EGSB反應器初期啟動顆粒污泥顯微特征
摘 要：EGSB反應器在常溫下處理低濃度的污水以及高濃度難降解的工業廢水方面有著其它厭氧反應器所不可比擬的優勢。厭氧顆粒污泥是EGSB反應器高效穩定運行的關鍵，本文通過顯微觀察研究了EGSB反應器初期啟動過程中顆粒污泥的特征。污泥顆粒化進展順利標志著EGSB反應器初期啟動成功。
關鍵詞：厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB)，顆粒污泥，顯微，初期啟動
1 引言
在過去的十多年中，UASB反應器在高濃度廢水的處理方面已經發揮了重要作用，而作為對UASB反應器改進的EGSB反應器，于80年代后期在荷蘭Wageningen農業大學環境系首先開始研究[1]，它在常溫下處理低濃度的污水以及高濃度難降解的工業廢水方面有著其它厭氧反應器所不可比擬的優勢，它的處理范圍更廣，占地面積較小，投資更省，雖然目前國際上只有少數國家對EGSB反應器進行了研究，而且工業規模的EGSB反應器為數還少，但它必
將得到越來越廣泛的應用[2、3]。厭氧顆粒污泥是EGSB反應器高效穩定運行的關鍵，本文將通過顯微觀察研究EGSB反應器初期啟動顆粒污泥的特征。
2 污泥顆粒化的意義
在EGSB反應器內，厭氧污泥可以以絮狀的聚集體存在，也可以以直徑約0.5-5.0mm的球形或橢球形(顆粒污泥)存在[2、3]。在厭氧反應器內顆粒污泥形成的過程稱之為污泥顆粒化。污泥顆粒化是大多數EGSB反應器啟動的目標和啟動成功的標志。
顆粒污泥的形成使EGSB內可以保留高濃度的厭氧污泥，使EGSB反應器具有更高的有機容積負荷和水力負荷。細菌形成顆粒污泥的聚集體是一個微生態系統，其中不同類型的種群組成了共生或互生體系，有利于形成細菌生長的生理生化條件并利于有機物的降解;顆粒形成有利于其中的細菌對營養的吸收;顆粒使發酵菌的中間產物的擴散距離大大縮短，這對復雜有機物的降解是重要的;此外，在廢水性質突然變化時，顆粒污泥能維持一個相對穩定的微環境，使代謝過程繼續進行[3、4、5]。
3 實驗過程
厭氧顆粒污泥是EGSB反應器高效穩定運行的關鍵[6]，因此必須首先培養出顆粒污泥，才能使EGSB反應器按正常方式運行。初期啟動通常是指一個新建的厭氧系統以未經馴化的污泥(例如污水廠污泥消化池)接種使反應器達到設計負荷和有機去除率的過程，通常這一過程伴隨著污泥顆粒化的完成。
本實驗主要選用自培養污泥和合肥市王小郢污水處理廠的脫水污泥作為接種污泥：(1)自培養污泥，其SS為0.75g/L，VSS為0.4g/L，VSS/SS為0.53，接種量為15gTSS;(2)合肥市王小郢城市污水處理廠的脫水污泥，用孔徑2mm的篩子篩洗去除大的污物后靜沉，去除污泥中的細砂，污泥SS為14.7g/L,VSS為6.6，VSS/SS為0.448，污泥沉降比為476mL/L,污泥體積指數SVI為32.4mL/g，接種量為129gTSS。接種前，自培養污泥以生活污水為碳源，在常溫下利用消化罐培養馴化兩個月;脫水污泥經反復過篩淘洗，取其勻細污泥。二種污泥經混合后作為本反應器的接種污泥，污泥的SS為27.8g/L,VSS為12.5g/L,VSS/SS為0.45,污泥沉降比為464mL/L，污泥體積指數SVI為33.4mL/g，反應器接種污泥總量144gTSS。
