厌氧载体生物膜启动及其影响因素

林会义 吴小芳

摘 要：研究UASB污泥挂膜及过程中各运行条件的影响，采用小试动态试验，接种厌氧消化污泥，温度35度，交替增加进水浓度和水量。经过120天运行，完成污泥挂膜试验，进水COD质量浓度21200mg/L，OLR为13.70kg，COD去除率92.1%。控制过程中各运行条件，逐步增加反应器负荷，可成功培养出厌氧生物膜，生物膜为黑色，厚度0.2mm

关键词：UASB；启动；厌氧污泥；载体生物膜填料

UASB是新一代高效厌氧反应器，符合环保需要。启动初期，进水有机负荷不断增加，产气加剧，以絮状厌氧污泥为主的厌氧污泥床，会被带出反应器，不利于后期运行。载体生物膜通过形成污泥聚集，提高污泥质量，对厌氧挂膜的实际应用有一定指导意义。

1、试验装置及试验方法

1.1试验装置

实验装置如下图，反应器主体内径115mm，总高3000mm，罐体下方为锥形体，反应器总有效容积为3000L，悬浮层及污泥床总高度为1500mm，反应器配循环水罐1500L，通过蒸汽加热保温，温度控制在（35±1）度。废水经蠕动计量泵由反应器底部注入，由顶部出水堰板出水；反应器内部安装不锈钢载体支架两层，毛刷式聚乙烯载体生物膜填料两端固定在不锈钢支架上。

1.2试验用水

试验用水：直接使用污水车间调节池污水，COD质量浓度14000 mg/L；运行稳定后使用提取车间有机盐（主要成分：乙酸钠）按一定比例配置，质量浓度在15000～21000mg/L

1.3 接种污泥

接种污泥使用车间厌氧反应装置内部厌氧污泥，ss=20g/L，vss=19g/L，接种量为1.5t/3.0吨，接种后平均污泥质量浓度为9.5g/L（按反应器总体积计算）

1.4分析项目及方法

COD—重铬酸钾法；挥发酸/碱度—滴定法；PH值—哈希HACH-PH计，温度 —温度计

2.厌氧生物膜形成过程

2.1厌氧生物污泥适应期

将接种污泥加入反应器后，控制进水COD15000mg/L，逐步增加进水流量，同时水温每天增加2度，7天后，温度稳定控制在33度，流量稳定在20L，第8天保持现有流量，容积负荷2.4 kg/（m3.d），HRT=3.1d，由于是成熟运行的厌氧反应器内部污泥，所以去除率在试验初期就有75%，出水PH值7.2～7.8，说明污泥已适应反应器环境。

2.2载体生物膜出现期

此阶段通过交替增加进水有机物浓度和进水量，逐步提高反应器的容积负荷，直至处理效率稳定并在载体填料上出现生物污泥附着。以COD容积负荷2.4 kg/（m3.d）启动，按比例分别改变进水浓度和流量，不断提高容积负荷。进水浓度的提高导致去除率下降，出水COD升高，图2.随后COD去除率逐渐增加，并慢慢稳定。运行到21天，从反应器顶部取出载体观察，可以看到填料上有一层薄的厌氧污泥包裹，此时进水COD17400 mg/L，出水COD2976 mg/L，反应器容积负荷为6.2 kg/（m3.d），COD去除率82.9%

2.3载体生物膜稳定期

这一时期载体生物膜在原有基础上逐渐增加，直到载体表面附着大量厌氧污泥。继续提高进水负荷，保持流量30L/hr不变，逐步提高进水浓度，运行到第63d，反应器载体填料中间挂满污泥，见图3.此时，进水COD质量浓度18080mg/L，OLR=5.2 kg/（m3.d），COD去除率90%，厌氧污泥大部分聚集在填料中央，形成椭圆形包裹，为黑色黏性包裹，黏性物质主要为胞外多聚物，起着吸附和凝聚黏连的作用，从而促成载体生物膜形成.

图2.

3.主要运行条件的影响分析

3.1 温度的影响

厌氧反应器有着严格温度条件，要求控制精确，每个温度区间，随温度上升，细菌生长速率上升并达到最大值，相应的温度即最佳生长温度，过此温度后细菌生长速率下降。中温反应器为37度，20-25度时，细菌活性降低，产甲烷活性降低，进而导致反应器去除率下降，温度超过39度时，会杀死细菌。

由于试验装置场地为室外，温度受室外温度影响产生一定微小波动（1～3℃），试验表明，在小幅变化范围内，反应器总体去除率和出水COD影响不大，当试验温度低于平均运行温度2度时，去除率有所下降，此外反应器温度还影响液体粘度以及气体溶解度.

3.2 OLR的影响

有机负荷直接反映进料、废水底料与微生物之间的平衡，OLR是否适中直接影响装置去除率的高低，当有OLR过大，中间产物积累，是造成反应器酸化的直接原因。从图6.可以看出，随进水流量、进水COD浓度增加，反应器OLR由1.84kg/（m3.d）逐渐增加到5.8kg/m.d，在污泥驯化阶段，产甲烷细菌数量较少，主要处于产酸阶段，因此COD去除增加缓慢，随试验进行，产甲烷细菌大量增殖，COD去除率开始增加。进入载体生物膜出现后，一定范围内有机负荷的改变对去除率影响不大，COD去除率保持在85%.

3.3 PH值的影响

过程中，Ph值是重要的环境控制指标，生物化学过程和稀释作用可以迅速改变系统内PH，对PH改变最大影响因素是乙酸的形成。图7.显示在载体生物膜形成过程中Ph的控制与变化过程.试验初期，由于试验用水采用废水添加碱性有机盐配制而成，进水PH偏碱性，由于反应时间短，产甲烷菌数量较少，进程主要处于产乙酸阶段，出水pH值总体低于进水，为6.5～7.0之间，COD去除率只有50%左右，随试验的进行，产甲烷细菌开始大量繁殖，进而和产氢产乙酸细菌保持一定的生物菌群平衡状态，达到出水PH值随进水酸碱的改变变化较小，稳定在7.8 左右，COD去除率基本稳定在85%以上.

4.结论

（1）逐步提高进水COD质量浓度和进水流量，监测出水COD小于2500mg/L时，反应器COD去除率大于80%时，出水VFA小于500mg/L時提高负荷，经过170天的运行，在载体生物填料表明形成了载体生物膜。

（2）形成的厌氧生物膜大部分聚集在填料中央，形成椭圆形包裹，为黑色黏性包裹，提高了反应器内污泥质量浓度，并且生物污泥更容易保留反应器内部；较大的生物膜比表面积增加了与进水混合接触，有利于生化反应。

（3）容积负荷和温度对处理效果的影响较大，温度在35～36时，处理效果最佳，去除率上升，并趋于稳定

（作者身份证号码：1.20882198312256511；2.321102197706200465）