ABR反应器中污泥的特性及其分布沈耀良

第11卷第2期J苏州城建环保学院学报SUZHOUINSI’l’l’UTEOFURBANCONSTI弓UCTI()NANDEN、IRONMENI,ALPROTECTIONVol111998年6月No.2!998ABR反应器中污泥的特性及其分布沈耀良摘要ABR反应器是一种八十年代中期开发的最新型厌氧处理工艺,具有结构简单、运行管理方便、生物截留能力强及运行效果稳定可靠等特点,对不同中、高浓度有机废水的处理优良的效果。文章主要结合ABR工艺的原理,分析介绍反应器中污泥的特性及其分布,以便作深人的研究。关键词ABR反应器;废水处理;污泥特性中国图书资料分类号X70370年代以来,废水厌氧处理技术因具有投资省、运行费用低及能产生可加以回收利用的能量(沼气)等优点而得到较快的发展,并出现了一批以升流式厌氧污泥床反应器(UAS)B为代表的、能滞留大量微生物固体的第二代厌氧反应器处理技术。这批反应器所具有的较强的对微生物体的截留能力使反应器的容积大大缩小,处理能力和处理效果得到大幅度地提高。但是,这些处理技术在某些方面还存在一定的问题,尚待进一步的深人研究。AB(RnAaemibcBaffldeeRacotr)工艺是一种80年代中期开发的最新型厌氧处理工艺,具有结构简单、运行管理方便、无须填料及对生物量具有优良的截留能力和运行性能稳定可靠等特点。经过不到十年的研究和开发,业已表明ABR工艺在不同种类的中、高浓度有机废水处理中的有效性,目前已开始得到逐步的应用。1ABR工艺的原理厌氧折流板反应器是首先由美国的McCarty等人在总结了第二代厌氧反应器工艺特点性能的基础上开发和研制的一种高效新型厌氧污水生物技术。1985年,Bac腼ann等人通过研究,表明了该工艺在处理低、中浓度有机工业废水方面的可行性及运行的可靠性。1987年,ilTch和Yang等人通过研究观察到ABR反应器中能生成生长良好的微生物颗粒污泥。此外,Yang和Moengangogne还成功地对ABR工艺进行了改进并成功地将其应用于经稀释后的屠宰废水的处理。1988年,BooaPhty等人成功地将该工艺应用于制酒废水的处理,表明了此工艺院科研基金资助项目收稿日期:1998一04一02沈耀良.男,1961年生,副教授,苏州城建环保学院环保系,苏州,215011苏州城建环保学院学报1998年在处理高浓度有机废水方面具有高效能。近几年来,ABR处理工艺已在酒精废水及高浓度糖浆废水等方面得到越来越多的研究和应用。随着厌氧反应器处理工艺技术的不断改进和提高,反应器工艺的设计已由原来的简单推流型水力流态发展到现在的复杂混合型水力流态的厌氧反应器,ABR即为其中一种川,该反应器通过对不同隔室的合理设计,可使反应器内的微生物实现微生物种群的分离,以使它们分别适应流经不同隔室的废水水质,稳定运行的工况,提高处理效果2[一’}.也就是说,ABR工艺可在一个反应器内实现一体化的两相或多相处理过程。而对其它厌氧处理工艺(如UASB反应器等)而言,要实现两相或多相厌氧处理,则需要两个或两个以上的反应器。因而ABR污水生物处理技术的运行更为灵活、方便,投资费用更低。2ABR反应器中污泥的特性及其分布目前,为提高污水生物处理工艺的处理效果及处理能力,正在不断深人地研究和开发应用微生物固定化处理技术。厌氧生物处理工艺中微生物的固定化过程(即颗粒化污泥的形成)属于污泥絮体中微生物的自身固定化过程。它是目前UASB污水生物处理工艺的关键之一。对ABR处理工艺而言,虽然颗粒污泥的形成并不是其处理效能的主要决定性因素,但该反应器中存在颗粒污泥的形成过程,而且其生长速度是较快的。一般情况下,该反应器在运行初期(30~45天),容积负荷为3.0一5.0k薛OD/1113·d时,即可出现粒径为0.2一0.5~的颗粒污泥。此后,颗粒污泥的粒径不断增大,可达2一3~.颗粒污泥中有类似于甲烷丝菌属(Mehtanhtixr)和甲烷八叠球菌属(Meht~ascrina)的优势甲烷菌(以制糖废水处理为例),此外还有异养甲烷菌和脱硫弧菌等16].