新型反应器—USSB处理生活污水的研究

邓志毅¹，马少健¹，肖利平²
(1.广西大学资源与环境学院，广西 南宁 530004；2.湘潭大学 环境工程系，湖南 湘潭 411105)

　　搞要：对上流式分段污泥床(Upflow Staged Sludge Bed)反应器在中温(35±2℃)下厌氧处理生活污水进行了试验研究。反应器内污泥经过40d的培养驯化后，用于处理生活污水。重点探讨了不同停留时间(HRT)对COD和SS去除率等的影响，并考察了反应器各段间微生物相的变化情况。结果表明，当水力停留时间为4.7h时，其出水pH=6.5，COD和SS的去除率分别在52％和70％k2上，有较好的运行效果。　
　　关键词：厌氧污泥床；生活污水；污水处理
　　中图分类号：X703，X799.3　 文献标识码：A　 文章编号：1009—2455(2004)04—0027—04

A Laboratory Study of Treatment of Domestic Sewage by A Novel Reactor-USSB
DENG Zhi-yi1,MA Shao-jian¹,XIAO Li-ping²

(1.Department of Resources and Environment, Guangxi University, Nanning 530004, China;2.Department of Environment Engineering, Xiangtan 411105, China)

　　Abstract： Anaerobic treatment of domestic sewage on a novel reactor—USS(Upflow Staged Sludge Bed) ata medium temperature (35±2℃) was tested　 and studied.The sludge in the reactor had been cultivated for 40 days before it was used to treat domestic sewage.The study centered on the effects of different hydraulic retention time (HRT) on the COD and the removal rate of SS，etc. Changes of microorganisms among the sections of the reactor were also observed and studied.The result showed that When the hydraulic retention time was 4.7th，the pH=6.5, COD and SS removal rate of the effluent water were over 52％ and 70％ respectively，and the result of the treatment was good.
　　Keywords：anaerobic sludge bed；domestic sewage；sewage treatment

　　厌氧生物处理技术在处理高、中浓度有机废水中的应用，已经较为成熟。近年来，低浓度生活污水的厌氧处理也逐步成为人们关心的新领域[1]。本文就是利用新型反应68——上流式分段污泥床反应器(UpnOWStaged S1udSe Bed， 简称USSB)在中温条件(35土2℃)下厌氧处理生活污水进行了试验研究。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置与系统
　　USSB反应器是在UASB反应器的基础上发展而来的，与UASB反应器相比，它是在反应器内竖向增加了多层斜板代替UASB装置中的三相分离器，使整个反应器被分割成多个反应区间，相当于多个USAB反应器串联而成^[2-3]。每个反应区间的产气分别经水封后逸出，不同的反应区间存在着不同的厌氧微生物，可以避免中间产物的过度积累；而且还能有效地提高固液分离效果及液体上升的速度，增强污泥沉降效果，尤其是在最上层反应区间，由于表面排气负荷相对较低，使得污泥的沉降性能大大改善，所以出水悬浮物浓度很低。本试验中小型USSB反应器采用有机玻璃制成，长×宽×高=100mmX×150mm×600mm，有效容积7.6L，整个反应器内被5块斜板分隔成6个反应区，每个反应区的高度略有不同。图1是试验装置和系统示意图。

1.2 试验用水
　　试验用水分为两种：启动期间用水，采用葡萄糖自配水样，按m(COD)：m(N)：m(P)=200：5：1添加氮磷营养液；处理生活污水阶段，水样取自湖南湘潭大学东坡村家属区，其具体水质情况如表1所示。

表1 生活污水各项指标

水质指标 ρ（COD）/（mg·L^-1） ρ（SS）/（mg·L^-1） PH值 ρ（COD）/（mg·L^-1） ρ（COD）/（mg·L^-1） 测定值 100-580 10.1-68.9 6.8-9.4 13.4-30.6 1.6-10.8

