厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水（共7篇）

篇1：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

介绍采用EGSB-接触氧化工艺处理可乐生产废水的`工程实例.EGSB反应器的颗粒污泥由城市消化污泥接种,运行温度33-35℃,停留时间为12h,有机负荷14 KsCOD/(m3・d),接触氧化停留时间10b.当进水COD浓度为3000mg/L时,厌氧段COD去除率可达到80%以上,厌氧出水经接触氧化工艺处理后,COD去除串可达95%以上,出水COD≤150mg/L,达到国家二级排放标准.

作 者：曹映东 魏亚文  作者单位：曹映东(纳尔科工业服务,苏州,有限公司)

魏亚文(中国市政工程东北设计研究院天津分院)

刊 名：中国科技博览 英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(17) 分类号：X52 关键词：EGSB接触氧化   可乐废水  

篇2：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

介绍了升流式厌氧污泥床-接触氧化工艺在处理高浓度酒精废水中的应用.运行结果表明,进水COD.18000～21 000mg/L,BOD510 500～12000mg/L,SS 16 000～18 500mg/L时,出水达到GB8978-96二级排放标准.

作 者：樊新生 林王春 高建强 高廷东  作者单位：樊新生,高廷东(泰山学院生物科学系,山东,泰安,271021)

林王春(山东山大华特科技股份有限公司环保分公司,济南,250101)

高建强(滨州市环境保护局,山东,滨州,256618)

篇3：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

部分指标《中药类制药工业水污染物排放标准》 (G B 21906-2008) 表二新建企业水污染物排放限值。

1 污水水质、水量

该制药厂的污水量为40m3/d (2m3/h) 。进水C O D cr为5000~12000m g/L、B O D5为3500~8500m g/L、N H3-N为25~38m g/L、TP为1.5~3m g/L、SS为300~500m g/L、PH为5。设计进出水水质见表1。

2 工艺流程

由于制药厂废水来源于各车间的清洗水, 里面含有多种细颗粒杂物, 悬浮物含量很高, 必须经过细格栅和初沉池拦截及去除污水中较大漂浮物和一定粒径的悬浮物。污水进入调节池进行水质、水量的调节, 进水的PH偏低, 为弱酸性水, 加碱将水水质调成中性或碱性, 有利于后续的生化处理。

高效厌氧处理包括水解酸化池和IC厌氧反应器, 水解酸池D O控制在0.2m g/L以下, H R T为2h, 池内悬挂高效弹性立体填料。IC厌氧反应器直径2.3m, 高12m, 废水在反应器中自下而上流动, 污染物被细菌吸附并降解, 净化过的水从反应器上部流出, 处理高浓度有机废水时, 进水容积负荷率可提高到35~50kg C O D/ (m3.d) , 高效厌氧处理C O D的降解率达80%以上。

好氧分解阶段采用活性污泥法和两级生物接触氧化工艺。采用机械鼓风曝气, 提供微生物所需的溶解氧, 同时也起到好氧污泥悬浮于水中, 形成与污水接触和反应。曝气池内D O控制在2~3m g/L, M LSS控制在4000m g/L, H R T为15h。接触氧化池采用低负荷曝气运行方式, D O控制在2.5~3m g/L, 气水比约为18:1, H R T为10h, 采用两级生物接触氧化池, 不同浓度下的生物选择器培养出适应其生存环境的优势菌种, 可以提高生物接触氧化池的处理效果。

3 工程运行效果与数据分析

工程自投入运行后, 系统运行正常, 出水水质稳定达标。在调试过程中向水解酸化池、IC厌氧反应器、活性污泥池及两级生物接触氧化池中投加10吨含水率70%的污泥。经过两个月的调试各项出水指标稳定达标。

工程投入使用, 解决了药厂污水排放问题, 取得了明显的环境效益。在实际运行过程中, 进水偏酸, 需调节进水的PH。也因为进水的C、N、P比不利于生化系统的反应, 需在水解酸化池、活性污泥池不同生化阶段, 投加氮、磷肥等营养物, 使微生物在适当的环境中生存及进行新陈代谢, 高效处理污染物。

4 经济指标分析

制药厂污水属于高浓度废水, 处理工艺复杂, 工程处理规模为40m3/d, 总投资为80多万元, 折合每吨水投资达2万元左右。在工程占地面积方面, 包括处理构筑物、辅助性设施, 总占地为180m2, 折合每吨水占地4.5m2。

工程总装机功率为15.45kw, 运行功率8.65kw, 电耗为207.6kw h/d, 吨水用电5.19w.h;药剂 (含烧碱、N、P及絮凝剂等药剂投加) 为20元/d, 则药剂费为0.50元/m3, 整个污水处理站安排两个工作人员。

5 结论

1) 工程实践证明, 采用高效厌氧-活性污泥/两级生物接触氧化工艺处理制药废水, 处理效果好, 系统运行稳定。

2) 在运行成本方面, 可以考虑引入化粪池污水, 补充原水的N、P量, 调整废水的C、N、P比例, 节省药剂费及相关投药的费用。

参考文献

[1]唐源, 马篦文.中低温下IC反应器的启动及污泥颗粒化研究.中国给水排水, 2010.

