鄧志毅¹，馬少健¹，肖利平²
(1.廣西大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.湘潭大學(xué) 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(yīng)器在中溫(35±2℃)下厭氧處理生活污水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。反應(yīng)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(diǎn)探討了不同停留時(shí)間(HRT)對COD和SS去除率等的影響，并考察了反應(yīng)器各段間微生物相的變化情況。結(jié)果表明，當(dāng)水力停留時(shí)間為4.7h時(shí)，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(yùn)行效果?！?
　　關(guān)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(xiàn)標(biāo)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(shù)在處理高、中濃度有機(jī)廢水中的應(yīng)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(guān)心的新領(lǐng)域[1]。本文就是利用新型反應(yīng)68——上流式分段污泥床反應(yīng)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(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置與系統(tǒng)
　　USSB反應(yīng)器是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，與UASB反應(yīng)器相比，它是在反應(yīng)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(gè)反應(yīng)器被分割成多個(gè)反應(yīng)區(qū)間，相當(dāng)于多個(gè)USAB反應(yīng)器串聯(lián)而成^[2-3]。每個(gè)反應(yīng)區(qū)間的產(chǎn)氣分別經(jīng)水封后逸出，不同的反應(yīng)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(qiáng)污泥沉降效果，尤其是在最上層反應(yīng)區(qū)間，由于表面排氣負(fù)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(yàn)中小型USSB反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制成，長×寬×高=100mmX×150mm×600mm，有效容積7.6L，整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)被5塊斜板分隔成6個(gè)反應(yīng)區(qū)，每個(gè)反應(yīng)區(qū)的高度略有不同。圖1是試驗(yàn)裝置和系統(tǒng)示意圖。

1.2 試驗(yàn)用水
　　試驗(yàn)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(xué)東坡村家屬區(qū)，其具體水質(zhì)情況如表1所示。

表1 生活污水各項(xiàng)指標(biāo)

水質(zhì)指標(biāo) 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(yīng)器，使器內(nèi)接種污泥的質(zhì)量濃度(以SS計(jì))約為36.5 kg／m³，SS中VSS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為15％。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 USSB反應(yīng)器啟動過程
　　考慮到反應(yīng)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(yīng)器的啟動過程，采用基本維持反應(yīng)器內(nèi)廢水的停留時(shí)間(HRT)約為24h，逐步提高進(jìn)水COD的方法進(jìn)行。整個(gè)啟動過程共歷時(shí)約40d，啟動期間，進(jìn)水ρ(COD)由450mg／L逐漸增加到1600mg／L，相應(yīng)的容積負(fù)荷(以COD計(jì))也由0.3 kg／(m³·d)增加2.2kg／(m³·d)，經(jīng)該反應(yīng)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(dá)3.5 L。此外，反應(yīng)器內(nèi)污泥的平均質(zhì)量濃度(以SS計(jì))也達(dá)到了約41.2 kg／m³，SS中VSS的質(zhì)量分?jǐn)?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(dá)到了預(yù)期的啟動效果。
2.2 處理生活污水階段
　　反應(yīng)器啟動完成后即用于處理生活污水。由于水力停留時(shí)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(shí)間下，反應(yīng)器能獲得較高的處理率，則裝置的實(shí)用性就會更好。因此本試驗(yàn)重點(diǎn)研究了水力停留時(shí)間由26.7h逐步縮短到1h時(shí)，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(yàn)連續(xù)運(yùn)行了22d左右，其中每個(gè)水力停留時(shí)間運(yùn)行約2-3 d。
2.2.1 水力停留時(shí)間對COD去除率的影響
　　水力停留時(shí)間對COD去除率影響的結(jié)果如圖2所示。從圖2中可見，當(dāng)停留時(shí)間由26.7h逐步縮短到14.1 h時(shí)，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(dāng)水力停留時(shí)間大于14.1 h時(shí)，由于生活污水中有機(jī)物濃度較低，可利用的有機(jī)物量相對較少，因此，水力停留時(shí)間的延長對系統(tǒng)的處理率影響較小。當(dāng)水力停留時(shí)間由14.1 h逐步縮短到4.6h時(shí)，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(shí)間的長短對COD的去除率有一定的影響。水力停留時(shí)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(shí)間越長，越有利于產(chǎn)甲烷菌的生長，使得水體中的有機(jī)物能更好地被分解利用。當(dāng)水力停留時(shí)間由4.6h縮短到1 h時(shí)，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(shí)間進(jìn)一步縮短時(shí)，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(dāng)進(jìn)水p(COD)約為180me／L，水力停留時(shí)間為4.7h時(shí)，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(yīng)器水力停留時(shí)間越長，雖然其去除率有所提高，但勢必會造成反應(yīng)器容積增大，建設(shè)費(fèi)用過高。又考慮到厭氧處理后的出水，一般還需要適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處理工藝進(jìn)行脫氮除磷，故其合適的水力停留時(shí)間可取4.7h。