接種后，反應器以葡萄糖配水進液，開始啟動EGSB反應器，培養顆粒污泥。為保證系統的穩定運行，每天監測其進出水COD，鏡檢觀察污泥中的微生物生長情況，嚴格控制反應器中的pH值在6.5-7.8的范圍內。另外，產氣量也是非常重要的監測指標，它能夠迅速地反映出反應器的運行狀態和甲烷菌的活性。在反應器穩定運行的基礎上，逐步提高反應器的有機負荷和水力負荷，實現濃度和壓力對污泥的選擇。為考察反應器中污泥特性的變化，每隔5-7天分別從8個采樣口采樣測定以下幾個指標：SS，VSS及SVI。在反應器啟動過程中，對不同階段的污泥進行顯微鏡拍照，觀察污泥的顆粒化進程。
4 初期啟動過程中顆粒污泥顯微觀察研究
4.1污泥顆粒化機理
根據Alphenaar的觀點：顆粒污泥是具有自我平衡的，適宜于上流式廢水處理系統的微?生物聚集體，這一聚集體形態上相對較大，其物理性狀相對穩定，具有較好的沉降性能和產甲烷活性。顆粒污泥是具有相對規則的球形或橢球行外觀，成熟的顆粒污泥表面邊界清晰，其直徑多在0.5-5.0mm。
厭氧發酵釋放的沼氣氣泡和布水系統產生的上升水流將使反應器內污泥同時受到水流剪切力、顆粒碰撞摩擦力、泡振力和氣泡尾渦混滲力等四種力的混合作用。這四種力疊加后的綜合作用與反應池內的顆粒污泥強度相適應時，才能使顆粒污泥順利產生并得以維持，也就是說適宜的水力混雜、泡振及剪切強度是形成顆粒污泥的必要條件。
4.2污泥顆粒化過程中顆粒污泥顯微特征
本次實驗的接種污泥采用自培養污泥和合肥市王小郢污水處理廠的脫水污泥，鏡檢觀察到接種污泥的微生物種群比較豐富。從圖1顯微照片中可見，接種污泥的形態表現為大片的絮狀體。下面分別結合連續運行第15天，第31天，第36天，第45天，第51天的污泥顯微照片，來說明實驗中污泥特性的變化過程。
連續運行第15天，從顯微照片(圖2)中可見，絮狀污泥已經開始有聚集的趨勢，且污泥由接種時的暗紅色轉變為灰白色。
連續運行31天后，顯微照片(圖3)顯示，污泥進一步聚集，形成的微生物聚集體比前次觀察要大。聚集體中能觀察到大量黑色顆粒，將以此為核心進一步形成顆粒污泥，說明污泥顆粒化已經開始。
運行36天后，污泥進一步密實，絮狀體基本消失，顯微照片中觀察到污泥顆粒化已經很明顯，其形態與前期差別很大(圖4)。微生物聚集體繼續增大，能觀察到較大的生物聚集體，直徑達0.2mm，這可以認為是正在形成中的顆粒污泥。
運行第45天，污泥中顆粒增多增大(圖5)。
運行第51天，反應器內顆粒污泥明顯增大，數量增多，平均直徑達0.5-0.6mm(圖6-1，圖6-2)。并且底部污泥的顆粒化程度較高，底部較大顆粒污泥的直徑已達1.2mm，且能觀察到其大致的立體結構(圖7)。
顆粒污泥顯微特征表明，EGSB反應器污泥顆粒化進展順利，同時，伴隨著顆粒污泥的形成，COD的去除率逐漸提高并穩定在較高水平，SVI值也呈明顯下降，這些特征標志著EGSB反應器初期啟動成功。
5 結語
足夠濃度的高活性顆粒污泥的形成是EGSB反應器啟動成功的關鍵與標志。總體來說，啟動過程中顆粒污泥的形成受到接種污泥的性質、基質成分、反應器的工藝條件、微生物的性質以及微生物菌種之間，微生物與基質之間的相互作用等影響。顆粒污泥形成后，為使顆粒污泥進一步成熟，充滿整個污泥床，還需進一步提高有機負荷和水力負荷，沖走輕質污泥絮體。此外，在EGSB反應器啟動初期，人為向反應器中投加適量的細微顆粒物如粘土、陶粒、顆粒活性炭等，有利于縮短顆粒污泥的形成時間。同時，控制好反應器的操作條件對于整個反應器的啟動過程是至關重要的，操作條件的惡化可能導致顆粒污泥結構的破壞，污泥大量上浮，引起大量流失，這是應當避免的。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
