UASB反应器中颗粒污泥的培养

1、UASB反应器中颗粒污泥的培养11.研究UASB反应器中污泥颗粒化的背景及意义高活性、沉降性能良好厌氧颗粒污泥的形成使得 UASB 反应器及以微生物自固化-污泥颗粒化为支撑的EGSB反应器的应用在各种厌氧反应器中最为广泛， 占可统计厌氧反应器总量的70%以上 颗粒污泥的快速形成、颗粒污泥的物理性能及生物活性等方面的技术水平与国外相比，仍存在较大差距；严重影响了EGSB反应器在生产实践中的大规模推广 生产性EGSB处理淀粉废水的启动试验实例 启动缓慢，且发现颗粒污泥在较低的负荷和上升流速下就发生了变小、破碎 22.UASB反应器中污泥颗粒化方案的确定污泥颗粒化中关键问题的确定甲烷丝菌的选择及优化

2、途径污泥颗粒化方案确定 3污泥颗粒化中关键问题的确定世界各地有许多研究者致力于颗粒化过程的研究，但对触发颗粒化的决定性机制尚未达成一致颗粒化理论中都认为 Methanosaeta concilii是厌氧污泥颗粒化中的关键微生物（开普敦假说除外）控制环境及运行条件使得甲烷丝菌成为优势菌群是形成良好颗粒污泥的关键4棒状颗粒污泥和丝状颗粒污泥(1980)形成颗粒污泥的两类至关重要的菌属为：甲烷丝菌和甲烷八叠球菌 在选择压和平均污泥停留时间的差异基础上解释各种类型颗粒污泥的形成 高选择压下形成密实的棒状颗粒污泥和丝状颗粒污泥5选择压理论(1983) 颗粒化本质对反应器中存在的污泥颗粒的连续选择过程 选

3、择压是水力负荷率和气体负荷率(取决于污泥负荷率)之和，是不同沉淀特性污泥组分的选择过程中最重要的两个因素丝菌缠绕由惰性有机和无机载体物质或种泥中存在的小的细菌聚集体组成的生长核心生长而成6菌群在悬浮固体上的生长颗粒污泥源于磨损产生的细粒和进水中悬浮固体聚集体 7甲烷丝菌在微絮体中的架桥作用(1987)甲烷丝菌特殊的形态和表面特性，其能在几个微絮体间架桥形成较大颗粒 甲烷丝菌通过形成使整个结构稳定的网状结构对颗粒强度有重要作用 8“意大利面条”理论 (1987)甲烷丝菌为优势菌的颗粒污泥较甲烷八叠球菌占优势的颗粒污泥更具有实际应用意义颗粒污泥产生分为两个阶段：前体的产生及前体生长为颗粒污泥甲烷丝

4、菌小聚集体为前体，随着菌类增长，丝状型颗粒污泥长成杆状型颗粒污泥9开普敦假说(1987)颗粒化取决于以H2为唯一能源、能产生除半胱氨酸外的其所有氨基酸的微生物Methanobacterium AZ菌株 10甲烷丝菌菌胶团为核心的多层颗粒(1990)外 观阶 段直 径近似PH2条件(log PH2，atm)(A)低氢分压条件下丝状(乙酸)甲烷菌和其他微生物的生长丝 状低(=-6)(B)架桥和卷扫对丝状甲烷菌生长的影响100m(C)作为松散核心的小聚集体的生长；在小颗粒表面拥挤的互生的乙酸菌1mm(D)有致密核心小的颗粒污泥的生长；在小颗粒表面的拥挤的互生的产氢菌和产酸菌12mm(E)由产氢菌胞外

5、分泌物积累产生的多层结构大的颗粒污泥的生长 25mm高(-2.7-3.7)11核心的产生和核心的生长(1993)颗粒化过程分为两个阶段：核心产生作用及核心生长为颗粒。选择压和乙酸浓度是核心产生的驱动力，导致甲烷丝菌超过甲烷八叠球菌占优势，核心形成最终完成 12生物膜形成的四阶段的模型(1996)颗粒化过程遵循已深入研究的生物膜形成的四个步骤 (Costerton等1987，Gantzer等1989，Van Loosdrecht和Zehnder，1990和Verrier等，1988)细胞输送至没有菌落生长的惰性物质或其他细胞表面 (基层) 初始由物化力可逆吸附至基层通过微生物器官和/或多聚体细胞

6、在基层上的不可逆吸附细胞的增殖和颗粒污泥的形成13结晶核心的形成(1997)颗粒化过程分为三步：不同种类细菌的生长和增殖；细菌附着或通过直接作用的细胞吸附(例如：表面电荷)捕获形成小菌落或包埋细菌。Methanosaeta在颗粒污泥框架形成中有重要作用的假定是基于Methanosaeta是颗粒内部优势微生物的现象 14质子转移-脱水理论(2000)理论认为污泥颗粒化过程由下述四步组成细菌表面的脱水胚胎颗粒污泥形成颗粒污泥成熟成熟后期水力剪切可减弱水合排斥力和细胞憎水性质，促进酸化菌、乙酸菌和甲烷菌能相互附着形成颗粒污泥的胚胎 152.2甲烷丝菌的选择及优化途径乙酸浓度超过200mg/L时，反应