篇4：厌氧颗粒污泥膨胀床原理特征分析

从污泥床层流态、生化反应动力学、体系物相平衡角度分析了以循环为特征的厌氧颗粒污泥膨胀床反应器的`结构特点,基质代谢和酸碱平衡特征,进而得出:高/面积(H/A)和回流比(R)是实现反应器较高上升流速的结构和运行指标;回流引起反应器基质代谢特征的变化,同时使反应器处理增强;厌氧颗粒污泥膨胀床的运行方式对调解、平衡系统的碱度、pH值起着积极的作用.

作 者：江瀚 石宪奎 倪文 王凯军  作者单位：江瀚,石宪奎,倪文(北京科技大学土木与环境工程学院,北京,100083)

王凯军(北京市环境保护科学研究院,北京,100044)

刊 名：环境工程  ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL ENGINEERING 年，卷(期)： 23(3) 分类号：X7 关键词：厌氧颗粒污泥膨胀床 膨胀率 回流比(R) 上升流速 处理效率 碱度 pH值  

篇5：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

关键词：膨胀颗粒污泥床反应器,啤酒废水,中温,低温,运行特性

膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器是在上升流厌氧污泥床(UASB)反应器的基础上,为解决UASB反应器内泥水混合不充分、传质效果差、处理效率无法进一步提高等问题而发展起来的。与UASB反应器相比,EGSB反应器在结构设计、污泥特性和运行特点上均具有保留较高污泥量、获得较高有机负荷、保持高处理效果的可能性和可行性。无论对高浓度或低浓度废水、在中温或低温条件下,EGSB反应器均具有获得理想处理效果的可能性。EGSB反应器目前已在食品酿造和石化行业广泛应用[1,2,3,4,5,6,7,8]。EGSB反应器能否稳定、高效运行,在很大程度上取决于反应器内污泥的性能。为此EGSB反应器的启动越来越受到研究者和工程人员的重视,但深入研究却很少。

本工作重点考察接种市政消化污泥的EGSB反应器的启动运行以及启动成功的EGSB反应器在中温和低温条件下的运行特性,以期为EGSB反应器的启动和运行提供理论和实验基础。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

接种污泥取自太原杨家堡污水处理厂消化池的脱水污泥。

PHS-3C型数字式精密酸度计:上海雷磁仪器厂;LMF-1型防腐湿式气体流量计:长春汽车滤清器有限责任公司。

1.2 废水水质

实验采用人工合成废水,废水组分有瓶装啤酒、氯化铵、磷酸二氢钾、蔗糖、氯化钙、硫酸镁、硫化钠、微量营养物质(m(Fe2+):m(Co2+):m(Ni2+)=10:1:2),废水COD 100～4 000 mg/L、ρ(-N) 4.6～159.7 mg/L、TN 5.6～203.1 mg/L、TP 2.1～52.5 mg/L、pH 5.5～8.0。

1.3 实验装置

实验用EGSB反应器总容积16.5 L,反应区容积10.0 L,反应器内径90 mm,高径比19:1,工艺流程见图1。将反应器进水和回流水分别用泵提升至高位水箱,合流、加热后进入反应器。

1进水桶;2进水泵;3流量计;4调节阀;5水箱;6回流泵;7回流桶;8阀门;9三相分离器;10 EGSB反应器;11水封瓶;12 CO2吸收瓶;13湿式气体流量计

1.4 分析方法

COD采用重铬酸钾法[9]测定;pH采用酸度计测定;挥发酸和碱度采用滴定法[10]测定。

2 结果与讨论

2.1 EGSB反应器的中温启动

EGSB反应器采用低进水COD、高有机负荷的方式,46 d启动成功,进水COD负荷和COD去除率分别达7.12 kg/(m3·d)和91.0%,实验结果见表1。启动成功后,在2个月内将HRT从14.0 h逐步缩短至3.4 h,进水COD负荷从7.50 kg/(m3·d)逐渐增加至42.00 kg/(m3·d),COD去除率也由64.0%稳步增大至90.0%以上。

注:Vup为液体上升流速,m/h。

2.2 中温进水COD对COD去除率的影响

将EGSB反应器稳定在中温35℃条件下,HRT为3.4 h,Vup为2.80 m/h,不同进水COD对COD去除率的影响见图2。由图2可见:EGSB反应器的COD去除率基本稳定在90.0%以上;进水COD越高,去除率越高;进水COD较高(1 800～3 400 mg/L)时,COD去除率在94.0%以上,出水COD为110～360 mg/L;进水COD较低时(450～900 mg/L),COD去除率维持在90.0%以上,出水COD为20～100 mg/L。为此可考虑采用两级EGSB反应器对高浓度啤酒废水进行达标处理。

