中温厌氧污泥的耐高温极限研究

刘锋 马三剑 吴建华 郭维华
（苏州城建环保学院环保应用技术研究所）

　　废水的厌氧生物处理受到许多因素的影响，一般可把这些因素分为设计因素和环境因素两大类。前者包括采用的反应器类型、操作单元的选择及排列方式、预处理的方式、负荷、水力停留时间、菌种污泥的选用等等，后者则侧重以微生物学角度对厌氧过程加以考虑，影响厌氧过程的环境因素包括温度、pH值、碱度、营养、氧化还原电位以及毒性、可降解性等废水特征，它是影响厌氧处理的关键因素，是决定设计因素的依据。因此要更好地了解和应用厌氧工艺，必须深入了解影响它的环境因素。以上各环境因素，在污水厌氧处理中较普遍存在且影响较大、不易控制的是温度因素。
　　各种微生物都只有在各自所适宜的温度下才能正常生长。根据微生物生长的适宜温度范围，习惯上将微生物分为三类。
　　（1）嗜冷微生物，生长温度5～20℃；
　　（2）嗜温微生物，生长温度20～45℃；
　　（3）嗜热微生物，生长温度45～75℃；
　　相应地，厌氧废水处理也可分为低温、中温和高温三类，其温度范围与上述细菌生长温度范围相对应。同时，针对各种不同的废水，用厌氧处理时又有各自的最佳适应温度。[1]
　　目前，使用得较广也较成功的厌氧处理多是在中温下运行（即中温厌氧），一般来说，温度越高，厌氧菌代谢过程越快，相应的污泥活性越强（温度每升高10℃，生物的反应速度就增加一倍[2]），但对于中温细菌存在一温度上限，超过此温度上限，细菌就会活性降低，甚至失活。因此，我们在利用厌氧进行废水处理时，既要尽可能地增加反应器的温度，但又不致于使厌氧污泥的活性受到影响。为了在这两者矛盾之间寻找一中温厌氧最佳运行点，利用中温厌氧颗粒污泥进行实验，以测定中温厌氧污泥在一定条件下的最佳运行温度和最高允许运行温度。

1 实验内容

　　本实验采用的实验设备为水浴加热的UASB系统。主要处理装置UASB反应器有效容积为3L，上有2L的三相分离区，它的内径为94mm，总高度为720mm，整个系统的安装流程见图1。

　　实验污泥取自某柠檬酸厂污水处理UASB反应器中1.5m高处的厌氧颗粒污泥，污泥颗粒呈椭圆形，棕褐色，粒径为2～4mm。先在UASB反应器中加入1.6L颗粒污泥，作为接种污泥，注满水，控制温度在37±1℃恒温下操作，用白糖所配制成的溶液（COD为5000mg/l）作为营养物培养16天，进行污泥的筛选，之后一周时间用低浓度的酒精废水（COD为3000mg/l）作为进水，对污泥进行驯化培养，用蠕动泵把酒精废水和一些平衡营养物质及碱加到反应器中。稳定后反应器进水的CODCr升到5000mg/l，这一浓度始终保持到实验结束。实验对进水的pH值进行调节，采用碳酸氢钠溶液做为缓冲液调节进水的pH值为7～7.5左右，反应器容积负荷为15kgCODCr/m3.d，进水量为3L/d，水力停留时间24h。反应器的设计和水质分析方法及微生物产气分析用比较常见的方法，进水用蠕动泵（HL—2型）控制，BSD—0.5型湿式气体流量计记录产沼气量，用温度控制仪（WMZK—02型）控制水浴温度，电加热器（1000W）进行加热，pH—2C型精密酸度计测pH值。
　　实验温度从37℃开始，每次升温以2℃为基准，升温后反应器运行至少5天，待出水CODCr去除率、产气率趋于稳定后再升温，进水浓度保持不变。

2 实验结果

　　整个实验进行了85天，表1列出了实验的进水负荷、温度变化、去除效率和产气率的变化情况。

表1 UASB实验时间、温度、去除率、产气率 天数[d] 温度[℃] 负荷[gCODCr/l.d] 去除率[%] 产气率[m3/kgCOD去除] HRT[h] 1～13 37 5 93 0.51 24 14～21 37 3 91 0.44 24 22～33 40 5 89 0.50 24 34～40 42 5 94 0.52 24 41～48 44 5 85 0.40 24 49～62 46 5 70 0.34 24 62～72 48 5 50 0.22 24 73～85 50 5 20 0.14 24

　　进水温度、COD去除效率、产气率与实验时间的关系见图2～4。
　　实验开始13天全部用糖配成5000mg/l的溶液，作为进水，CODCr去除效率维持在93%左右，表明实验所用厌氧污泥活性很好。从第14天起用一周时间加入低浓度酒精（浓度为3000mg/l）原水，对污泥进行驯化，第22天后全部用酒精废水（浓度为5000mg/l）作为进水，待CODCr去除率及产气率稳定后，开始升温，每次只升高2℃，直至温度升到50℃后，反应器去除效率降至20%，认为污泥已失活，实验停止。

3 结果分析

3.1温度对CODCr去除率的影响
　　从图2可看出，温度在37～42℃之间时，厌氧污泥受温度的变化影响较小，在温度改变时，只需短时间的适应期，即可恢复原活性，其至有可能去除效率会更高。但我们认为，对于不同的废水，不同的厂家，所能提供的废水厌氧处理的条件不同，因此，在厌氧反应器调试运行中，应采取不同的运行温度，取得各自的最佳运行条件，最好不超过40℃。在温度超过42℃时，温度再升高，反应器的COD去除效率呈直线下降，至50℃时，只有20%，厌氧污泥失去活性。
3.2温度对产气率的影响
　　从图5可看出，厌氧污泥的产气率在37～42℃内，随温度的升高而增加，由0.44m3/kgCOD去除增加到0.52m3/kgCOD去除，表明当温度升高时，厌氧污泥的活性有所增强，对有机物的降解也越快，厌氧反应的各个过程都衔接较好，在厌氧反应器内没有挥发性脂肪酸（VFA）的积累，反应器的抗负荷冲击能力也可较强。
3.3污泥生物相
　　厌氧反应器内的厌氧污泥是一生物链，一般包括三类细菌：水解酸化细菌、产氢产乙酸细菌、产甲烷细菌等，还有一些其它杂菌，各种微生物之间的生长是相互影响、相互制约的，只有生物链中各类细菌都能正常生存，污泥的活性才能保持，反应器也才能正常运行。对于每种细菌，其所适应的最佳温度一般不同，而且各自的适宜温度变化范围极小（一般只有2～4℃）。因此，对于中温厌氧污泥的最高适宜生长温度，也同时受到污泥中其它类细菌所能承受的最高温度的制约。从本实验可得知，虽然中温厌氧细菌正常生长所能达到的最高温度为45℃，但实验中所能达到的温度只有42℃，这也正是受到各种细菌的相互制约所引起的。

4 结论

　　（1）对于中温污泥，当温度在37～42℃间运行较稳定，特别是温度为42℃时CODCr有最大的去除效率94%。
　　（2）在每一次的升温开始阶段产气率会下降，运行一段时间后，趋于平衡，这表明产甲烷细菌对温度变化很敏感，需要一定的适应阶段。
　　（3）当温度大于42℃时，CODCr的去除效率几乎沿直线下降，温度达到50℃时，CODCr的去除效率只有20%以下，产气率也最终减至趋于零，污泥无活性。
　　（4）虽然中温厌氧在42℃时有最大的去除效率，但当一超过此温度时，细菌很容易失活，非常难控制，运行不能稳定，因此，建议中温厌氧反应器运行的最佳运行温度为38～39℃。

参考文献

　　1．贺延龄，废水的厌氧生物处理[M]，北京：中国轻工业出版社，1998，16～171
　　2. 张希衡，废水的厌氧生物处理工程[M]，北京：中国环境科学出版社，1995，35～318