2.2.2 水力停留時(shí)間對SS去除率的影響
　　水力停留時(shí)間對SS去除率影響的結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，當(dāng)停留時(shí)間由26.7h逐步縮短到1 h左右，盡管進(jìn)水SS值有較大的變化，但出水的SS質(zhì)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(dá)95％，這反映了該反應(yīng)器截留水中懸浮固體的能力較強(qiáng)。其中當(dāng)進(jìn)水ρ(SS)約為52 mg／L，水力停留時(shí)間為2.0 h時(shí)，其SS去除率可達(dá)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(shí)間可取2.0h。

2.2.3 水力停留時(shí)間對出水pH值、VFA和碳酸氫鹽堿度的影響
　　水力停留時(shí)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(dāng)停留時(shí)間由26.7h逐步縮短到1 h左右時(shí)，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(jìn)水pH值在5.5-9.5之間變化時(shí)，出水的pH值都能始終維持在6.5—8.0之間。一般認(rèn)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(yīng)6S系統(tǒng)運(yùn)行的最佳狀態(tài)；而且反應(yīng)器內(nèi)廢水的pH值在6.5-7.8之間時(shí)(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(yīng)器在處理低濃度廢水時(shí)，由于所產(chǎn)的VFA不多，進(jìn)水的堿度足以維持消化液的緩沖能力。其中當(dāng)水力停留時(shí)間為1.9h時(shí)，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(zhì)的量比也在1.8左右，反應(yīng)器基本在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，故其合適的水力停留時(shí)間可取2.0h。

2.2.4 合適的水力停留時(shí)間
　　綜合考慮水力停留時(shí)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(shè)費(fèi)用和適當(dāng)?shù)暮罄m(xù)處理工藝，該反應(yīng)器在中溫條件下處理生活污水時(shí)，合適的水力停留時(shí)間可取4.7h。
2.2.5 反應(yīng)器各段間微生物相的變化情況　
　　在處理生活污水的試驗(yàn)完成后，我們對反應(yīng)器從下到上四個(gè)分段間的微生物相進(jìn)行了鏡檢。結(jié)果表明，反應(yīng)器從下到上四個(gè)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(qiáng)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(yīng)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(zhì)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(jié)論

　?、僭谥袦貤l件下，利用該反應(yīng)器處鋰生活污水是可行的；
　?、诋?dāng)水力停留時(shí)間由26.7h縮短到14.1h時(shí)，對COD去除率影響較小，其值約為80鈾。當(dāng)水力停留時(shí)間由14.1 h逐步縮短到4.6L時(shí)：對COD去除率影響較大，其值由78.4％減少到52.9％。當(dāng)水力停留時(shí)間為4.6h-1 h時(shí)，對COD去除率影響較小，其值穩(wěn)定在50％左右；
　?、墼摲磻?yīng)器的固體截流能力較強(qiáng)。當(dāng)停留時(shí)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(dá)95％；
　　④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，因此無需投加緩沖劑即可維持適合反應(yīng)器內(nèi)厭氧菌生長的pH值；
　?、菰摲磻?yīng)器處理生活污水時(shí)，合適的水力停留時(shí)間可取為4.7h；
　　⑥反應(yīng)器各隔間內(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(xiàn)：
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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?yàn)樗廴局糁疲娫?0771)3270669。