●进水COD;■出水COD;▲COD去除率

2.3 温度对COD去除率的影响

在35℃、进水COD为450 mg/L、HRT为1.7 h、Vup为2.80 m/h的条件下,将EGSB反应器梯度降温至15℃,每次降幅5℃,运行结果见图3。由图3可见:当EGSB反应器的运行温度从35℃逐渐降至15℃时,COD去除率从86.5%降至82.0%;在15℃,当HRT从1.7 h缩短为0.9 h时,COD去除率从82.0%明显降至71.1%。

温度/℃:●35;■30;▲25;20;15;注:运行第1～73 d,HRT为1.7 h;运行第76～88d,HRT为0.9 h。

实验中在HRT为1.7 h时,将Vup,适当增大至3.30 m/h,COD去除率可由82.0%恢复到85.7%;而在HRT为0.9 h时,将Vup进一步增大至4.60 m/h,COD去除率仅由71.1%增大至79.0%。为此,在低温低浓度条件下保持HRT为1.7 h较为适宜,此时进水COD负荷达20.00 kg/(m3·d)。

2.4 低温运行特性

EGSB反应器在低温下的运行特性见图4,运行分为6个阶段。

第一阶段,EGSB反应器运行第1～18 d。反应器在14 h内经历了15℃→50℃→15℃的温度突变,COD去除率的恢复出现了滞后期:从突变前的82.2%骤降至突变后的55.6%;第2 d持续降至45.1%;随后缓慢回升,第8 d恢复至82.1%。

第二阶段,EGSB反应器运行第19～48 d。HRT为1.7 h,进水COD为150～500 mg/L时,COD去除率基本维持在80.0%以上。即使进水COD低至114 mg/L时,COD去除率也能达70.3%。

第三阶段,EGSB反应器运行第49～90 d。HRT由1.7 h降至1.4 h,进水COD负荷在15 d内从4.32 kg/(m3·d)快速提至15.50kg/(m3·d),COD去除率先从81.3%连续下降至40.6%,但负荷稳定后又快速回升,14 d后恢复至80.2%。随后20多天稳定运行,COD去除率一直稳定在80.0%以上。

第四阶段,EGSB反应器运行第91～143 d。将进水COD从500 mg/L逐步提至3 400 mg/L,HRT相应从1.7 h延长至6.0 h,Vup从2.80 m/h提至4.60 m/h,COD去除率维持在70.7%以上,最高进水COD负荷达23.00 kg/(m3·d),进水COD进一步提至3 600 mg/L左右时,COD去除率降至69.8%。

第五阶段,EGSB反应器运行第144～177d。进水COD为1 700 mg/L左右,将反应器内的温度从15℃逐步提至35℃时,COD去除率明显提高,从75.1%增至92.4%。

第六阶段,EGSB反应器运行第178～187 d。将反应器内的温度梯度提至35℃后,在2 d内,将温度突降至17℃,然后迅速回升至35℃,此时COD去除率先从92.4%降至87.7%,又恢复到92.2%,并没有出现滞后期。

●进水COD;■COD去除率;▲HRT

3 结论

a)接种市政消化污泥的EGSB反应器采用低进水浓度、高有机负荷的方式46 d快速启动成功。

b)在35℃、HRT为3.4 h、Vup为2.80 m/h的条件下,不同进水的COD去除率均能保持在90.0%以上,且进水COD越高,COD去除率越高。

c)对于COD为450 mg/L左右的低浓度进水,温度的降低对COD去除率影响不明显;对于COD为1 700 mg/L左右的中等浓度进水,温度的变化对COD去除率影响明显增强。EGSB反应器处理低温低浓度废水具有独特的优势。

d)对于COD为150～500 mg/L的低浓度进水,HRT为1.7 h时,COD去除率能维持在80.0%以上;对于COD为3 400 mg/L左右高浓度进水,COD去除率明显下降,但在HRT为6.0 h时,可达70.0%以上。

e)在15℃的低温条件下,EGSB反应器在短时间内经历15℃→50℃→15℃的温度冲击和4.32 kg/(m3·d)到15.50 kg/(m3·d)的负荷冲击后能够在8 d和14 d内快速恢复。在35℃中温时EGSB反应器经历35℃→17℃→35℃的温度冲击,COD去除率的恢复没有出现滞后期。

参考文献

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篇6：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

本工作采用升流式厌氧污泥床 (UASB) 反应器处理抗生素制药废水 (简称废水) , 废水的COD去除情况良好, 对后续的工业试验具有指导意义。

1 实验部分

1.1废水水质、试剂及仪器

废水取自山西省某制药厂。共有三种废水:6-APA废水 (6-APA为生产半合成β-内酰胺类抗生素的中间体[5]) ;废酸水 (萃取残液和发酵罐清洗液) ;低浓度废水 (压滤机清洗水、车间地面清洗水和少量生活废水) 。按照制药厂实际产生废水的比例, 按V (6-APA废水) ∶V (废酸水) ∶V (低浓度废水) =1 ∶2 ∶3配成混合废水作为实验原水。由于该废水中含有较高浓度的SOundefined, 需按照n (SOundefined) ∶n (Ca2+) =1 ∶1加入石灰进行预处理, 预处理后混合废水水质:COD为7 000～9 300 mg/L, pH 为7～9, ρ (Cl-) 为700～900 mg/L, ρ (SOundefined) 为1 400～1 500 mg/L, ρ (NH3-N) 为300～500 mg/L, TP为5～10 mg/L。

