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通过自固定化技术形成的高效优质的厌氧颗粒污泥(简称颗粒污泥)是上流式厌氧污泥床(UASB)反应器实现高效稳定运行的关键,在UASB反应器中需要颗粒污泥具有良好的沉降性能以解决颗粒污泥的流失问题。研究颗粒污泥的沉降性能及其影响因素可为UASB工艺处理城市污水的工艺设计与正常运行、控制、优化提供理论依据。本文阐述了UASB工艺处理城市污水的工作原理、UASB反应器中颗粒污泥的特性、UASB反应器中污泥颗粒化的形成机理和影响因素等。探讨了阻力系数(ξ)、球形度(φs)、颗粒密度(ρs)与粒径大小(d)对UASB工艺中颗粒污泥沉降速度的影响。研究了UASB反应器中温度、投加活性碳、投加Ca<2+>、运行负荷、进水浓度、进水碱度、投加絮凝剂、水力负荷等因素对颗粒污泥沉降性能和城市污水处理效率的影响。
研究结果表明: (1)UASB反应器中可培养出沉降陛能良好的颗粒污泥。UASB反应器启动过程的实质就是污泥颗粒化的实现,厌氧工艺一旦启动完成,停止运行后再次启动可以迅速完成。(2)UASB反应器中颗粒污泥沉降速度反比于颗粒污泥与流体的相对运动阻力系数ξ;对于球形颗粒(即φs=1),越是球形度好的颗粒,其最终沉降速度越大;颗粒密度的增加和颗粒直径的增大有助于最终沉降速度的增大,沉降性能越来越好。适当增加UASB反应器内颗粒污泥中无机物如Ca<2+>等的含量,提高颗粒污泥的密度,可改善颗粒污泥的沉降性能。将颗粒污泥直径控制在一个合理的范围内,兼顾颗粒污泥的沉降性能与反应器的性能,以提高城市污水处理效率。 (3)相同直径的颗粒污泥在较高温度下的沉降性能优于较低温度下的沉降性能。在UASB反应器中35±1℃的中温条件有利于厌氧菌的较快生长,使反应器中颗粒污泥具有较好的沉降性能,保证UASB反应器具有较高的处理效率,同时避免高温条件下产生毒性物质。(4)城市污水处理中,向UASB反应器中投加载体活性炭在一定程度上加快颗粒化的进程、缩短颗粒化的时间,有助于提高颗粒污泥沉降性能,使反应器的运行稳定、出水水质良好。(5) 经一段时间的驯化,投加Ca<2+>的UASB反应器中颗粒污泥的沉降性能得到了很好的改善。向UASB反应器中投加80~150mg/L Ca<2+>,可显著改善颗粒污泥沉降性能,提高城市污水处理效率。(6) 采用逐步提高污泥负荷运行方式的反应器中污泥的沉降性能从驯化开始到结束发生了巨大的变化,培养出了球形或椭球形不很规则的沉降性能良好的颗粒污泥。当COD去除率大于80%、出水pH为7.0~7.5、稳定运行4d~6d后,提高负荷,有利于反应器中微生物的增殖,反应器中保持充分的微生物与废水中的有机物反应,可促进颗粒污泥的培养,提高颗粒污泥沉降性能,加快反应器的启动,提高城市污水的处理速度和效率。 (7)进水浓度高的反应器中培养出的颗粒污泥直径比进水浓度低的反应器中培养出的颗粒污泥直径大,进水浓度高的反应器中颗粒污泥沉降性能优于进水浓度低的反应器中颗粒污泥沉降性能。城市污水处理中,采用原水或高浓度水直接培养颗粒污泥,有利于颗粒污泥的沉降性能的提高,可较快启动UASB反应器,达到处理城市污水的目的。(8)UASB工艺处理城市污水污泥颗粒化过程中,进水碱度可以适当偏高,可控制在1500~2000mg/L之间,启动初期进水pH控制在7.5~8.0范围内以加速污泥的颗粒化,使反应器快速启动;而在颗粒化过程基本结束时,进水碱度应适当偏低以提高颗粒污泥的SMA。(9)投加微生物絮凝剂在一定程度上加快颗粒化的进程、缩短颗粒化的时间,促进低浓度污水UASB反应器厌氧污泥颗粒化,在颗粒污泥形成速度、颗粒污泥平均直径、沉降性能等方面均表现出明显的促进作用。向UASB反应器中投加微生物絮凝剂等可代替和增强ECP的作用,促进污泥的颗粒化,提高污泥沉降性能,改善城市污水处理效果。(10)流经床层的水力传动和丝状菌以及ECP物质在颗粒形成过程中起重要作用。城市污水处理中,UASB反应器启动时,水力负荷不要太大,颗粒污泥出现后,可逐渐加大水力负荷,减少水力停留时间,以促进颗粒污泥的快速形成,缩短启动时间。提高水力负荷不能过快,否则大量絮状污泥过早淘汰会导致污泥负荷过高,影响反应器的稳定运行。