鄧志毅¹，馬少健¹，肖利平²
(1.廣西大學資源與環(huán)境學院，廣西 南寧 530004；2.湘潭大學 環(huán)境工程系，湖南 湘潭 411105)

　　搞要：對上流式分段污泥床(Upflow Staged Sludge Bed)反應器在中溫(35±2℃)下厭氧處理生活污水進行了試驗研究。反應器內(nèi)污泥經(jīng)過40d的培養(yǎng)馴化后，用于處理生活污水。重點探討了不同停留時間(HRT)對COD和SS去除率等的影響，并考察了反應器各段間微生物相的變化情況。結果表明，當水力停留時間為4.7h時，其出水pH=6.5，COD和SS的去除率分別在52％和70％k2上，有較好的運行效果?！?
　　關鍵詞：厭氧污泥床；生活污水；污水處理
　　中圖分類號：X703，X799.3　 文獻標識碼：A　 文章編號：1009—2455(2004)04—0027—04

A Laboratory Study of Treatment of Domestic Sewage by A Novel Reactor-USSB
DENG Zhi-yi1,MA Shao-jian¹,XIAO Li-ping²

(1.Department of Resources and Environment, Guangxi University, Nanning 530004, China;2.Department of Environment Engineering, Xiangtan 411105, China)

　　Abstract： Anaerobic treatment of domestic sewage on a novel reactor—USS(Upflow Staged Sludge Bed) ata medium temperature (35±2℃) was tested　 and studied.The sludge in the reactor had been cultivated for 40 days before it was used to treat domestic sewage.The study centered on the effects of different hydraulic retention time (HRT) on the COD and the removal rate of SS，etc. Changes of microorganisms among the sections of the reactor were also observed and studied.The result showed that When the hydraulic retention time was 4.7th，the pH=6.5, COD and SS removal rate of the effluent water were over 52％ and 70％ respectively，and the result of the treatment was good.
　　Keywords：anaerobic sludge bed；domestic sewage；sewage treatment

　　厭氧生物處理技術在處理高、中濃度有機廢水中的應用，已經(jīng)較為成熟。近年來，低濃度生活污水的厭氧處理也逐步成為人們關心的新領域[1]。本文就是利用新型反應68——上流式分段污泥床反應器(UpnOWStaged S1udSe Bed， 簡稱USSB)在中溫條件(35土2℃)下厭氧處理生活污水進行了試驗研究。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗裝置與系統(tǒng)
　　USSB反應器是在UASB反應器的基礎上發(fā)展而來的，與UASB反應器相比，它是在反應器內(nèi)豎向增加了多層斜板代替UASB裝置中的三相分離器，使整個反應器被分割成多個反應區(qū)間，相當于多個USAB反應器串聯(lián)而成^[2-3]。每個反應區(qū)間的產(chǎn)氣分別經(jīng)水封后逸出，不同的反應區(qū)間存在著不同的厭氧微生物，可以避免中間產(chǎn)物的過度積累；而且還能有效地提高固液分離效果及液體上升的速度，增強污泥沉降效果，尤其是在最上層反應區(qū)間，由于表面排氣負荷相對較低，使得污泥的沉降性能大大改善，所以出水懸浮物濃度很低。本試驗中小型USSB反應器采用有機玻璃制成，長×寬×高=100mmX×150mm×600mm，有效容積7.6L，整個反應器內(nèi)被5塊斜板分隔成6個反應區(qū)，每個反應區(qū)的高度略有不同。圖1是試驗裝置和系統(tǒng)示意圖。

1.2 試驗用水
　　試驗用水分為兩種：啟動期間用水，采用葡萄糖自配水樣，按m(COD)：m(N)：m(P)=200：5：1添加氮磷營養(yǎng)液；處理生活污水階段，水樣取自湖南湘潭大學東坡村家屬區(qū)，其具體水質情況如表1所示。

表1 生活污水各項指標

水質指標 ρ（COD）/（mg·L^-1） ρ（SS）/（mg·L^-1） PH值 ρ（COD）/（mg·L^-1） ρ（COD）/（mg·L^-1） 測定值 100-580 10.1-68.9 6.8-9.4 13.4-30.6 1.6-10.8