实验所用试剂均为分析纯。

FA2104型电子分析天平:上海方瑞仪器有限公司;PHS-3C型pH计:上海洛丹伦科学仪器有限公司;GC-7AG型气相色谱仪:日本岛津公司;JXL-620型马弗炉:鹤壁市宏泰科技公司;DZF-6000型烘箱:上海和呈仪器制造有限公司。

1.2接种污泥

接种污泥取自无锡市某柠檬酸厂内循环厌氧反应器的颗粒污泥, 污泥含水率为90%, 呈黑色, 颗粒污泥粒径为0.5～0.8 mm, 接种污泥量为47 kg/m3, VSS与SS的比为0.65, 接种污泥体积约为UASB反应器体积的三分之一。

1.3实验装置及工艺流程

实验工艺流程见图1。UASB反应器内径为90 mm, 高700 mm, 其中三相分离器高度为80 mm, 总有效容积为3 L, UASB反应器温度控制在 (35±2) ℃。废水通过波纹泵从UASB反应器底部注入, 在UASB反应器上部溢流出水, 产生的沼气从UASB反应器顶部排出。实验中按照COD ∶ρ (N) ∶ρ (P) = (200～350) ∶5 ∶1的比例向UASB反应器内加入磷酸二氢钾, 同时加入一定量的 FeSO4·7H2O、Co2Cl·6H2O和 NiCl2·6H2O以补充反应器内的铁、钴和镍等微量元素[6]。

1.4分析方法

COD采用重铬酸钾滴定法测定[7];pH使用玻璃电极法测定;SS、VSS和SOundefined含量采用标准重量法测定[7];挥发性脂肪酸 (VFA) 含量采用酸碱联合滴定法测定[8];沼气气体成分采用气相色谱仪测定。

2 结果与讨论

2.1进水COD对COD去除率的影响

在进水初期, 为了使微生物较快适应该废水, 通过自来水稀释原水使进水COD维持在300～1 200 mg/L, 在 (35±2) ℃条件下运行, 进出水COD及COD去除率的变化见图2。由图2可见, 微生物对废水有一定的适应性, 系统运行第6天时, COD去除率上升至80%以上, 随后COD去除率稳定在90%左右, 出水COD在200 mg/L以下, c (VFA) 为2～3 mmol/L。

● 进水COD; ■ 出水COD; ▲ COD去除率

在随后的两个月里将进水COD从1 200 mg/L逐步提高到9 300 mg/L, 达到满负荷运行。UASB反应器负荷提升期和稳定期进出水COD及COD去除率的变化见图3。

● 进水COD; ■ 出水COD; ▲ COD去除率

由图3可见:污泥在负荷提升过程中活性较好, 进水COD为2 000 mg/L左右时, COD去除率仍能维持在90%左右。此时进水中ρ (SOundefined) 为300 mg/L, 产甲烷菌与硫酸盐还原菌在竞争基质时具有很大的优势;随进水COD增加, 废水中抑制微生物生长的有毒物质浓度增大, COD去除率逐渐下降;当满负荷运行、进水COD为9 300 mg/L、容积负荷为9.3 kg/ (m3· d) 时, COD去除率仍在80%以上, c (VFA) 低于4 mmol/L。

2.2进水ρ (SO2-4) 对COD去除率的影响

废水中的SOundefined在厌氧条件下由硫酸盐还原菌还原生成H2S, 对产甲烷菌产生抑制作用[9]。故COD ∶ρ (SOundefined) 成为影响产甲烷菌与硫酸盐还原菌关系的重要指标。龚丽雯等[10]研究发现COD ∶ρ (SO2-4) =10的条件下SOundefined对产甲烷菌的生长基本无影响。在COD ∶ρ (SOundefined) =6的条件下, 本实验进水ρ (SOundefined) 对COD去除率的影响见图4。由图4可见:随进水ρ (SOundefined) 逐渐增加, 硫酸盐还原菌具有一定的活性, SOundefined去除率逐渐增大, 由此产生的H2S和硫化物导致COD去除率下降;随进水ρ (SO2-4) 增大, COD去除率一直保持在80%以上, SOundefined去除率始终在23%以下。表明在COD:ρ (SO2-4) =6、进水ρ (SOundefined) 为1 500 mg/L以下时, SOundefined的存在对产甲烷菌影响不大, UASB反应器运行稳定。

● 进水ρ (SO2-4) ; ■ COD去除率; ▲ SO2-4去除率

2.3沼气产量和产气率

UASB反应器负荷提升期和稳定期的沼气产量和产气率 (降解1 kg COD产生的沼气体积) 见图5。由图5可见, 负荷提升期微生物活性良好, 产气量大。达到满负荷运行时, UASB反应器每天可产沼气11 L, 产气率约0.48 m3/kg, 反应器产气平稳。UASB反应器稳定运行时, 由仪器测得沼气中甲烷体积分数为68%, 二氧化碳体积分数为27%, 较高的甲烷含量说明产甲烷菌具有较高的活性, 反应器中H2S含量很少, 对于反应器正常运行及产甲烷细菌的正常生长没有太大影响。

