曹 剛，徐向陽， 馮孝善
(浙江大學(xué) 環(huán)境工程系， 浙江杭州 310029)

　　摘　要： 堿度對UASB污泥顆粒化的影響表現(xiàn)在兩個方面：一是對顆粒化進(jìn)程的影響；二是對顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性(SMA)的影響。在一定的堿度范圍且其他條件一致的情況下，進(jìn)水堿度高的反應(yīng)器內(nèi)污泥顆粒化速度快，但顆粒污泥的SMA低；進(jìn)水堿度低的反應(yīng)器內(nèi)污泥顆粒化速度慢，但顆粒污泥的SMA高，因此可通過調(diào)整進(jìn)水堿度來影響污泥顆粒化進(jìn)程及污泥的SMA。
　　關(guān)鍵詞：UASB；污泥顆粒化；堿度；SMA
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)08-0013-04

Effect of Alkalinity on Sludge Granulation in UASB
CAO Gang, XU Xiang?yang, FENG Xiao?shan
(Dept of Environmental Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310029,China)

　　Abstract：Alkalinity has the effect on sludge granulation in two aspects,one is the effect on the course of granulation,and the other is on the specific methanogenic activity (SMA) of granular sludge.In a certain alkalinity range and other unanim ous condition,in a reactor with higher influent alkalinity,sludge granulation occurs at more rapid speed and SMA is lower;in a reactor with lower influent a lkalinity,sludge is granulated at slow speed and SMA is higher.Therefore,the course of sludge granulation and sludge SMA can be affected by adjusting the influent alkalinity.
　　Keywords:UASB; sludge granulation; alkalinity; SMA

　　在污水厭氧處理過程中的堿度系指反應(yīng)器中發(fā)酵液結(jié)合氫離子的能力，通常用CaCO₃濃度(mg/L)表示，發(fā)酵液的堿度主要是由碳酸鹽(CO₃^2-)、重碳酸鹽(HCO₃-)以及部分氫氧化物(OH-)所組成。?
　　以杭州市檸檬酸廠污水處理站的厭氧污泥為種泥，研究了厭氧條件下不同進(jìn)水堿度對UASB反應(yīng)器RⅠ、RⅡ內(nèi)污泥顆粒化的影響。由于堿度會影響pH值，故pH值過高(＞8.2)會對產(chǎn)甲烷細(xì)菌產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制(產(chǎn)甲烷菌適宜生長的pH值為6.5～7.8)；另一方面堿度不能始終保持在同一水平，因?yàn)殡S著反應(yīng)器負(fù)荷的提高，揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量也增多，導(dǎo)致反應(yīng)器的pH值降到6.5以下，這樣也不利于產(chǎn)甲烷細(xì)菌的生長，因此研究堿度對污泥顆粒化的影響時不可能使兩個反應(yīng)器各自的堿度一直不變，而是使反應(yīng)器RⅠ的進(jìn)水堿度始終高于RⅡ，同時也兼顧了反應(yīng)器內(nèi)pH值的變化。?

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料
　　① 接種污泥
　　接種污泥的pH值為7.25，產(chǎn)甲烷活性(SMA)為145mLCH₄/(gVSS·d)，VSS為27g/L，VSS/TSS為0.45。
　　② 模擬廢水的配制
　　母液配制：葡萄糖為95g/L，牛肉浸膏為2g/L，NH₄Cl為25g/L，KH₂PO₄為1.2g/L，K₂HPO₄為0.5g/L，MgSO₄·7H₂O為4g/L，F(xiàn)eSO₄·7H₂O為1g/L，CaCl₂(無水)為1.5g/L；微量元素營養(yǎng)液：ZnCl₂為500mg/L，HBO₃為500mg/L，(NH₄)Mo7O₂₄·4H₂O為500 mg/L，CoCl₂·6H₂O為500mg/L，AlCl₃為500mg/L，NiCl₂為500mg/L，CuCl₂為300mg/L，MnSO₄·H₂O為5000mg/L。
　　根據(jù)進(jìn)水COD濃度取一定量的母液進(jìn)行稀釋，同時加入微量元素營養(yǎng)液(1mL/gCOD)。
　　③ 堿度調(diào)節(jié)劑
　　用NaHCO₃調(diào)節(jié)。
1.2 試驗(yàn)裝置
　　試驗(yàn)裝置見圖1。反應(yīng)器實(shí)際體積為1.4L，有效體積為1.2L，內(nèi)徑為55mm，高為60cm。

1.3 分析方法
　　pH值：采用pH儀測定；堿度：溴甲酚綠—甲基紅指示劑滴定法，見參考文獻(xiàn)^［1、2］；COD：重鉻酸鉀法，見參考文獻(xiàn)［2］；?SMA：見參考文獻(xiàn)^［3］；污泥顆粒粒徑分布：見參考文獻(xiàn)^［4］。?

2　結(jié)果與討論

2.1 顆粒化過程控制
　　UASB啟動時進(jìn)水COD濃度為1g/L，HRT為24 h，在產(chǎn)氣量較穩(wěn)定且COD去除率＞80%時增加反應(yīng)器負(fù)荷。各階段負(fù)荷增加與?HRT變化見圖2，各階段末COD去除率見圖3。?
　　在容積負(fù)荷為3.6g/(L·d)與4.8 g/(L·d)階段、COD去除率≤80%時又進(jìn)一步提高了負(fù)荷，這主要考慮到污泥負(fù)荷為0.3～0.51kgCOD/(kgVSS·d)利于絮狀污泥生長而不利于顆粒污泥生長，因此在這兩個負(fù)荷階段的反應(yīng)器運(yùn)行時間比較短(4d)。試驗(yàn)結(jié)果表明，雖然這兩個負(fù)荷階段的COD去除率＜80%，但在接下來的負(fù)荷階段可以使運(yùn)行時間稍長，COD去除率依然很快能達(dá)80%以上。?