7、器适合甲烷八叠球菌的生长，而不太适合于甲烷丝菌生长；另外以絮状污泥启动初期，由于絮状污泥沉降性能有限；如果选择压过高，将会使得平均微生物停留时间太短，几乎没有机会形成完全由细菌物质组成的密实细菌颗粒；因此反应器启动初期采用低选择压低负荷。较高的污泥负荷可以为菌种的增长提供充足的养料，从而增加细菌絮凝体的形成 ;而高的负荷下形成的甲烷球菌颗粒较小，并且基质亲和力较差，可以通过快速提高负荷增加产气量和增加水力剪切力实现反应器中较高的选择压，把质轻的甲烷球菌颗粒淘汰掉 ；因此颗粒污泥出现期采用快速提高负荷和增加选择压，并在提高过程中控制乙酸浓度（200400mg/l)。162.3污泥颗粒化方案确定启

8、动初期：采用连续进水，启动负荷大约在0.5kgCOD/(m3d).进水浓度在30005000mg/l.当污泥活性恢复后，COD去除率达80%以上，有机酸浓度低于200300mg/L时，逐步提高反应器容积负荷,每次提高的负荷幅度为0.5kgCOD/(m3d)，直至负荷提2.0kgCOD/(m3d)。此阶段污泥负荷在0.050.2 kgCOD/(kgvssd) 17颗粒污泥出现期：此阶段容积负荷基本在25 kgCOD/(m3d)。本段快速提高负荷，提高负荷的条件同启动初期，负荷的提高按污泥活性的80%90%提；同时增加回流使水力上升流速保持在0.5m/h310。由于产气量和水力流速的增加，将要有大

9、量污泥的洗出，反应器污泥量达到最低值，因此本阶段主要控制污泥负荷而不是容积负荷，以免较大超负荷，造成反应器的不稳定运行。此阶段污泥负荷在0.30.6KgCOD/KgVSSd.颗粒污泥培养期：这段任务是实现反应器污泥全部颗粒化。为了加速颗粒污泥的增值，继续提高负荷至78 kgCOD/(m3d)后，稳定运行183.实验材料及方法实验装置 试验控制参数 分析项目及方法 193.1实验装置实验采用两个钢制UASB反应器，实验装置见下图。反应区内径为200mm，高为6.5m，反应器总有效体积为204L; 设回流系统，沿反应器高度设取样口18个；所产生的沼气通过水封后由湿式气体流量计计量 流量计水封沼气出

10、水UASB反应器取样孔回流槽配水槽原水203. 2试验控制参数温度：（3133）；pH值：控制反应区在6.57.0之间；碱度：15002000mg/l,以CaCO3计；中试用水：山东茌平淀粉厂所排污水（COD在30005000mg/l）；接种污泥量：7.5gvss/l.(取自济南污水处理厂厌氧消化污泥) ；进水悬浮物500mg/l.；微量元素:（Fe= 1.0mg/l, Co=0.1mg/l, Mo=0.05mg/l, Ni=0.2mg/l） 213.3分析项目及方法序号测试项目测定方法备注1COD重铬酸钾法参见分析方法2BOD5稀释接种法参见分析方法3VFA气相色谱法参见生物处理4SS滤纸(

11、滤膜)法参见生物处理5VSS重量法参见生物处理6碱度酸碱指示剂滴定法参见分析方法7氨氮纳氏比色法和蒸馏酸滴定法参见分析方法 8总氮过硫酸钾氧化紫外分光光度法参见分析方法9硫酸盐重量法参见分析方法2210硫化物碘量法参见分析方法11pH值电极法参见分析方法12矿化度重量法参见分析方法13总硬度EDTA络合滴定法参见分析方法14色度铂钴标准比色法参见分析方法15污泥产甲烷活性碱液吸收排气法参见生物处理16污泥粒径布及沉速筛分法参见生物处理17颗粒污泥强度测试委托测试 18SEM委托测试注：1、表中水和废水监测分析方法（第三版）（国家环保局水和废水监测分析方法编委会编，中国环境科学出版社出版）简称分

12、析方法。2、表中废水的厌氧生物处理（贺延龄著）简称生物处理。234.预期成果及试验中可能存在的困难4.1预期成果 实现UASB反应器的快速启动培养出颗粒污泥性状良好4.2可能遇到的问题快速提负荷控制不好可能会有酸化的可能。24颗粒污泥的检验标准 国内还没有对性能良好的颗粒污泥有明确的定义。所以，除常规监测外，我们把所形成的颗粒污泥放到EGSB试验柱中，迅速提高水力负荷和容积负荷（20天左右）如果反应器能在5.0m/h和20kgCOD/(m3d)稳定运行，证明所培养出的颗粒污泥性能良好。（据报道，国外公司启动EGSB一般不超过20天12） 256预计完成时间试验准备期（3天）：包括必要仪器的购买，接种污泥筛选，污泥性质的测定。污泥驯化期：1