● 沼气产量; ■ 产气率

3 结论

a) 采用UASB反应器处理抗生素制药废水, 反应器运行稳定。当满负荷运行、进水COD为9 300 mg/L、容积负荷为9.3 kg/ (m3·d) 时, COD去除率仍在80%以上。

b) 在COD ∶ρ (SOundefined) =6、进水ρ (SOundefined) 为1 500 mg/L以下时, COD去除率一直保持在80%以上, SOundefined去除率始终在23%以下。SOundefined的存在对产甲烷菌影响不大, 反应器运行稳定。

c) UASB反应器产沼气的产气率达0.48 m3/kg, 沼气中甲烷体积分数为68%, 二氧化碳体积分数为27%。产甲烷菌具有较高的活性, 反应器中H2S含量很少, 对于反应器正常运行及产甲烷菌的正常生长没有太大影响。

摘要：采用升流式厌氧污泥床 (UASB) 反应器处理抗生素制药废水。实验结果表明:进水COD为9 300mg/L、容积负荷为9.3kg/ (m3.d) 时, COD去除率仍在80%以上;在COD∶ρ (SO42-) =6、进水ρ (SO42-) 为1 500mg/L以下时, COD去除率一直保持在80%以上, SO42-去除率始终在23%以下。SO24-的存在对产甲烷菌影响不大, UASB反应器运行稳定。UASB反应器产沼气的产气率达0.48m3/kg, 沼气中甲烷体积分数为68%, 二氧化碳体积分数为27%, 产甲烷菌具有较高的活性。

关键词：升流式厌氧污泥床,抗生素,制药废水,化学需氧量,沼气,产甲烷菌

参考文献

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篇7：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)-接触氧化工艺处理可乐废水

厌氧技术因具有投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少、耐冲击负荷、设施占地面积小、可以处理季节性排放的废水、工艺稳定等优点,而受到青睐。近年来,高效的厌氧处理技术在印染废水、石油废水、制药废水、食品工业废水以及造纸工业废水治理等方面,得到了较为广泛的应用[1,2,3,4,5,6,7]。制革废水是一类污染负荷很高的工业废水,其特点是排量大、碱性大、色度深、臭味重、悬浮物多、耗氧量高,并含有较多的硫化物、铬和氨氮等有毒物质。能否利用高效的厌氧处理技术处理高负荷的制革废水,就成为一个新的研究领域。

应用高效厌氧处理技术处理制革废水,最为关键的技术之一是培养和驯化能够适应制革废水毒性环境的微生物。也就是说,需要培养制革废水处理专用的厌氧颗粒污泥,这是应用高效厌氧技术处理制革废水的基础和必须的前提条件。

1 试验部分

1.1 试验试剂和仪器

1.1.1 主要试验试剂

无水乙酸钠、碳酸氢钠、硫化钠、氢氧化钙、氯化铵、磷酸二氢钾、硫酸铵、硫酸银、邻菲啰啉、硫酸亚铁、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、硫酸汞、氯化钠,以上均为分析纯。

1.1.2 主要试验仪器

多媒体显微镜(OLYMPUS CH30),上海富生生物科技有限公司;

COD自动测定仪(DR/2010),美国HCHI公司;

数字式p H计(PHS-25),上海日岛科学仪器有限公司;

电子恒温水浴锅(DZKW-4),上海金桥科析仪器厂;

电热恒温鼓风干燥箱(DHG-101A-1),上海经济区沈荡中新电器厂;

电子天平(JA21002型),上海精科天平;

分析天平(BS 210 S),北京赛多利斯天平有限公司;

蠕动泵(100型),上海青浦户西仪器厂;

湿式气体流量计(BSD0.5型),上海市煤气公司表具厂。

1.1.3 其它试验材料

好氧污泥(VSS为45.254g/L),来自西安污水处理厂;

UASB(上流式厌氧污泥床)反应器,实验室自制;

标准铬粉(工业品),内蒙古黄河铬盐股份有限公司;

荆树皮栲胶FS(工业品),南非MIMOSA中心联合公司;

黑染料2GB(工业品),河南堰师新星染料厂;

SE加脂剂(工业品),亭江精细化工有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 模拟制革废水的配制

在容器中加入5g石灰和60g硫化钠,用2 000mL自来水溶解,然后加入100g羊毛,升温到40℃后慢慢进行水解;当羊毛完全溶解后,依次加入磷酸二氢钾2g,硫酸铵2g,栲胶FS 0.2g,黑染料2GB 0.15g,SE加脂剂0.73g,铬粉0.5g,氯化钠2g;最后用10%的乙酸调节模拟制革废水的p H值到7.2并测定COD。依据实际需要,稀释模拟制革废水。

