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第３４卷第４期２０１２年７月南 京 工 业 大 学 学 报 （自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．４Ｊｕｌｙ２０１２ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２０１２．０４．００５ＨＲＴ及ＥＰＳ对ＡＢＲ中污泥性能的影响杨忠林１，钟 中１，韩萍芳２，吕效平１（１．南京工业大学化学化工学院，江苏南京２１０００９；２．南京工业大学生物与制药工程学院，江苏南京２１０００９）收稿日期：２０１１－１２－２５基金项目：中国石化扬子石油化工有限公司合作项目（１０ＹＫＪ００２）作者简介：杨忠林（１９８０—），男，湖北广水人，博士生，主要研究方向为化工工艺；吕效平（联系人），教授，Ｅｍａｉｌ：ｘｐｌｕ＠ｎｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ．摘 要：采用厌氧折流板反应器（ＡＢＲ）处理精对苯二甲酸（ＰＴＡ）废水，分别测定４个不同水力停留时间（ＨＲＴ）下反应器的处理性能及污泥特性。结果表明：随着ＨＲＴ由４００ｈ减小到２５０ｈ，反应器第１格室化学需氧量（ＣＯＤ）去除率、混合液挥发性悬浮固体浓度（ＭＬＶＳＳ）及其与混合液中总的悬浮固体浓度（ＭＬＳＳ）之比、最大比产甲烷活性都显著下降，但缩短ＨＲＴ对较后的格室污泥性能的影响沿水流方向逐渐减小。而且，污泥中疏松层胞外聚合物（ＬＢＥＰＳ）及其多糖的量与最大比产甲烷活性呈显著正相关关系（ｒ＞０６８７），表明ＥＰＳ产生有利于ＡＢＲ在负荷冲击下维持较好的污泥活性。因此，采用ＡＢＲ能够高效而稳定地处理ＰＴＡ废水。关键词：厌氧折流板反应器；厌氧污泥；水力停留时间；胞外聚合物中图分类号：Ｘ１７２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－７６２７（２０１２）０４－００２２－０５ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＨＲＴａｎｄＥＰＳｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｌｕｄｇｅｉｎａｎａｅｒｏｂｉｃｂａｆｆｌｅｄｒｅａｃｔｏｒＹＡＮＧＺｈｏｎｇｌｉｎ１，ＺＨＯＮＧＺｈｏｎｇ１，ＨＡＮＰｉｎｇｆａｎｇ２，ＬＸｉａｏｐｉｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｐｕｒｉｆｉｅｄｔｅｒｅｐｈｔｈａｌｉｃａｃｉｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒ（ＰＴＡ）ｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｉｎａｎａｎａｅｒｏｂｉｃｂａｆｆｌｅｄｒｅａｃｔｏｒ（ＡＢＲ）．Ｔｈｅｒｅａｃｔｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃｓｌｕｄｇｅｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｔｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｔｅｎｔｉｏｎｔｉｍｅ（ＨＲＴ）．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｏｘｙｇｅｎｄｅｍａｎｄ（ＣＯＤ）ｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｍｉｘｅｄｌｉｑｕｏｒｖｏｌａｔｉｌｅｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄ（ＭＬＶＳＳ），ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆＭＬＶＳＳａｎｄｍｉｘｅｄｌｉｑｕｏｒｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｏｌｉｄ（ＭＬＳＳ），ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｃｉｆｉｃｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｗｉｔｈＨＲＴｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４００ｈｔｏ２５０ｈ，ｗｈｅｒｅａｓａｌｌｏｆｔｈｅｍｋｅｐｔｃｏｎｓｔａｎｔｏｒｓｌｉｇｈｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｎｔｈｅｌａｔｔｅｒｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｓａｌｏｎｇｔｈｅｆｌｏｗｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｌｏｏｓｅｌｙｂｏｕｎｄｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｐｏｌｙｍｅｒｉｃｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ（ＬＢＥＰＳ）ａｎｄｐｏｌｙｓａｃｃｈａｒｉｄｅｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙｃｏｒｒｅｌａｔｅｄｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｐｅｃｉｆｉｃｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ（ｒ＞０６８７），ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＥＰＳｗａｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｔｈｅｓｌｕｄｇｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆＡＢＲ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ＡＢＲｃｏｕｌｄｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｔｒｅａｔＰＴＡｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｎａｅｒｏｂｉｃｂａｆｆｌｅｄｒｅａｃｔｏｒ；ａｎａｅｒｏｂｉｃｓｌｕｄｇｅ；ＨＲＴ；ＥＰＳ 厌氧折流板反应器（ＡＢＲ）是一种新型高效厌氧反应器，相比传统厌氧反应器具有结构简单、处理效率高、稳定性好等优点，因而备受研究者的关注［１－２］。ＡＢＲ独有的分室化结构为不同厌氧微生物的生长创造了环境，即在不同格室中培养出不同的优势微生物群落，从而避免不同微生物之间的相互拟制作用［２－３］，有利于废水中不同基质在各格室实现分阶段去除，并减小水质波动对整个反应器稳定运行的影响，从而达到高效而稳定运行的目的。高活性厌氧污泥的培养驯化是ＡＢＲ稳定高效运行的关键。国内外研究者对ＡＢＲ中污泥特性进行了大量的研究，主要包括厌氧污泥的种群分布、污泥颗粒化、污泥活性、胞外聚合物（ＥＰＳ）分布及其对污泥絮凝沉降和颗粒化的影响等［１－６］，但是这些研究多是在单一运行条件下的污泥性能，缺少对冲击负荷条件下污泥性能的变化特征研究，而且尚未探讨ＥＰＳ对厌氧污泥活性的影响。因此，本文在ＡＢＲ处理精对苯二甲酸（ＰＴＡ）废水的基础上，研究不同水力停留时间（ＨＲＴ）下ＡＢＲ各格室中厌氧污泥性能的变化规律及ＥＰＳ对厌氧污泥活性的影响，以期为ＡＢＲ中厌氧污泥的培养提供理论基础。１ 实验１．１ 实验装置采用有机玻璃制成的ＡＢＲ实验装置，如图１所示：由５个格室组成，长×宽×高为２１６ｍ×０５４ｍ×１２６ｍ，有效体积为１０ｍ３，上流格室与下流格室宽度比为５∶１，采用水浴控温（３５±１）℃。上流格室和下流格室分别设置污泥取样口和水样取样口，顶部设有排气口。图１ ＡＢＲ实验装置示意Ｆｉｇ．１ ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＡＢＲ１．２ 废水处理实验接种污泥取自南京某石化公司废水处理厂工业化厌氧生物滤池，该反应器容积负荷为３６０ｋｇ／（ｍ３·ｄ），化学需氧量（ＣＯＤ）去除率约６５％，混合液挥发性悬浮固体质量浓度（ＭＬＶＳＳ）与混合液中总的悬浮固体质量浓度（ＭＬＳＳ）之比为０６０，接种后ＭＬＶＳＳ为１５３ｇ／Ｌ。进水ＣＯＤ为（６０００±５００）ｍｇ／Ｌ，ｐＨ为６３±０２；进水中添加ＮＨ４Ｃｌ和Ｋ２ＨＰＯ４调节ＣＯＤ与总氮和总磷的质量浓度之比，为（２５０±５０）∶５∶１。ＡＢＲ运行３５ｄ后，采用进水ＣＯＤ不变、ＨＲＴ逐渐减小的方式提高容积负荷，当反应器出水ｐＨ和ＣＯＤ波动小于５％并连续运行５ｄ后，减小ＨＲＴ进入下一阶段的运行。４个不同阶段ＡＢＲ运行参数及ＣＯＤ去除率如表１所示，每次调整ＨＲＴ前３ｄ对厌氧污泥进行取样分析，所有污泥性能参数均为３ｄ平均值。表１ ＡＢＲ运行参数及ＣＯＤ去除率Ｔａｂｌｅ１ ＯｐｅｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＡＢＲａｎｄＣＯＤｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ阶段时间／ｄＨＲＴ／ｈ进水流量／（Ｌ·ｈ－１）容积负荷／（ｋｇ·ｍ－３·ｄ－１）ＣＯＤ去除率／％１３６～６１４０．０２５３．６０８１２６２～７２３３．３３０４．３２７７３７３～９０２８．６３５５．０４７３４９１～１１０２５．０４０５．７６６７１．３ 分析项目和方法ＭＬＳＳ和ＭＬＶＳＳ采用质量法测定，粒径分布采用筛分法测定，以乙酸为基质的最大比产甲烷活性采用史氏发酵法［６］测定。