1.3 接种污泥
　 接种污泥取自某钢铁公司厌氧消化池及长沙第二污水处理厂污泥回流池，将两种污泥混合后投入反应器，使器内接种污泥的质量浓度(以SS计)约为36.5 kg／m³，SS中VSS的质量分数约为15％。

2 试验结果及讨论

2.1 USSB反应器启动过程
　　考虑到反应器内污泥中含有部分好氧污泥，其性能较差；而且生活污水的COD较低，故反应器的启动过程，采用基本维持反应器内废水的停留时间(HRT)约为24h，逐步提高进水COD的方法进行。整个启动过程共历时约40d，启动期间，进水ρ(COD)由450mg／L逐渐增加到1600mg／L，相应的容积负荷(以COD计)也由0.3 kg／(m³·d)增加2.2kg／(m³·d)，经该反应器处理后，COD的去除率基本稳定在80％左右，出水VFA浓度低于3mmol／L，碳酸氢盐碱度与VFA的量比也大于2，日产气量最高可达3.5 L。此外，反应器内污泥的平均质量浓度(以SS计)也达到了约41.2 kg／m³，SS中VSS的质量分数约为31％，这些都表明系统内污泥活性有了较大的提高，污泥床稳定，基本达到了预期的启动效果。
2.2 处理生活污水阶段
　　反应器启动完成后即用于处理生活污水。由于水力停留时间是对装置处理率有重要影响的因素之一，若在较短水力停留时间下，反应器能获得较高的处理率，则装置的实用性就会更好。因此本试验重点研究了水力停留时间由26.7h逐步缩短到1h时，对COD和SS去除率、出水pH值和VFA及碳酸氢盐碱度的影响。试验连续运行了22d左右，其中每个水力停留时间运行约2-3 d。
2.2.1 水力停留时间对COD去除率的影响
　　水力停留时间对COD去除率影响的结果如图2所示。从图2中可见，当停留时间由26.7h逐步缩短到14.1 h时，COD去除率曲线下降的趋势比较平缓，基本在80％左右，这表明当水力停留时间大于14.1 h时，由于生活污水中有机物浓度较低，可利用的有机物量相对较少，因此，水力停留时间的延长对系统的处理率影响较小。当水力停留时间由14.1 h逐步缩短到4.6h时，COD去除率由78.3％下降到52.9％，降幅大于25％，这表明水力停留时间的长短对COD的去除率有一定的影响。水力停留时间越长，生活污水中底物的利用率越高，则系统的去除率就越好。这可能是由于厌氧菌中产甲烷菌的世代周期长，增殖速度慢，故水力停留时间越长，越有利于产甲烷菌的生长，使得水体中的有机物能更好地被分解利用。当水力停留时间由4.6h缩短到1 h时，COD去除率由50％左右降低到45％，降幅在5％以内，这表明水力停留时间进一步缩短时，厌氧降解不完全，处理过程基本停留在水解阶段，故COD去除变化不大。其中当进水p(COD)约为180me／L，水力停留时间为4.7h时，其去除率高于52％，出水p(COD)为80mg／L左右，有较好的处理效果，而且反应器水力停留时间越长，虽然其去除率有所提高，但势必会造成反应器容积增大，建设费用过高。又考虑到厌氧处理后的出水，一般还需要适当的后续处理工艺进行脱氮除磷，故其合适的水力停留时间可取4.7h。

2.2.2 水力停留时间对SS去除率的影响
　　水力停留时间对SS去除率影响的结果如图3所示。由图3可见，当停留时间由26.7h逐步缩短到1 h左右，尽管进水SS值有较大的变化，但出水的SS质量浓度一直维持在较低的水平，SS的去除率接近或超过70％，最高可达95％，这反映了该反应器截留水中悬浮固体的能力较强。其中当进水ρ(SS)约为52 mg／L，水力停留时间为2.0 h时，其SS去除率可达到70％以上，出水ρ(SS)接近15mg／L，有较好的处理效果，因此其合适的水力停留时间可取2.0h。