1.2.2 试验装置图

试验装置如图1所示。

1.高位水槽,2.进料泵,3.回流泵,4.UASB反应器,5.三相分离器,6.气液分离,7.水封瓶,8.气体流量计,9.取样口

该装置具有以下特点:(1)由高位槽进水回流,适当增加水力冲刷作用;(2)装置7、8收集、贮存和累计培养过程产生的沼气;(3)UASB反应器的有效体积约为5L左右,反应器内径90mm,总高度950mm。反应器通过夹套循环水进行保温,温度控制在(35±1)℃,废水经计量泵由反应器底部注入,由顶部出水管出水,产气量经水封瓶由湿式气体流量计计量。为了增大水力作用,采用废水部分回流的措施。(4)7内装有15%的氢氧化钠溶液,可吸收反应过程中产生的二氧化碳。

1.2.3 培养与驯化的操作过程

利用城市污水处理厂的好氧污泥作为接种污泥,采用中温(35℃)间歇进料的方法进行培菌与驯化。同时,对于培养驯化时菌群的成长过程,用多媒体显微镜进行观察。

(1)将1.2 L污泥种投进反应器,加清水闷泡3d以后,每天加入一定量的模拟制革废水。最初1周进水COD浓度控制在1 000～2 000mg/L,不需要出水循环,使反应器逐渐进入工作状态。从微生物角度看,这一阶段相对较长,实质上是使菌种从休眠状态逐渐恢复活性的过程,而且不能有较大的COD负荷。

(2)当观察到好氧污泥解体,厌氧絮状污泥形成,并有细小的厌氧颗粒污泥出现后,提高进水COD浓度到2 000～4 000mg/L。这时要定时测定COD的去除率和pH的变化,适当地控制进水量和COD的负荷。

(3)当COD去除率达到80%左右后再逐步增加COD负荷,并开始进行污泥洗出操作,洗出絮状的污泥,不断观察污泥的变化和生长情况,并注意各种相关微生物的种类、形态等信息的搜集。由于整个反应器较小,可适当地增加出水循环,增加污泥的搅动作用,以利于颗粒污泥的形成。

(4)随着絮状污泥的洗出,颗粒污泥会逐步形成。当COD去除率达到80%左右时,应该再一次地提高COD负荷,当系统稳定时再一次洗泥。

(5)重复以上操作,直到颗粒状的污泥形成,整个系统处理效果稳定,也就标志着培养与驯化完成。

1.2.4 显微镜观察样品的制备

取污泥和水的混合液,用10倍的蒸馏水稀释,用吸管吸取1小滴放在洁净的载玻片中央,盖上盖玻片,即制成污泥压片标本。在加盖盖玻片时,要先使盖玻片的一边接触水滴,然后轻轻放下,否则会形成气泡,影响观察。或者采用推压的方法,利用盖玻片逐步轻轻推压泥水混合液,将泥水混合液中的气泡逐步推出,然后轻轻地合上盖玻片。制片结束以后,要立即进行观察。

2 结果与讨论

利用多媒体显微镜,对整个培养过程进行跟踪观察。分别在培养的第1天、第8天、第15天、第22天、第29天、第36天、第43天、第50天、第90天和第150天取样,制作污泥压片,主要对颗粒污泥的形成过程、颗粒污泥的外形、颗粒污泥的大小、菌胶团的变化过程、培养过程微生物菌群变化、微生物的种类、微生物的分布等进行全程观察。

2.1 厌氧颗粒污泥的形成过程

图2是培养第1天时拍摄的好氧污泥放大400倍的情况,由图中可以看出:好氧污泥大部分为絮状污泥,结构松散,颜色浅,近乎肉色。随着培养时间的延长,好氧污泥中的微生物开始发生变化,好氧微生物的优势地位出现动摇,厌氧微生物开始出现,并逐渐生长繁殖。图3揭示了这一现象,表现在外观上就是污泥的颜色由肉色开始变成浅黑色,表明污泥开始了厌氧化进程。在培养第15天观察污泥,从图4中可发现已经厌氧化的好氧污泥更加分散。图5中污泥颜色基本上全部呈现黑色,说明原有好氧污泥已经基本上全部完成厌氧化,厌氧微生物开始占据优势种群地位,污泥分布更加松散,空隙加大,并且我们应该注意到有些地方污泥的颜色更黑一些,看上去似乎逐渐在开始聚集。培养第29天拍摄的图6中可以观察到有些颗粒状的厌氧污泥出现,由于聚集得相对紧密一些,这些小颗粒状厌氧污泥的颜色,比其它絮状污泥的颜色更加黑一些。图7表明随着培养时间的延长,小颗粒厌氧污泥开始逐渐增大。并且这些小颗粒厌氧污泥开始相互聚集在一起,并发生相互的融合,最后成为一个整体,变成更大的颗粒厌氧污泥,图8和图9表明了这些情况。图10表明基本成型的厌氧颗粒污泥仍旧在不断吸收周围的絮状污泥,增大体积,其最外面的边界并不十分紧密和明显,依旧是开放的状态。图11中的厌氧颗粒污泥较为成熟,呈相对规则的椭圆形,边界清晰,呈黑色。成熟的颗粒污泥,直径一般在0.2～3.0mm之间,大部分在1.5mm以上,最大可达4mm。

