碱度对UASB污泥颗粒化的影响

曹 刚，徐向阳， 冯孝善
(浙江大学 环境工程系， 浙江杭州 310029)

　　摘　要： 碱度对UASB污泥颗粒化的影响表现在两个方面：一是对颗粒化进程的影响；二是对颗粒污泥产甲烷活性(SMA)的影响。在一定的碱度范围且其他条件一致的情况下，进水碱度高的反应器内污泥颗粒化速度快，但颗粒污泥的SMA低；进水碱度低的反应器内污泥颗粒化速度慢，但颗粒污泥的SMA高，因此可通过调整进水碱度来影响污泥颗粒化进程及污泥的SMA。
　　关键词：UASB；污泥颗粒化；碱度；SMA
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2002)08-0013-04

Effect of Alkalinity on Sludge Granulation in UASB
CAO Gang, XU Xiang?yang, FENG Xiao?shan
(Dept of Environmental Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310029,China)

　　Abstract：Alkalinity has the effect on sludge granulation in two aspects,one is the effect on the course of granulation,and the other is on the specific methanogenic activity (SMA) of granular sludge.In a certain alkalinity range and other unanim ous condition,in a reactor with higher influent alkalinity,sludge granulation occurs at more rapid speed and SMA is lower;in a reactor with lower influent a lkalinity,sludge is granulated at slow speed and SMA is higher.Therefore,the course of sludge granulation and sludge SMA can be affected by adjusting the influent alkalinity.
　　Keywords:UASB; sludge granulation; alkalinity; SMA

　　在污水厌氧处理过程中的碱度系指反应器中发酵液结合氢离子的能力，通常用CaCO₃浓度(mg/L)表示，发酵液的碱度主要是由碳酸盐(CO₃^2-)、重碳酸盐(HCO₃-)以及部分氢氧化物(OH-)所组成。?
　　以杭州市柠檬酸厂污水处理站的厌氧污泥为种泥，研究了厌氧条件下不同进水碱度对UASB反应器RⅠ、RⅡ内污泥颗粒化的影响。由于碱度会影响pH值，故pH值过高(＞8.2)会对产甲烷细菌产生严重的抑制(产甲烷菌适宜生长的pH值为6.5～7.8)；另一方面碱度不能始终保持在同一水平，因为随着反应器负荷的提高，挥发性脂肪酸的产量也增多，导致反应器的pH值降到6.5以下，这样也不利于产甲烷细菌的生长，因此研究碱度对污泥颗粒化的影响时不可能使两个反应器各自的碱度一直不变，而是使反应器RⅠ的进水碱度始终高于RⅡ，同时也兼顾了反应器内pH值的变化。?

1 材料和方法

1.1 试验材料
　　① 接种污泥
　　接种污泥的pH值为7.25，产甲烷活性(SMA)为145mLCH₄/(gVSS·d)，VSS为27g/L，VSS/TSS为0.45。
　　② 模拟废水的配制
　　母液配制：葡萄糖为95g/L，牛肉浸膏为2g/L，NH₄Cl为25g/L，KH₂PO₄为1.2g/L，K₂HPO₄为0.5g/L，MgSO₄·7H₂O为4g/L，FeSO₄·7H₂O为1g/L，CaCl₂(无水)为1.5g/L；微量元素营养液：ZnCl₂为500mg/L，HBO₃为500mg/L，(NH₄)Mo7O₂₄·4H₂O为500 mg/L，CoCl₂·6H₂O为500mg/L，AlCl₃为500mg/L，NiCl₂为500mg/L，CuCl₂为300mg/L，MnSO₄·H₂O为5000mg/L。
　　根据进水COD浓度取一定量的母液进行稀释，同时加入微量元素营养液(1mL/gCOD)。
　　③ 碱度调节剂
　　用NaHCO₃调节。
1.2 试验装置
　　试验装置见图1。反应器实际体积为1.4L，有效体积为1.2L，内径为55mm，高为60cm。

1.3 分析方法
　　pH值：采用pH仪测定；碱度：溴甲酚绿—甲基红指示剂滴定法，见参考文献^［1、2］；COD：重铬酸钾法，见参考文献［2］；?SMA：见参考文献^［3］；污泥颗粒粒径分布：见参考文献^［4］。?

2　结果与讨论

2.1 颗粒化过程控制
　　UASB启动时进水COD浓度为1g/L，HRT为24 h，在产气量较稳定且COD去除率＞80%时增加反应器负荷。各阶段负荷增加与?HRT变化见图2，各阶段末COD去除率见图3。?
　　在容积负荷为3.6g/(L·d)与4.8 g/(L·d)阶段、COD去除率≤80%时又进一步提高了负荷，这主要考虑到污泥负荷为0.3～0.51kgCOD/(kgVSS·d)利于絮状污泥生长而不利于颗粒污泥生长，因此在这两个负荷阶段的反应器运行时间比较短(4d)。试验结果表明，虽然这两个负荷阶段的COD去除率＜80%，但在接下来的负荷阶段可以使运行时间稍长，COD去除率依然很快能达80%以上。?

