處理難生物降解有機物的厭氧顆粒污泥形成的研究進展
摘要：針對以UASB為代表的無載體厭氧反應器處理含難生物降解有機物廢水時的啟動 問題 ，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，投加經過馴化、篩選的優勢菌。
關鍵詞：厭氧反應器 污泥顆粒 影響因素 啟動 優勢菌
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，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，此類無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為代表的上述無載體厭氧反應器而言，其在實際 應用 時存在兩個主要問題：(1)反應器初次啟動過程緩慢，短的需要2～3個月，長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，處理時間長。因此，上述無載體厭氧反應器能否高效運行的關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條件
1.1 廢水性質
一般處理含糖類廢水易于形成顆粒污泥，而脂類廢水和蛋白質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甲烷活性，因為這些元素是產甲烷輔酶重要的組成部分[2]。
1.2 污泥負荷率
影響污泥顆；M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0.3 kgCOD/(kgVSS?d)以上時便能開始形成顆粒污泥。這為微生物的繁殖提供充足的食料(碳源和能源)，是微生物增長的物質基礎。當污泥負荷率達到0.6 kgCOD/(kgVSS?d)時，顆粒化速度加快，所以當顆粒污泥出現后，應迅速將COD污泥負荷率提高到0.6 kgCOD/(kgVSS?d)左右水平，這有利于顆；M行[2]。
1.3 水力負荷率和產氣負荷率
升流條件是以UASB為代表的一系列無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氣負荷率，通常將兩者作用的總和稱為系統的選擇壓(Selection Pressure)。選擇壓對污泥床產生沿高度(水流)方向的攪拌作用和水力篩選作用。定向攪拌作用產生的剪切力使微小的顆粒產生不規則的旋轉運動，有利于絲狀微生物的相互纏繞，為顆粒的形成創造一個外部條件。水力篩選作用能將微小的顆粒污泥與絮體污泥分開，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入懸浮層區，或被淘汰出反應器。因廢水是從床底進入，使得顆粒污泥首先獲得充足的食料而快速增長，這有利于污泥顆粒化的實現。Ritta等[3]認為液體上升流速在2.5～3.0 m/d時，最有利于UASB反應器內污泥的顆粒化。
1.4 堿度
堿度對污泥顆；挠绊懕憩F在兩方面：一是對顆粒化進程的影響;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粒化速度的影響;后者主要表現在通過調節pH (即通過堿度的緩沖作用使pH變化較小)使得產甲烷菌呈不同的生長活性。在一定的堿度范圍內，進水堿度高的反應器污泥顆；俣瓤欤w粒污泥的SMA(Specific Methanogenic Activity，產甲烷活性)低;進水堿度低的反應器其污泥顆；俣嚷，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆粒化過程中進水堿度可以適當偏高(但不能使反應器的pH>8.2，這主要是因為此時產甲烷菌會受到嚴重抑制)以加速污泥的顆；狗磻骺焖賳;而在顆粒化過程基本結束時，進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，處理同類廢水時，當接種量為反應器容積的1/4～1/3時，反應器經兩周左右的運行就能達到設計負荷率[5]。
1.6 環境條件
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，溫度越高，實現污泥顆粒化所需的時間越短，但溫度過高或過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 問題
對于處理難生物降解有機物的以UASB為代表的一系列無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載體厭氧反應器的種泥處理難生物降解有機物廢水時，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勢菌組成，導致在處理含難生物降解有機物時處理效率不高，處理速度不快。只有投加經過馴化、篩選的優勢菌，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條件中的廢水性質、污泥負荷率、水力負荷率和產氣負荷率、堿度和環境條件而言，它們可以統稱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，進一步加快厭氧顆粒污泥形成的速度。
3 當前 發展 趨勢
3.1 投加優勢菌
針對難生物降解有機物，投加經過馴化、篩選的優勢菌，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，進一步加快厭氧顆粒污泥的形成速度[5]
3.2.1投加無機絮凝劑或高聚物
王林山等[6] 研究 了通過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，在間歇式進料的工況下，7 d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，通過投加水吸收聚合物顆粒來加快處理人工合成的葡萄糖和揮發性有機酸(VFA)的有機廢水的UASB反應器的啟動，研究表明：在水吸收聚合物投加量為750 mg/L的情況下，70 d內完成厭氧污泥的顆；，同時，顆粒污泥具有很好的產甲烷活性與很好的沉降性能。
Yu等 [8]進行了通過加入絮凝劑三氯化鋁來加快處理人工合成有機廢水的UASB啟動的研究，通過加入絮凝劑三氯化鋁(Al3+加入量為300 mg/L)，可以使UASB的啟動周期比對照縮短1個月，同時UASB內的生物量比對照增加10%。
Randall等 [9]進行了通過加入陽離子聚合物來加快處理人工合成有機廢水的厭氧序批式反應器(ASBR)啟動的研究，通過加入陽離子聚合物，可以使ASBR中顆粒污泥的生成時間比對照縮短75%。
Uyanik等 [10]進行了通過加入聚合物(Kymene SLK-2)研究厭氧折板反應器(ABR)的啟動。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]研究了通過投加顆粒活性炭加快處理啤酒廢水的UASB反應器的啟動，結果使啟動時間由原來的3～6個月縮短為1個月。
3.2.3 投加金屬離子
Yu 等[12]和肖本益等[13]研究了二價金屬離子對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離子，從而產生一種將細胞束縛在一起的多聚物基質，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為代表的上述無載體厭氧反應器而言，其能否高效運行的關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，針對每一種廢水無載體厭氧反應器的啟動 方法 都有所不同。因此，在啟動過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，投加經過馴化、篩選的優勢菌。
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