对厌氧颗粒污泥的整个成长过程进行观察可以发现,从第8天开始好氧污泥基本解体,厌氧絮状污泥开始形成;1个月后,有细小的厌氧颗粒污泥出现;约3个月后可观察到明显的颗粒状污泥;约5个月后可观察到完全成形的颗粒状污泥。

2.2 培养过程中菌胶团的变化过程

图12-图17揭示了污泥中的菌胶团由原来的好氧型向厌氧型菌胶团的逐渐变化过程,颜色变成黑色,凝聚性明显增强。首先是好氧污泥的解絮,随着解絮过程的进行,整个絮状的好氧污泥完全解体,开始厌氧化的过程。这时可以观察到反应器开始产气,随着厌氧化程度的加深,产气量逐步增大,当进水COD负荷和产气量达到相对稳定的比值时,表明系统完全进入了厌氧状态。

在整个厌氧处理系统中,胞外多聚物(extracellular polymeric substances,简称EPS)胞外酶和微生物群是最主要的成分,厌氧生物处理依靠3大主要类群的细菌,即水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的联合作用完成。厌氧颗粒污泥中的EPS中,可能含有蛋白质、多糖、腐殖酸、核酸、脂类物质和许多杂聚物如糖蛋白等物质。其中胞外多糖被称为生物粘合剂,它可以增强细胞间的相互作用,颗粒污泥中的EPS则能够在邻近的细胞之间或细胞与其它颗粒物质之间形成架桥,最终形成絮凝体,也就是菌胶团。在实际测定絮状污泥和颗粒污泥的EPS可以发现,颗粒污泥的EPS含量明显高于絮状污泥的。在整个培养过成中观察菌胶团的形成和变化过程,也可以反映出厌氧颗粒污泥的形成过程。在观察微生物菌落的成长和变化过程中,也可以发现,随着培养时间的延长,丝状菌逐步增多,并且EPS相互粘结和交织,可以说,菌胶团的形成到厌氧颗粒污泥的形成,是由EPS和微生物群(特别是丝状菌)的共同作用来完成的。

2.3 培养过程中微生物菌群的变化

从图中可以看出:在培养15d时,取样进行显微镜检测,放大4 000倍观察到污泥中出现典型的甲烷八叠球菌和鬃毛甲烷菌。值得注意的是,这些甲烷八叠球菌分布都集中在一起,从而构成一个种群,看来甲烷八叠球菌有喜欢群居的特性,图18展示了这些情况。图19是甲烷杆菌和伴生的甲烷八叠球菌,其中甲烷八叠球菌也聚集得较多。

从图20中可以发现甲烷杆菌边缘附着有晶体类物质,图21是污泥中游离状态的晶体类物质。这2个图表明在厌氧环境中,厌氧微生物有可能会在生长繁殖过程中产生晶体类的物质,这些晶体类物质有可能是硫化物。硫是产甲烷细菌生长繁殖必需的营养类物质,在产甲烷菌的生长过程中,存在着硫的循环。产甲烷菌将硫酸根还原为硫离子,一部分用于自身的生物合成,一部分转化为硫化氢分别存在于气相中和液相中,另外一部分与一些重金属离子产生硫化物沉淀,所以这些晶体类物质就有可能是硫化物沉淀。另一方面,在模拟的自配制革废水中,含有较大量的Ca2+,能够和厌氧消化过程中产生的CO2生成CaCO3沉淀,所以这些晶体类物质也有可能是CaCO3沉淀。图22是培养28d时取样观察的结果,从中可以发现在菌胶团周围有鬃毛甲烷菌存在,并有体积较大的酵母菌,呈圆形。图23中观察到一个相对独立的菌胶团,上面布满各种球菌。图24-图26表明:污泥中存在各种丰富的厌氧微生物,在菌胶团间交织着大量的鬃毛甲烷菌。这些交织在菌胶团间的鬃毛甲烷菌,使得菌胶团的凝聚性变得更强,结构变得越发紧实,从而有利于厌氧污泥实现颗粒化。鬃毛甲烷菌在颗粒化过程中起着重要作用,其细胞丝状体又起着颗粒化核心的作用。厌氧颗粒污泥的形成是在启动运行期,发酵性细菌、有机酸分解菌和甲烷毛状菌迅速增殖,丝状菌附着在接种污泥的小颗粒上,成自身缠绕生长,形成颗粒小体,当颗粒小体达到一定浓度后开始聚集形成大颗粒,大颗粒再被丝状菌进一步包裹形成成熟的颗粒污泥。在最初的颗粒化过程中,鬃毛甲烷菌移植在甲烷八叠球菌菌簇的中央腔中,甲烷八叠球菌菌簇起着颗粒雏形的作用,这一点在试验中也得到了证实。首先集聚的细菌可能是产乙酸菌,这些细菌为甲烷八叠球菌属和甲烷毛状菌属提供所需的底物。试验中还看到活动十分活跃的生物体。培养第35天,鬃毛甲烷菌数量较多,单个的球菌以及两三个球菌串成的短链球菌或者更多的球菌串成更长的长链球菌,图27揭示了这些情况。

