UASB+AF反應器的快速啟動
摘要：采用UASB+AF反應器處理高濃度滌綸聚脂生產廢水，實現了生產性試驗處理系統的快速啟動。實踐證明，啟動初期投加陽離子聚丙烯酰胺和顆粒活性炭可加快顆粒污泥的生成，具有啟動速度快，耐沖擊性負荷強等優點。
關鍵詞：滌綸聚脂生產廢水 UASB+AF反應器 顆粒污泥 快速啟動
上流式厭氧復合床反應器(UASB+AF)是近年來開發的一種新型反應器[1]，兼有上流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧濾池(AF)的優點。該反應器高效穩定運行的關鍵在于培養生成顆粒污泥[2]和高活性的生物膜，而顆粒污泥的培養快慢與廢水的特性、運行參數和環境因素等密切相關。
本試驗從一個新的角度進行嘗試，向接種污泥中投入顆粒活性炭和陽離子聚丙烯酰胺，以加快污泥的顆粒化，從而縮短啟動的時間。
1 設備與材料
1.1 設備
生產性試驗在黑龍江省龍滌集團廢水處理站進行，主體設備為2座完全相同的UASB+AF鋼筋混凝土池，單池平面尺寸為3.9 m×3.9m，高8.2m，上部為四棱柱形，底部為錐體，總有效容積84m3。中部設有1.6m高的纖維組合填料，體積24m3，占整個池容積的30%，池底部均勻分布4個布水系統，池上部設有4組三相分離器，廢水經過三相分離器進行泥水分離后，進入好氧系統處理，產生的沼氣由集氣管經水封箱后回收。
為運行管理方便，在距池底不同高度處設3個取樣口，以便隨時觀測反應器的運行情況，此外為保證厭氧微生物的生長處于最佳溫度范圍內，設置了蒸汽加熱系統，蒸汽的開啟由閥門自動控制，使池內溫度保持在32～34℃。
1.2 廢水
試驗廢水來自滌綸聚脂生產線，主要含有有機酸、乙二醇和精對苯二甲酸，pH值為4～5，COD平均為16900mg/L，BOD為11000 mg/L，屬高濃度有機廢水，其BOD/COD為0.65，可生化性較好。
1.3 接種污泥
接種污泥為天津紀莊子污水廠消化池污泥，含水率為80%，VSS/SS為0.40～0.45，黑色。鏡檢發現污泥中含桿菌、球菌和絲狀菌，數量不多，活性較差，接種后反應器內污泥濃度為14.5kgSS/m3。
1.4 顆粒活性炭
啟動時，向反應器內投入顆粒活性炭作為惰性載體，粒徑為0.4～0.5mm，炭量為5960mg/L。
1.5 陽離子聚丙烯酰胺
啟動初期，投加陽離子聚丙烯酰胺以加速顆粒污泥的形成。將陽離子聚丙烯酰胺水解成質量濃度為2%的溶液，采用計量泵直接投入水泵吸水口處與廢水混合，投加量為2～3 mg/L。
1.6 啟動過程
首先將原水稀釋，使其COD濃度為5000mg/L左右，將接種污泥和顆粒活性炭投入反應器，間歇進水，每天3次，每次2h，流量為4.2m3/h，同時調整pH值，并投加尿素和磷酸氫二銨等營養物質。
啟動初期出現了污泥過度流失現象。為改善污泥沉降性能，向反應器內投加陽離子聚丙烯酰胺，以促進污泥的絮凝，同時采用部分出水回流的方式，將隨出水流出的懸浮污泥和顆粒活性炭回流入反應器，以保證反應器內足夠的污泥濃度。
2 結果與 分析
2.1 運行結果
