ABR反应器中颗粒污泥的微生态特性(1)

项目来源 : 省高校自然科学研究重点资助项目 ( 02K 10003) 作者简介 : 沈耀良 ( 1961- ) , 男 , 汉族 , 江苏无锡人。教授 , 博士 , 主要从事废水处理理论及废水厌氧处理工艺技术研究 , 电话 : 0512- 68091496。
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14 2 2. 1 研究结果及分析
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, 不同进水有机负荷
( 3 0~ 33 kgCODcr!m d ) 条件下, 对 ABR 反应器中颗 粒污泥的微生态特性进行了研究。通过扫描电镜等对 颗粒污泥的形态及微生物相的分布进行了观察分析。 1 研究装置与方法 研究所用 ABR 反应器采用玻璃加工制作, 有效
收稿日期 : 2004- 06- 15 修回日期 : 2004- 11- 20
荷的变化而变化。高负荷条件下 ( OLR> 5 kgCODcr! m d
-3 - 1
泥结构较松散、 并因大量吸附进水中的 SS 及有机基 质, 其表面粗糙、 不规则、 且呈白色或浅灰色 ( 图 1) , 中间隔室处于产甲烷阶段的旺期 , 其 颗粒污泥因强 烈的产气混合作用其外观结构紧密、 表面光滑规则, 颜色为灰黑色及黑色 ( 图 2) , 后端隔室的颗粒污泥则 为深黑色, 且结构较松散 , 已经处于或即将发生颗粒 的解体, 因而长期在低 OLR 条件下运行不利于污泥 颗粒化或可使污泥因 ∀ 饥饿# 而粒径减小甚 至解体。 同时可发现 , 颗粒污泥是由许多粒径 更细小的细颗 粒通过大量的 丝状体 ( 菌 ) 的自身固 定化而形 成的 ( 如图 3 所示 ) 。
在低 负荷 条件下 ( OLR ∃ 5 kgCODcr !m - 3 d - 1 ) , ABR 反应器中颗粒污泥均为黑色 , 但第 1 隔室颗粒 污泥粒径明显较其它隔室大 , 形状较规则 , 有球形、 杆形、 米粒形等 ( 图 4) 。 位于前端隔室的颗粒污泥表面多有多聚物及微
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丝, 而位于后段隔室的颗粒污泥表面则多有丝状网 络, 这些微丝或丝状网络是污泥颗粒化并保持其颗 粒状的重要结构。颗粒污泥表面有丰富的通向颗粒 内核、 起传输基质和产物作用的通道, 在前段和后段 隔室的这些通道中 , 分别生长丝状菌和球菌。
颗粒污泥的结构特征 反应器各隔室的颗粒污泥的结构特征随进水负 ) , 反应器前端隔室处于产酸阶段, 其颗粒污
图 2 高负荷条件下反应器中产甲烷 隔室的颗粒 污泥( SEM 照片 )
7) 。而当进入第六隔室的有机负荷偏低时 , 甚至可 发生 污 泥的 丝 状菌 性膨 胀 问题。这 充分 说 明, 在 ABR 反应中 , 不同隔室的主体微生物种群是不同的, 不同的微生物生长在其合适的环境 ( 隔室 ) 中, 发挥 各自的功能。 2. 3 颗粒污泥的粒径分布 从反应器各隔室污泥床中取等体积的污泥样 ,
Micro ecological Characteristics of Granule Sludge in Anaerobic Baffled Reactor ( ABR) / SHEN Yao liang / ( Key Lab of Environmental Science and Engineering of Jiangsu Province, University of Science and Technology of Suzhou, Suzhou 215011, China) Abstract: The micro ecological characteristics of granule sludge in Anaerobic Baffled Reactor( ABR) was investigated with constructed wastewater of glucose and domestic sewage as feed substrate, and the clearly phase separation shown by different priority anaerobic mi crobes of granular sludge in the compartments of different micro environment along the ABR was observed. It was found that, under high organic loading rate conditions, the acid producing granule sludge in the compartments near the inlet of ABR was larger in size but un regular on its surface with the Methanobrevibacter sp. as its priority microbes, and the methan producing granule sludge in the compartments in middle part of ABR was compact and smooth on its surface with the Methanosarcina sp. as its priority microbes. Un der low organic loading rate conditions, the granule sludge in the compartments near the outlet of ABR was smaller in size and loose in structure with Methanosaeta sp. as its priority microbes. Finally, the formation mechanism of granulation of anaerobic sludge in ABR was analysed. Key words: Anaerobic Baffled Reactor, granule sludge; micro ecological characteristics; sludge granulation