2.4 厌氧颗粒污泥的形成机理探讨

利用多媒体显微镜对厌氧颗粒污泥的形成进行全程观察可以看出,由分散状态的厌氧微生物形成一个肉眼可见的由厌氧微生物组成的颗粒是一个十分复杂物理化学与微生物学的过程。本试验中利用好氧污泥作为种泥,采用富含毒性物质的制革废水直接培养的方法,厌氧颗粒污泥的形成大致分为5个阶段。

第一阶段为好氧污泥的解絮和厌氧化阶段。在缺氧的环境中,原来呈松散颗粒状的好氧污泥逐渐解絮,并逐步厌氧化,各种厌氧微生物开始出现,这个时间大致需要8d。在这个阶段中,利用多媒体显微镜可以明显地观察到污泥颜色逐步变成黑色,原有好氧污泥已经基本上全部完成厌氧化,厌氧微生物开始占据优势种群地位,污泥分布更加松散,空隙加大,好氧污泥逐步解絮。

第二阶段为厌氧微生物的增殖阶段。显微镜观察表明,该阶段中污泥的厌氧微生物迅速增加。可以观察到污泥中出现典型的甲烷八叠球菌和鬃毛甲烷菌,并发现了甲烷杆菌边缘附着的晶体类物质,这表明系统完成了厌氧化,成为真正的厌氧系统,完成前2个阶段大致需要15d的时间。

第三阶段为厌氧小颗粒污泥的形成阶段。显微镜观察揭示了厌氧小颗污粒泥形成的途径。随着厌氧微生物的增殖,它们会附着在硫化物和CaCO3沉淀之上,形成厌氧小颗粒泥的“核”。被称为生物粘合剂的EPS,可以增强细胞间的相互作用,使得邻近的细胞之间形成架桥,最终形成絮凝体。随着培养时间的延长,甲烷八叠球菌、鬃毛甲烷菌等逐步增多,由EPS相互粘结和交织,最终形成了厌氧小颗粒污泥。完成前3个阶段大致需要30d的时间。

第四阶段为小颗粒污泥聚集成初生颗粒污泥阶段。当反应器内小颗粒数量足够多时,它们之间相互碰撞和接触的机会增多,小颗粒污泥中的EPS则能够在邻近的细胞之间或细胞与其它颗粒物质之间形成架桥,伴随着鬃毛甲烷菌的连接和缠绕作用,使小颗粒污泥聚集成大颗粒污。这种聚集作用的进一步发展,最终形成了具备颗粒污泥基本功能的初生颗粒污泥。当然由于水力的冲击作用,初生的颗粒污泥不可能无限制的长大。完成前4个阶段大致需要90d的时间。

第五阶段为初生颗粒污泥成熟阶段。初生的颗粒污泥经过进一步完善结构和调整细菌的代谢而形成表面光滑的、密度较大的成熟的颗粒污泥。这种成熟的颗粒污泥功能完备,整个系统显示出卓越的处理能力。

3 结论

结合颗粒污泥的形成过程,菌胶团的变化和微生物菌群的变化。可以认为,厌氧颗粒污泥是一种较高密度的球型细菌团体,有时也被看作是一种特殊的生物膜。厌氧颗粒污泥中的微生物由于生理上的相互依赖而构成一种稳定密实的结构。每个污泥颗粒都包含了上百万个不同种类的细菌,细菌间的相互粘着启动了厌氧污泥的颗粒化进程,厌氧消解的过程就是在这些微生物的共同作用下来完成的。反应器中颗粒污泥表面分布各种厌氧菌,主要是杆菌和丝状菌,还有少量的球菌,表面菌体排列较紧密,菌体较饱满。而颗粒污泥本身主要是由杆状菌构成,结构也更加紧密。

利用一般城市污水处理厂的好氧污泥作为接种污泥,以富含毒性物质的制革废水直接培养的方法培养高效厌氧颗粒污泥,解决了培养中相关难题,分析了颗粒污泥的形成机理,提出了厌养颗粒污泥的形成模式,在培养到150d以后,颗粒污泥完全成熟,为培养适应皮革高毒性废水的厌氧颗粒污泥,开辟了一条实用可行的道路。

各种高效厌氧反应器之所以具有很高的处理效率,得益于颗粒污泥的形成,可以说,颗粒污泥的培养是基础,是高效厌氧处理技术的核心之一。这种培养模式使得制革厂能够很方便地利用现有的好氧污泥,启动高效厌氧反应器。以好氧污泥为接种污泥,直接利用富含毒性物质的制革废水培养厌氧颗粒污泥成功,说明只要采用合适的培养方法,在含有毒性物质的环境中,也可以培养出具有很高处理效率的厌氧颗粒污泥,可以利用任何高效厌氧处理技术和厌氧反应器来处理制革废水。

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