机理也较同内成熟许多．不但已成功应用于啤酒生产、和特性．将会促进其在厌氧处理技术中的更为广泛的土豆加、造纸等生产领域内的废水处理上，而且应用正日益扩展其应用范围．规模也越来越大荷兰SENSUS公司建造了容积1100m3的IC反应器处理菊参考文献：粉生产废水l81995年该反应器初期运行时．日处理[1]SCHMIDTJE，AHRINGBK．GranularsludgeformationinupflowCOD浓度约为7．2g／L，COD容积负荷为30kg／(m·d)，anaerobicsludgeblanket(UASB)reactors[J]．BiotechnologyandCOD去除率稳定在70％～80％表3给出了IC反应器Bioengineering，1996，49(3)：229—246．处理典型废水的运行数据[9][2]李宗义，王海磊，程彦伟，等．成熟厌氧颗粒污泥的结构及其特征[J]．微生物学报，2003，30(3)：56—59．表3lC反应器处理各类工业废水的参数[3]KOSARICN，BLAZCZYKR，ORPHANL，eta1．Characteristicsof废水类型COD容积负水力停留沼气量／总COD@／kg·nl。·d一时间／hnl3~kg去除率／％granulesfi'omupflowanaerobicsludgeblanketreactors[J]．WaterResearch，1990，24(12)：1473—1477．土豆加下废水30～404～60．5290～95[4]张杰．IC反应器处理猪粪废水条件下厌氧污泥颗粒化研究[D]．郑啤酒废水262-20．4387州：河南农业大学．2004．2。4厌氧折流板反应器[5]VEIGAMC，JAINMK，WUWM，eta1．Compositionandroleofextracellularpolymersinmethanogenicgranules[J]．AppliedandEn-McCartY和Bachmann等在总结了各种第二代厌氧vironmentalMicrobiology，1997，63(2)：403—407．反应器处理T艺性能的基础上．于1982年开发和研[6]马溪平．厌氧微生物学与污水处理[M]．北京：化学工业出版社，制了一种新型高效厌氧污水生物处理技术ABR工艺2005．的一个突出特点是设置了上下折流板．而在水流方[7]浦定艳．膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器的研究与应用[D]．江苏：向形成依次串联的隔室．从而实现沿长度方向不同南京理工大学．2004．[8]HABETSLHA，ENGEKAARAJHH，GR0ENEVELDN．隔室中的产酸和产甲烷微生物的分离．在单个反应Anaerobictreatmentofinulineffluentinaninternalcirculation器中达到两相或多相运行ABR反应器易于形成颗粒reactor[J]．WaterSciencetechnology，1997，35(10)：189-197．污泥Boopathy等的研究发现．在初始COD容积负[9]王凯军．厌氧工艺的发展和新型厌氧反应器[J]．环境科学，1998，荷为0．97kg／(m3．d)、上升流速<0．46m／h的条件下19(1)：94—96．