反应 器中呈现出明显的相分离特征 , 颗粒污泥微生物 随反应 器隔室 不同的 微生态 环境而有 不同的 优势菌 属。高负荷 条件 下( 反应器前端隔室 ) 的产酸颗粒污泥颗粒大、 表 面粗糙 , 其优 势微生 物为产 气杆菌 属 , 而 位于反 应器中 部隔室的 产甲 烷颗粒污泥结构紧密 , 表面光滑 , 其优势菌属为甲烷球菌 ; 低负 荷条件下 ( 反应器 后端隔室 ) 的颗 粒污泥颗 粒小、 结 构较松散 , 其优势菌属为甲烷丝菌属。据此 , 分析了 ABR 中颗 粒污泥的形成机理。 关键词 : ABR 反应器 ; 颗粒污泥 ; 微生态特性 ; 污泥颗粒化 中图分类号 : S216 4; X703 文献标识码 : A 文章编号 : 1000- 1166( 2005) 01- 0013- 04
ABR 反应器属于阶段式多相厌氧消化( SMPA) 型 厌氧反应器, 具有良好的相分离作用[ 1~ 3] , 在运行时反 应器各隔室以串联的方式 , 废水依此流经各个隔室 , 因 而反应器各隔室将处于不同的运行工况条件下, 进入 各隔室的废水水质( 浓度及成分) 的不同将导致其颗粒 污泥的特性也不同。本文以葡萄糖和生活污水人工配 制的废水, 在中温 35
表 1 不同负 荷时 ABR 反应器中颗粒污泥的粒径及其分布 ( mm) * 隔室号 OLR ∃ 5 kgCODcr!m d
- 3 - 1 1
1 0. 3( 2) 5 0. 5( 3) 5
OLR> 5 kgCODcr!m- 3d -
* 最小粒径 ( 平均粒径 ) 最大粒径。
质轻体微的成分 , 并初步形成作为污泥颗粒化核心 的大比重颗粒; 第二为微粒形成阶段。在此阶段, 污 泥床中具有絮凝性的污泥絮体在适当的上升速度下 逐步在核心体表面附着 , 形成颗粒污泥雏 形 ∋ ∋ ∋ 微 颗粒 ; 第三为微颗粒固定阶段。在此阶段, 微颗粒依 靠在前期低负荷下生长的大量丝状体 ( 菌 ) 的缠绕, 相互结合而形成大尺寸颗粒状污泥 , 因而颗粒污泥 并非仅有一个核心体 , 而由一个主核心有许多次核 心组成( 如图 8 所示) 。此时适当提高进水 OLR 可加
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图 5 产酸颗粒 污泥的优势微生物
图 7 反应器后端隔室颗粒污泥的优势微生物
用清水适当漂洗后, 将其放置在带有 1 mm 坐标纸背 景的平底玻璃皿中 , 用数码相机拍摄后放大并对颗 粒污泥的粒经及其比例进行测定 , 其测定结果列于 表 1。 由表 1 可见 , 无论在高负荷 还是在低负荷条件 下运行, 反应器中颗粒的污泥的粒径呈现出进出水 方向各隔室由大至小的变化规律, 此外, 高负荷条件 下运行时其颗粒污泥的粒径总体上要大于低负荷条 件下运行的情况。 2. 4 污泥颗粒化机理及变化分析
图 8 颗粒污泥的多核形态 ( 显微镜照片 40 & 16 倍 )
速颗粒化的进程 ; 但此阶段所形成的颗粒状污泥结 构尚较松散, 抵御水流或气泡的剪切作用的能力较 弱, 因而宜在维持必要的进水 OLR 的前提下, 适当调 整 HRT 及相应的进水浓度; 第四为颗粒污泥形成阶 段。此时随着颗粒尺寸的增大 , 其对颗粒外部的水 力和产气气泡切割的能力增强 , 颗粒内部形成良好 的厌 氧微生物生长 平稳环境 , 除其它功能 菌 ( 如球
图 3 低 负荷隔室中颗粒污泥的外观特征 ( SEM 照片 )
图 4 低负荷条件下第 1 隔室的颗粒污泥外观 图 1 高负荷条件下反应器前端产酸 隔室的颗粒 污泥( SEM 照片 )
2. 2 颗粒污泥优势生物种群分布 ABR 反应器中不同隔室内存在着不同的优势微 生物种群, 而且沿反应器的长度 ( 水流程方向 ) 污泥 的活性( 即微生物的生长速率 ) 逐步下降 , 这种趋势 与有机底物在反应器中的逐步转化和降解过程相一 致。 研究表明, 随着有机负荷因 CODcr 的去除而沿各 隔室的不断下降 , 由前端向后推移各隔室中颗粒污 泥优势微生物菌属呈现出杆菌 % 球菌 ( 双球菌、 八叠 球菌及多叠球菌 ) % 丝状菌变化趋势 ( 图 5、 图 6、 图
图 6 产甲烷颗粒污泥的优势微生物
污泥颗粒化是高效厌氧处理工艺的技术关键之一,
2 0. 2( 1. 5) 3 0. 5( 3) 5 3 0. 2( 1) 3 0. 2( 2) 4 4 0. 2( 0. 7) 2 0. 2( 1. 5) 3 5 0. 1( 0. 5) 1. 5 0. 2( 0. 75) 2 6 0. 1( 0. 4) 1. 3 0 1( 0 6) 1 5
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容积为 15 L, 均分 6 个隔室 , 其工艺系统同文献 [ 4] 。 研究过程中将反应控制在中温 ( 35 0. 5 ), 所 用废水取自苏州某城市污水处理厂 , 根据需要加入 一定量含生物生长必须微量元素的葡萄糖 , 并适当 控制营养 比。进 水 CODcr 浓度为 500~ 12 000 mg ! L- 1 , 有机容积负荷 3. 0~ 33 kgCODcr !m - 3 d- 1。根据 标准法测定了运行过程中的 CODcr , VFA, pH, 颗粒污 泥浓度等指标 , 用扫描电镜和透射电镜对颗粒污泥 的特性及其变化进行分析。 开展本研究前, ABR 反应器已完成启动, 并形成性 能良好的颗粒污泥, 其中污泥浓度为 35~ 40 g! L- 1。
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ABR 反应器中颗粒污泥的微生态特性
沈耀良
( 苏州科技学院 , 环境科学与工程省重点实验室 , 苏州 摘 215011)
要 : 以葡萄糖和生活污水人工配制的 废水对 ABR 反应器 中颗粒 污泥的微 生态特 性进行 了研究。 研究表明 , ABR