2.2 进水碱度对出水碱度、pH值的影响
　　颗粒化过程中反应器RⅠ、RⅡ进水碱度的变化见图4，出水碱度变化见图5。

2.3 SMA的变化
　　SMA的变化见图7。

　　在颗粒化过程中SMA逐渐增大，说明随着颗粒化程度的提高，反应器内污泥的产甲烷活性也随之提高。从图7可以看出，RⅠ中污泥的SMA始终低于RⅡ中污泥的SMA，因此在一定碱度范围内，进水碱度高的反应器中SMA反而低，而进水碱度低的反应器中SMA却高。造成这一结果的原因是进水碱度高时发酵液的pH值相应高一些，而产甲烷菌在pH＜6.5或pH＞8.2的环境中会受到严重抑制，这样相对低的碱度有利于产甲烷菌的生长繁殖，所以其产甲烷活性相对高一些。从图7还可以看出，在颗粒化初期RⅡ中污泥的SMA比RⅠ的增加得快，而在颗粒化后期RⅡ中污泥的SMA却比RⅠ的增加得慢。随着RⅠ、RⅡ 中SMA的增加，二者的SMA逐渐接近。?
2.4 污泥的粒径分布
　　污泥颗粒粒径的变化见图8、9。
　　在反应器运行到第25天时两个反应器内均能见到粒径为0.5～1.5mm的颗粒污泥，但反应器RⅠ中此粒径范围的颗粒比RⅡ中的多RⅠ中含有7%，RⅡ仅有3%)；第40天时在反应器RⅠ内能见到粒径为1.5～3mm的颗粒(含量约为3%)，而在反应器RⅡ中此类颗粒含量为零(实际上只能见到个别的此粒径范围的颗粒)；在反应器运行到第55天时RⅠ中粒径＞0.5mm的颗粒含量为74%，按照一般观点(即当反应器内粒径＞0.5mm的颗粒污泥含量超过70%～80%时即实现了颗粒化)可认为此时反应器RⅠ已完成了污泥颗粒化，而反应器RⅡ中粒径＞0.5mm的颗粒污泥含量为62%，即RⅡ未实现颗粒化，这说明反应器RⅠ的颗粒化速度大于RⅡ，因此适当偏高的碱度可以加速污泥的颗粒化；在第70天时反应器RⅠ中粒径＜0.5mm的颗粒污泥含量为17%，RⅡ中为24%也即RⅡ中粒径＞0.5mm的颗粒污泥含量为76%，此时RⅡ实现了污泥颗粒化，另外此时反应器RⅠ中粒径＞1.5mm的颗粒含量为26%，而RⅡ则为18%，即碱度高的反应器RⅠ内粒径大的颗粒污泥含量多。

3 结论

　　碱度对污泥颗粒化的影响表现在两方面：一是对颗粒化进程的影响，二是对颗粒污泥活性的影响。后者主要表现在通过调节pH值(即通过碱度的缓冲作用使pH值变化较小)使得产甲烷菌呈不同的生长活性，前者主要表现在对污泥颗粒分布及颗粒化速度的影响。
　　在一定的碱度范围内，进水碱度高的反应器污泥颗粒化速度快，但颗粒污泥的SMA低；进水碱度低的反应器其污泥颗粒化速度慢，但颗粒污泥的SMA高。因此，在污泥颗粒化过程中进水碱度可以适当偏高(但不能使反应器的pH＞8.2，这主要是因为此时产甲烷菌会受到严重抑制)以加速污泥的颗粒化，使反应器快速启动；而在颗粒化过程基本结束时，进水碱度应适当偏低以提高颗粒污泥的SMA。

参考文献：

　　［1］吴唯民，胡纪萃，顾夏声.厌氧污泥最大比产甲烷速率的间歇实验测定法［J ］.中国给水排水，1985，1(4)：30-45.?
　　［2］中国科学院成都生物所.沼气发酵常规分析［M］.北京：北京科学技术出版社，1984.
　　［3］贺延龄.废水的厌氧生物处理［M］.北京：中国轻工业出版社，1998.
　　［4］Pereboom J H F.Size distribution model for methanogenic granules from full scale UASB and IC reactor［J］.Wat Sci Tech,1994,30(12):211-221.

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　　作者简介：曹刚(1972-)，男，河南信阳人，浙江大学博士，主要从事微生物降解方面的研究。
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　　收稿日期：2002-01-29