1.3 接種污泥
　 接種污泥取自某鋼鐵公司厭氧消化池及長沙第二污水處理廠污泥回流池，將兩種污泥混合后投入反應器，使器內(nèi)接種污泥的質量濃度(以SS計)約為36.5 kg／m³，SS中VSS的質量分數(shù)約為15％。

2 試驗結果及討論

2.1 USSB反應器啟動過程
　　考慮到反應器內(nèi)污泥中含有部分好氧污泥，其性能較差；而且生活污水的COD較低，故反應器的啟動過程，采用基本維持反應器內(nèi)廢水的停留時間(HRT)約為24h，逐步提高進水COD的方法進行。整個啟動過程共歷時約40d，啟動期間，進水ρ(COD)由450mg／L逐漸增加到1600mg／L，相應的容積負荷(以COD計)也由0.3 kg／(m³·d)增加2.2kg／(m³·d)，經(jīng)該反應器處理后，COD的去除率基本穩(wěn)定在80％左右，出水VFA濃度低于3mmol／L，碳酸氫鹽堿度與VFA的量比也大于2，日產(chǎn)氣量最高可達3.5 L。此外，反應器內(nèi)污泥的平均質量濃度(以SS計)也達到了約41.2 kg／m³，SS中VSS的質量分數(shù)約為31％，這些都表明系統(tǒng)內(nèi)污泥活性有了較大的提高，污泥床穩(wěn)定，基本達到了預期的啟動效果。
2.2 處理生活污水階段
　　反應器啟動完成后即用于處理生活污水。由于水力停留時間是對裝置處理率有重要影響的因素之一，若在較短水力停留時間下，反應器能獲得較高的處理率，則裝置的實用性就會更好。因此本試驗重點研究了水力停留時間由26.7h逐步縮短到1h時，對COD和SS去除率、出水pH值和VFA及碳酸氫鹽堿度的影響。試驗連續(xù)運行了22d左右，其中每個水力停留時間運行約2-3 d。
2.2.1 水力停留時間對COD去除率的影響
　　水力停留時間對COD去除率影響的結果如圖2所示。從圖2中可見，當停留時間由26.7h逐步縮短到14.1 h時，COD去除率曲線下降的趨勢比較平緩，基本在80％左右，這表明當水力停留時間大于14.1 h時，由于生活污水中有機物濃度較低，可利用的有機物量相對較少，因此，水力停留時間的延長對系統(tǒng)的處理率影響較小。當水力停留時間由14.1 h逐步縮短到4.6h時，COD去除率由78.3％下降到52.9％，降幅大于25％，這表明水力停留時間的長短對COD的去除率有一定的影響。水力停留時間越長，生活污水中底物的利用率越高，則系統(tǒng)的去除率就越好。這可能是由于厭氧菌中產(chǎn)甲烷菌的世代周期長，增殖速度慢，故水力停留時間越長，越有利于產(chǎn)甲烷菌的生長，使得水體中的有機物能更好地被分解利用。當水力停留時間由4.6h縮短到1 h時，COD去除率由50％左右降低到45％，降幅在5％以內(nèi)，這表明水力停留時間進一步縮短時，厭氧降解不完全，處理過程基本停留在水解階段，故COD去除變化不大。其中當進水p(COD)約為180me／L，水力停留時間為4.7h時，其去除率高于52％，出水p(COD)為80mg／L左右，有較好的處理效果，而且反應器水力停留時間越長，雖然其去除率有所提高，但勢必會造成反應器容積增大，建設費用過高。又考慮到厭氧處理后的出水，一般還需要適當?shù)暮罄m(xù)處理工藝進行脫氮除磷，故其合適的水力停留時間可取4.7h。

2.2.2 水力停留時間對SS去除率的影響
　　水力停留時間對SS去除率影響的結果如圖3所示。由圖3可見，當停留時間由26.7h逐步縮短到1 h左右，盡管進水SS值有較大的變化，但出水的SS質量濃度一直維持在較低的水平，SS的去除率接近或超過70％，最高可達95％，這反映了該反應器截留水中懸浮固體的能力較強。其中當進水ρ(SS)約為52 mg／L，水力停留時間為2.0 h時，其SS去除率可達到70％以上，出水ρ(SS)接近15mg／L，有較好的處理效果，因此其合適的水力停留時間可取2.0h。