2.2 進(jìn)水堿度對出水堿度、pH值的影響
　　顆粒化過程中反應(yīng)器RⅠ、RⅡ進(jìn)水堿度的變化見圖4，出水堿度變化見圖5。

2.3 SMA的變化
　　SMA的變化見圖7。

　　在顆粒化過程中SMA逐漸增大，說明隨著顆粒化程度的提高，反應(yīng)器內(nèi)污泥的產(chǎn)甲烷活性也隨之提高。從圖7可以看出，RⅠ中污泥的SMA始終低于RⅡ中污泥的SMA，因此在一定堿度范圍內(nèi)，進(jìn)水堿度高的反應(yīng)器中SMA反而低，而進(jìn)水堿度低的反應(yīng)器中SMA卻高。造成這一結(jié)果的原因是進(jìn)水堿度高時發(fā)酵液的pH值相應(yīng)高一些，而產(chǎn)甲烷菌在pH＜6.5或pH＞8.2的環(huán)境中會受到嚴(yán)重抑制，這樣相對低的堿度有利于產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖，所以其產(chǎn)甲烷活性相對高一些。從圖7還可以看出，在顆粒化初期RⅡ中污泥的SMA比RⅠ的增加得快，而在顆粒化后期RⅡ中污泥的SMA卻比RⅠ的增加得慢。隨著RⅠ、RⅡ 中SMA的增加，二者的SMA逐漸接近。?
2.4 污泥的粒徑分布
　　污泥顆粒粒徑的變化見圖8、9。
　　在反應(yīng)器運(yùn)行到第25天時兩個反應(yīng)器內(nèi)均能見到粒徑為0.5～1.5mm的顆粒污泥，但反應(yīng)器RⅠ中此粒徑范圍的顆粒比RⅡ中的多RⅠ中含有7%，RⅡ僅有3%)；第40天時在反應(yīng)器RⅠ內(nèi)能見到粒徑為1.5～3mm的顆粒(含量約為3%)，而在反應(yīng)器RⅡ中此類顆粒含量為零(實(shí)際上只能見到個別的此粒徑范圍的顆粒)；在反應(yīng)器運(yùn)行到第55天時RⅠ中粒徑＞0.5mm的顆粒含量為74%，按照一般觀點(diǎn)(即當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)粒徑＞0.5mm的顆粒污泥含量超過70%～80%時即實(shí)現(xiàn)了顆粒化)可認(rèn)為此時反應(yīng)器RⅠ已完成了污泥顆粒化，而反應(yīng)器RⅡ中粒徑＞0.5mm的顆粒污泥含量為62%，即RⅡ未實(shí)現(xiàn)顆粒化，這說明反應(yīng)器RⅠ的顆粒化速度大于RⅡ，因此適當(dāng)偏高的堿度可以加速污泥的顆粒化；在第70天時反應(yīng)器RⅠ中粒徑＜0.5mm的顆粒污泥含量為17%，RⅡ中為24%也即RⅡ中粒徑＞0.5mm的顆粒污泥含量為76%，此時RⅡ?qū)崿F(xiàn)了污泥顆粒化，另外此時反應(yīng)器RⅠ中粒徑＞1.5mm的顆粒含量為26%，而RⅡ則為18%，即堿度高的反應(yīng)器RⅠ內(nèi)粒徑大的顆粒污泥含量多。

3 結(jié)論

　　堿度對污泥顆粒化的影響表現(xiàn)在兩方面：一是對顆粒化進(jìn)程的影響，二是對顆粒污泥活性的影響。后者主要表現(xiàn)在通過調(diào)節(jié)pH值(即通過堿度的緩沖作用使pH值變化較小)使得產(chǎn)甲烷菌呈不同的生長活性，前者主要表現(xiàn)在對污泥顆粒分布及顆粒化速度的影響。
　　在一定的堿度范圍內(nèi)，進(jìn)水堿度高的反應(yīng)器污泥顆粒化速度快，但顆粒污泥的SMA低；進(jìn)水堿度低的反應(yīng)器其污泥顆粒化速度慢，但顆粒污泥的SMA高。因此，在污泥顆粒化過程中進(jìn)水堿度可以適當(dāng)偏高(但不能使反應(yīng)器的pH＞8.2，這主要是因?yàn)榇藭r產(chǎn)甲烷菌會受到嚴(yán)重抑制)以加速污泥的顆粒化，使反應(yīng)器快速啟動；而在顆粒化過程基本結(jié)束時，進(jìn)水堿度應(yīng)適當(dāng)偏低以提高顆粒污泥的SMA。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］吳唯民，胡紀(jì)萃，顧夏聲.厭氧污泥最大比產(chǎn)甲烷速率的間歇實(shí)驗(yàn)測定法［J ］.中國給水排水，1985，1(4)：30-45.?
　　［2］中國科學(xué)院成都生物所.沼氣發(fā)酵常規(guī)分析［M］.北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，1984.
　　［3］賀延齡.廢水的厭氧生物處理［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998.
　　［4］Pereboom J H F.Size distribution model for methanogenic granules from full scale UASB and IC reactor［J］.Wat Sci Tech,1994,30(12):211-221.

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　　作者簡介：曹剛(1972-)，男，河南信陽人，浙江大學(xué)博士，主要從事微生物降解方面的研究。
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　　收稿日期：2002-01-29