重要的是,在ABR反应器中不同隔室内的厌氧微生物的种类分布呈现出良好的种群配合,不同的隔室中存在适应流人该隔室的废水水质的优势微生物种群。例如在位于反应器前端的隔室中,主要以水解及产酸菌为主,而在较后面的反应器隔室中,则以甲烷为主。就甲烷菌而言,随隔室的推移,其种群由八叠球菌属为主逐渐向甲烷丝菌属、异养甲烷菌和脱硫弧菌属等转变,这样逐室的变化,使优势微生物种群得以良好的生长繁殖,废水中的污染物分别在不同的隔室中得到降解,因而具有良好的处理效能和稳定的处理效果。作者的有关研究业已证实了这一点(有关内容将另文论述).ABR用于处理屠宰废水时,反应器中不同隔室中的COD浓度变化如图l所示。由图可见,当容积负荷在0.87COD/耐·d时,污水中的有机物主要在第一隔室中得到去除,随负荷增大至1.82~4.73k薛OD/m3·d时,头两个隔室的COD有所下降。与常见的uASB反应器相比,ABR工艺采用低负荷时,污水在各隔室污泥层中的上升流速为l一1c7mh/时,相当于UASB的水力负荷。而在高负荷条件下,水流的上升速度为2c4m八时,相当于厌氧膨胀床的上升速度。由于ABR反应器中的上升水流速度较之其它厌氧工艺大,因而反应器中污泥与废水之间的混合较好,同时使有机物的生物絮凝体的扩散速度加大,使污水中的有机物具有更好的降解条件,从而使负荷为4.7k3薛oD/耐·d时的出水CoD低于负荷为2.1k4gCOD/耐·d时的出水COD.ABR工艺处理屠宰废水时所产生的气体中,氮的含量为20一27%、Cq的含量为2一4%、第2期沈耀良:ABR反应器中污泥的特性及其分布酬双。二勺图1ABR处理屠宰废水时不同负荷、不同隔室内的出水COD浓度变化规律cH4的含量为70一75%,这与进水COD在l以刃mg/l以下时的其它厌氧处理法结果是基本相似的。根据碳平衡计算ABR工艺处屠宰废水时,可将31一55%的COD转化为甲烷。去除1公斤COD有叫4一078公斤转化为甲烷,污泥活性(每单位VSS的甲烷形成速率)与UASB工艺相似,约为0.066一O.293kgCOD八gVSS.d.伦世仪等人应用ABR反应器处理制酒废水取得了满意的结果。首先是ABR反应器对SS具有良好的去除能力。ABR对SS具有良好的耐受能力。对逐渐提高进水中SS浓度对ABR反应器运行情况的影响的研究表明,当进水中SS由25以、119月上升至213(x为119几时,反应器出水中的SS在4Onlg/1以下,而SS的沉降去除率在99%以上71[.研究还表明,运行过程中的污泥沉降性能要明显优于未接种污泥时反应器中沉积物的沉降性能(见图2).图3所示为ABR反应器中不同隔室中污泥的去除情况(反映了ABR反应器对SS的多级截留作用)。此八劝巴撼令恤八侧卞堪à的的1008060402O未生物处理污泥-一一布~-一一吞~一~刊卜~一经生物处理污泥ǎ次à奋S1015202530t(mIn)S6分格数图2未接中污泥和接种污泥的ABR反应器中污泥的沉降性能图3ABR反应器中不同隔室对SS的去除情况苏州城建环保学院学报1998年外,通过对反应器中各隔室内污泥浓度及污泥的F垃。(为产甲烷菌所特有的、可以用来衡量污泥活性的微生物学指标)分析测定表明,污泥浓度的变化呈随隔室而下降的趋势,而污泥的凡。则随隔室而提高(如图4所示).也就是说在第一个隔室内的污泥浓度虽然较高,但其中惰性成分占的比例较高而污泥的活性成分却较低,而位于后面的隔室中的污泥的浓度虽然较低但其活性成分比例却较高,在这些隔室中能形成活性较高的污泥床,这些高浓度、高活性的污泥对SS具有较强的分解能力。因而对于ABR反应器的运行而言,应尽量考虑从前面的隔室中排除剩余污泥,而若过多地从后面的隔室中排除剩余污泥则将造成活性生物量的流失,对SS及COD的降解都是不利的。其次是ABR对COD具有良好的去除效能。研究表明,当反应器的水力停留时间为7.7一14小时、容积负荷为58一11飞COD几.d时,COD的去除率稳定在84.9%一87.2%之间,通过物料衡算可知甲烷产率为O.28(LcH4,sTP)/g进水co]〕.o.332l(LcH4,sPT)乍.