2.2.3 水力停留時間對出水pH值、VFA和碳酸氫鹽堿度的影響
　　水力停留時間對出水pH值和VFA、碳酸氫鹽堿度的影響如圖4、圖5和圖6所示。由圖可見，當停留時間由26.7h逐步縮短到1 h左右時，出水的VFA濃度始終維持在3 mmol/L以下，碳酸氫鹽堿度與VFA的量比也在1.3—2.5之間。而且進水pH值在5.5-9.5之間變化時，出水的pH值都能始終維持在6.5—8.0之間。一般認為碳酸氫鹽堿度與VFA的量比大于2，VFA濃度小于3mmol／L，足擾氧反應6S系統(tǒng)運行的最佳狀態(tài)；而且反應器內(nèi)廢水的pH值在6.5-7.8之間時(出水pH值一般接近或等于該值)，對產(chǎn)甲烷菌的生長基本沒有抑制^[2]。這說明了該反應器在處理低濃度廢水時，由于所產(chǎn)的VFA不多，進水的堿度足以維持消化液的緩沖能力。其中當水力停留時間為1.9h時，出水pH值和VFA濃度分別為高于6.5和低于3mmol/L，且碳酸氫鹽堿度與VFA物質的量比也在1.8左右，反應器基本在最佳狀態(tài)下運行，故其合適的水力停留時間可取2.0h。

2.2.4 合適的水力停留時間
　　綜合考慮水力停留時間對COD，SS，pH值以及VFA和碳酸酸氫鹽堿度等多種因素的影響，以及初次建設費用和適當?shù)暮罄m(xù)處理工藝，該反應器在中溫條件下處理生活污水時，合適的水力停留時間可取4.7h。
2.2.5 反應器各段間微生物相的變化情況　
　　在處理生活污水的試驗完成后，我們對反應器從下到上四個分段間的微生物相進行了鏡檢。結果表明，反應器從下到上四個分段的微生物相變化不明顯，都是球菌和絲狀菌為優(yōu)勢菌種，耐酸性較強的桿菌較少。其中上面兩段中絲狀菌的數(shù)量要大于下面兩段，這對于截留水中的微生物，防止污泥隨出水大量流失等方面能起到非常積極的作用。而且反應器所有分段間的pH值都在6.5以上，這可能是由于生活污水的COD質量濃度較低，處理過程中所產(chǎn)的VFA不多，而且生活污水本身有足夠的堿度作緩沖劑，故不會造成系統(tǒng)的酸化。

3 結論

　　①在中溫條件下，利用該反應器處鋰生活污水是可行的；
　?、诋斔νＡ魰r間由26.7h縮短到14.1h時，對COD去除率影響較小，其值約為80鈾。當水力停留時間由14.1 h逐步縮短到4.6L時：對COD去除率影響較大，其值由78.4％減少到52.9％。當水力停留時間為4.6h-1 h時，對COD去除率影響較小，其值穩(wěn)定在50％左右；
　?、墼摲磻鞯墓腆w截流能力較強。當停留時間由26.7 h逐步縮短到1 h，其SS的去除率在70％左右，最高可達95％；
　?、芴幚磉^程中所產(chǎn)的VFA不多，而且生活污水本身有足夠的堿度作緩沖劑，因此無需投加緩沖劑即可維持適合反應器內(nèi)厭氧菌生長的pH值；
　?、菰摲磻魈幚砩钗鬯畷r，合適的水力停留時間可取為4.7h；
　?、薹磻鞲鞲糸g內(nèi)的微生物相變化不明顯，均以球菌和絲狀菌為優(yōu)勢菌種。

參考文獻：
[1]岳敏，文蝸，王春龍，等.新型厭氧反應Qe處理生活污水的研究進展[J].環(huán)境與.開發(fā)，2001，16(2)：25，29.
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[3]J B lier, Nico Groeneveld，Gatze Lettinga.Development of thermophilic methanogenic sludge in compartmentalized upf]ow reactors [J]. Biotechnology and bioengeering，1996，50(2)：115—124。

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作者筒介：鄧志毅（1972-），男，湖南常德人，講師，碩士，研究方向為水污染拄制，電話(0771)3270669。