采用超声离心法提取疏松层胞外聚合物（ＬＢＥＰＳ）［７］，采用阳离子交换树脂法提取紧密层胞外聚合物（ＴＢＥＰＳ），总ＥＰＳ含量为ＬＢＥＰＳ与ＴＢＥＰＳ之和［８］。ＥＰＳ中多糖的含量采用苯酚硫酸法［９］测定，蛋白质的含量采用福林酚法［１０］测定，腐殖酸的含量采用重铬酸钾法［１１］测定。２ 结果与讨论２．１ ＨＲＴ对ＡＢＲ各格室处理性能的影响图２为ＡＢＲ在４个不同ＨＲＴ稳定运行条件下的单格室ＣＯＤ去除率及去除负荷。由图２可见：不同ＨＲＴ下ＡＢＲ单格室ＣＯＤ去除率及去除负荷均沿水流方向呈现由大到小的变化趋势，较前的格室承担较大的负荷能力。当ＨＲＴ由４００ｈ分阶段减小到２５０ｈ过程中，第１格室ＣＯＤ去除率显著地减小，然而第２～５格室均略有增加；而且第２～５格室单格室去除负荷随ＨＲＴ的缩短显著增加。说明３２ 第４期杨忠林等：ＨＲＴ及ＥＰＳ对ＡＢＲ中污泥性能的影响减小ＨＲＴ导致ＡＢＲ处理性能的影响主要发生在第１格室，其分室化结构为较后的格室提供了更多的保护，因此，较后的格室具有更好的运行稳定性和处理性能。图２ 不同ＨＲＴ下反应器单格室ＣＯＤ去除率及去除负荷Ｆｉｇ．２ ＣＯＤｒｅｍｏｖａｌａｎｄｌｏａｄｉｎｇｒｅｍｏｖａｌｉｎｅａｃｈｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡＢＲａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＨＲＴ２．２ ＨＲＴ对ＡＢＲ各格室中污泥特性的影响２．２．１ 不同ＨＲＴ下ＡＢＲ各格室中ＭＬＶＳＳ及ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ图３为ＡＢＲ在４个不同ＨＲＴ稳定运行条件下５个格室厌氧污泥的ＭＬＶＳＳ和ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ。由图３可见：４个不同ＨＲＴ下反应器第１～３格室中ＭＬＶＳＳ均大于２０ｇ／Ｌ，明显高于接种浓度（１５３ｇ／Ｌ）。当ＨＲＴ由４００ｈ分阶段减小到２５０ｈ过程中，第１格室中ＭＬＶＳＳ呈现由高到低的变化趋势，第２格室中ＭＬＶＳＳ呈现先升高后降低的趋势，第３～５格室ＭＬＶＳＳ总体上呈现逐渐升高的趋势。在同一ＨＲＴ下后一格室中污泥的ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值高于前一格室；随着ＨＲＴ的缩短，第１～３格室中厌氧污泥的ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值明显降低，而第４、５格室中ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值基本不变，其中第１格室ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值最低，当ＨＲＴ为２５０ｈ时小于接种污泥值。４个不同ＨＲＴ下ＡＢＲ中第１～３格室具有较高的ＣＯＤ去除率及去除负荷（图２），因此污泥浓度均大于接种污泥浓度。随ＨＲＴ减小，第１格室承受着整个反应器进水负荷的冲击，微生物的生长受到抑制，活性降低，同时一部分微生物因进水负荷波动影响而死亡导致污泥浓度和活性下降。相比之下较后格室中厌氧污泥受进水负荷冲击的影响较小，微生物具有较稳定的生长环境而增殖较快，同时截留一部分较前格室流失的污泥，所以污泥浓度增加。图３ 不同ＨＲＴ下各格室中ＭＬＶＳＳ及ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳＦｉｇ．３ ＭＬＶＳＳａｎｄＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳｉｎｅａｃｈｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡＢＲａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＨＲＴ２．２．２ 不同ＨＲＴ下ＡＢＲ各格室中厌氧污泥粒径分布图４为ＡＢＲ在４个不同ＨＲＴ下各格室内絮状污泥（＜０１６ｍｍ）和大粒径污泥（＞１００ｍｍ）的体积分数。由图４可知：ＡＢＲ各格室中絮状污泥和大粒径污泥体积分数之和小于４５％，即反应器中粒径在０１６～１００ｍｍ范围内的颗粒污泥含量最大（＞５５％），较前的格室中大粒径（＞１００ｍｍ）颗粒污泥含量明显多于较后的格室，同时絮状污泥含量少于较后的格室。此外，随ＨＲＴ缩短，ＡＢＲ各格室均呈现出絮状污泥减少而大粒径污泥增加的趋势，但较前的格室中污泥粒径增加的趋势优于较后的格室。根据Ｄｕｌｅｋｇｕｒｇｅｎ等［１２］的研究，颗粒污泥的形成需要一定的水力作用，较大的进水流速增加了水力扰动，从而有利于颗粒污泥的形成。此外，ＡＢＲ较前的格室承担了较大的去除负荷，所以产气量高于较后的格室，由产气而产生的水力扰动要大于较后的格室，所以在ＡＢＲ中，较前格室厌氧污泥颗粒化程度明显优于较后的格室。４２南 京 工 业 大 学 学 报 （自然科学版）第３４卷 图４ 不