反应器内coD的降解呈现出逐级降解的趋势,各隔室对COD的单独去除率随隔室而逐渐降低,而累积去除率在前面的4个隔室占主要地位。后面的隔室虽然对COD去除的贡献较小,但对稳定出水水质仍具有重要的作用。{}{{{},人一l,…’、、\、、`/·’蟒{。气艇}_广i·\珊}’巨____立____名止1tJ21〕)J40一一一.一-`~一.~一一`~一一J--一l火Z习j沁4冈`住万二自lD二i{一;(g厂l)l了`:o吸nm。,1,〕图4反应器各隔室中55和瓦20的分布情况BooPa断等人采用图5所示的ABR反应器对该工艺在处理高浓度强酸性糖浆废水过程中污泥的颗粒化进行了深人的研究151.研究表明,由于ABR反应器实际上是一种串联而成的UASB反应器,而反应器中的微生物主要集中在上向流的隔室中,一方面不同隔室中厌氧污泥依靠水流及产气的作用而保持悬浮的状态,另一方面从整体上讲水流又是以推流的形式流经ABR反应器的。图6为有关研究报导的ABR中不同隔室内SS的分布91[.因而对于污泥的颗粒化来说,其形成的过程及所需的运转条件是与UASB反应器相似的。对ABR反应器中的污泥成份的分析监测(镜检)表明,不同隔室中的微生物种类是不同的,第一个隔室中发现的甲烷菌主要是Methanosa一crinaSp.菌属,而其余隔室中的甲烷菌主要是MehtanothixrsP.菌属。研究过程中,ABR反应器的初始负荷为0.97kgCOD/m3.d,经过4个多月的运行后,第2期沈耀良:BAR反应器中污泥的特性及其分布}}}}}{{{…{{{冲冲冲{瘾!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!}}}{{{犷`洲{{{,卜`」{{{……公公灵}!{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{…………迄……三书器睁睁夕夕夕…甲iiiiiiiiiiiiiiiiii一一一一一fff1尘1二!!!}}}}}}}}}}}}}’刁`一一邪邪邪邪邪邪{lll嘴嘴嘴嘴嘴嘴{{{和和和和和和…竺……!!!!!!!!!!!!!……………………………件尸尸进进水水水水水水图5Boopatvll等采用的改进型ABR反应器示意图将负荷提高到28kgCODms/·d(其中前50天内的负荷为4.33kgcODam/·d,51一78天内的负荷为12.25k蔡OD/时·d,78一103天内的负荷为20.OkgCOD/时·d,104一125天内的负荷为28.0k解OD/南1.d).在反应器运行的第30天左右已观察到颗粒污泥的形成,颗粒污泥的平均粒径约为0.5~,外观呈灰白色,并几乎均匀分布在整个反应器中,但在第一个隔室中颗粒污泥处于污泥床的上部,而在第二和第三个隔室中颗粒污泥则位于下部。同时发现,颗粒污泥的尺寸随运行而逐渐增大,到第90天时,反应器底部的颗粒污泥粒径达3一3.5~.镜检表明,颗粒污泥有两种明显不同的类型。第一类外观呈灰白色,其主要成份为具有长菌丝体的丝状菌,结构较为松散。第二类外观呈深绿色,主要由金属硫化物的沉积而形成,其主要成份同样是丝状菌,结构要比前一类紧密得多,形状类似于所谓的棒状颗粒。除这些颗粒污泥外,还观察到一些在颜色和紧密度方面介于上述两者之间的颗粒污泥。此外,不同隔室中颗粒污泥中的主要微生物种属是有差别的。第一个隔室中主要是甲烷八叠球菌属(MehtanosacrinltsP.),它们被类似于甲烷丝菌属(Methan一。htirxSp.)(图7)的丝状菌所包裹。第二隔室中主要是由类似于Mehtano一Coeeus菌属、Methanobrevibaeter菌属和类似于Desulfovibiro菌属的硫酸还原菌的混合菌群组成。这些菌属在第一隔室中仅占少数。门巨}:咒目吮日仓g蕊0.62L一~(!28片灭{}、`、、}图6有关报导ABR中