啟動運行至第8天，反應器內有少量顆粒污泥出現，此時容積負荷為1.2kgCOD/(m3·d);運行到第33天時取污泥觀察，發現了直徑1.0mm左右的顆粒污泥，此時容積負荷為2.8kgCOD/(m3·d)，污泥負荷為0.29kgCOD/(kgSS·d)。在維持COD去除率不低于70%的前提下，繼續提高容積負荷，以加快顆粒污泥的成熟，到第70天顆粒污泥已充滿污泥床。根據運行情況，可把顆粒污泥形成過程劃分為啟動期、提高負荷期、顆粒污泥成熟期和穩定運行期，各時期運行參數見表1。
| 進水COD(mg/L) | 5000 | 8800 | 9200 | 11500 |
| 出水COD(mg/L) | 2700 | 2100 | 1850 | 2050 |
| COD去除率(%) | 46 | ＞6 | 80 | 83 |
| 容積負荷(kgCOD/m3·d) | 1.2 | 3.1 | 7.9 | 11.7 |
| HRT(h) | ＞80 | 42 | 31 | 25 |
| 污泥特征 | 桿菌、球菌 | 絲狀菌、小顆粒污泥 | 污泥呈黑色、有大量絲狀菌和顆粒污泥 | 顆粒污泥充滿污泥床 |
2.2 顆粒污泥的形成機理
顆粒活性炭有巨大的比表面積和富集作用，可將有機物和微生物濃縮在其周圍，延長了微生物與有機物的接觸時間，為微生物的代謝活動創造了良好的條件。啟動初期，反應器內為絮狀污泥和顆粒活性炭，鏡檢觀察到活性炭表面附著一些桿菌和絲狀菌，密度較小的污泥已流失。第32天反應器底部有顆粒狀污泥出現，但數量不多，COD去除率有所提高。取顆粒污泥打碎篩濾，發現所截留的活性炭數量較多，說明啟動初期形成的顆粒污泥多數是以顆粒 活性炭為生長核心而構成的。第55天反應器底部已充滿顆粒污泥，污泥層和懸浮層有明顯的分界面，取樣觀察，最大的顆粒污泥粒徑在3mm左右，黑色，沒有見到單獨存在的顆粒活性炭。
陽離子聚丙烯酰胺是 應用 十分廣泛的水處理絮凝劑。在反應器啟動初期，接種污泥中細小的污泥和游離的細菌懸浮在反應器內，通過陽離子聚丙烯酰胺的吸附架橋作用，生成由厭氧污泥、顆粒活性炭和陽離子聚丙烯酰胺組成的松散絮凝體，成為顆粒污泥的一級生長核心。細菌很容易在其表面附著，隨著細菌的增殖，絮凝體逐漸密實，密度增大，成為沉降性能好、活性高的顆粒污泥。
反應器內的軟性組合填料是具有較大比表面積的惰性材料，能吸附大量的游離細菌和小的污泥絮體，并很快繁殖長成生物膜，經測算填料層上生物膜量為8.2kgVSS/m3，脫落的 生物膜返回污泥床后，其碎片成為顆粒污泥的次級生長核心，加速了顆粒污泥的形成。
3 結論
①采用UASB+AF反應器處理滌綸聚脂生產廢水，當進水COD濃度為9000～10000mg/L時，生產性快速啟動運行60d，COD去除率可達80%，容積負荷為7～9kgCOD/(m3·d)。
②軟性組合填料對于微生物有良好的附著性能，可以形成高活性的生物膜。脫落的膜碎片提供了顆粒污泥的次級生長核心，加速了顆粒污泥的成長。
③UASB+AF反應器啟動初期投加陽離子聚丙烯酰胺和顆粒活性炭以加速顆粒污泥的生成是可行的。通過聚丙烯酰胺的吸附架橋作用形成絮凝體，顆粒活性炭又為顆粒污泥的形成提供了一級生長核心，從而實現了反應器的快速啟動。
參考 文獻 ：
[1]錢易. 現代 廢水處理新技術[M].北京： 中國 科學 技術出版社，1993.
[2]劉雙江.UASB反應器處理蛋白廢水顆粒污泥的 研究 [J].環境科學，1993，12(3)：7-11.
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