2.2.3 水力停留时间对出水pH值、VFA和碳酸氢盐碱度的影响
　　水力停留时间对出水pH值和VFA、碳酸氢盐碱度的影响如图4、图5和图6所示。由图可见，当停留时间由26.7h逐步缩短到1 h左右时，出水的VFA浓度始终维持在3 mmol/L以下，碳酸氢盐碱度与VFA的量比也在1.3—2.5之间。而且进水pH值在5.5-9.5之间变化时，出水的pH值都能始终维持在6.5—8.0之间。一般认为碳酸氢盐碱度与VFA的量比大于2，VFA浓度小于3mmol／L，足扰氧反应6S系统运行的最佳状态；而且反应器内废水的pH值在6.5-7.8之间时(出水pH值一般接近或等于该值)，对产甲烷菌的生长基本没有抑制^[2]。这说明了该反应器在处理低浓度废水时，由于所产的VFA不多，进水的碱度足以维持消化液的缓冲能力。其中当水力停留时间为1.9h时，出水pH值和VFA浓度分别为高于6.5和低于3mmol/L，且碳酸氢盐碱度与VFA物质的量比也在1.8左右，反应器基本在最佳状态下运行，故其合适的水力停留时间可取2.0h。

2.2.4 合适的水力停留时间
　　综合考虑水力停留时间对COD，SS，pH值以及VFA和碳酸酸氢盐碱度等多种因素的影响，以及初次建设费用和适当的后续处理工艺，该反应器在中温条件下处理生活污水时，合适的水力停留时间可取4.7h。
2.2.5 反应器各段间微生物相的变化情况　
　　在处理生活污水的试验完成后，我们对反应器从下到上四个分段间的微生物相进行了镜检。结果表明，反应器从下到上四个分段的微生物相变化不明显，都是球菌和丝状菌为优势菌种，耐酸性较强的杆菌较少。其中上面两段中丝状菌的数量要大于下面两段，这对于截留水中的微生物，防止污泥随出水大量流失等方面能起到非常积极的作用。而且反应器所有分段间的pH值都在6.5以上，这可能是由于生活污水的COD质量浓度较低，处理过程中所产的VFA不多，而且生活污水本身有足够的碱度作缓冲剂，故不会造成系统的酸化。

3 结论

　　①在中温条件下，利用该反应器处锂生活污水是可行的；
　　②当水力停留时间由26.7h缩短到14.1h时，对COD去除率影响较小，其值约为80铀。当水力停留时间由14.1 h逐步缩短到4.6L时：对COD去除率影响较大，其值由78.4％减少到52.9％。当水力停留时间为4.6h-1 h时，对COD去除率影响较小，其值稳定在50％左右；
　　③该反应器的固体截流能力较强。当停留时间由26.7 h逐步缩短到1 h，其SS的去除率在70％左右，最高可达95％；
　　④处理过程中所产的VFA不多，而且生活污水本身有足够的碱度作缓冲剂，因此无需投加缓冲剂即可维持适合反应器内厌氧菌生长的pH值；
　　⑤该反应器处理生活污水时，合适的水力停留时间可取为4.7h；
　　⑥反应器各隔间内的微生物相变化不明显，均以球菌和丝状菌为优势菌种。

参考文献：
[1]岳敏，文蜗，王春龙，等.新型厌氧反应Qe处理生活污水的研究进展[J].环境与.开发，2001，16(2)：25，29.
[2]贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京：中国轻工业出版社，1998.
[3]J B lier, Nico Groeneveld，Gatze Lettinga.Development of thermophilic methanogenic sludge in compartmentalized upf]ow reactors [J]. Biotechnology and bioengeering，1996，50(2)：115—124。

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作者筒介：邓志毅（1972-），男，湖南常德人，讲师，硕士，研究方向为水污染拄制，电话(0771)3270669。