摘要：为探讨上向流污泥床(UASB)反应器不同高度处的污泥特性,研究了生产性UASB反应器(总高7.2 m)处理造纸废水时不同高度的污泥外观形态、稳定性及其产甲烷活性.结果显示,VS、TS、VSS、TSS浓度随着在反应器中取样高度的增加逐渐降低,并在距离反应器底部2.20 m高度处出现分层.反应器1.20 m和3.45 m高度处的溶解性COD值较大(900 mg·L-1以上).反应器1.20 m处污泥的稳定性较好(VS/TS较低),固体浓度较高(TS 136 g·L-1,VS 75 g·L-1),产甲烷活性较高(0.16 g·g-1·d-1,以每g VSS中的COD计),颗粒较大(平均当量直径为308 μm).UASB反应器处理造纸废水不同高度的污泥颗粒外观形态虽有差异,但污泥的生物活性近似。

关键词：污泥特性  产甲烷活性  生产性UASB反应器  造纸废水

1　引言(Introduction)

上向流污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Bed,UASB)反应器是开发最早、应用最普遍的高效厌氧反应器之一(van Lier, 2008). 迄今,全球安装的UASB 反应器已经超过3000 座,主要用于处理食品加工行业产生的废水,诸如饮料、土豆、淀粉和糖类加工行业废水( Tchobanoglous et al. , 2003; vanLier, 2008); 其次是处理造纸行业产生的废水(Habets et al. ,1985) 和生活污水,大约有10% ～15%的厌氧反应器用于处理纸浆和造纸废水(vanLier, 2008)。

UASB 反应器处理生活污水主要应用在一些热带国家或地区,这些地方的生活污水温度在24 ～27℃之间(van Haandel et al. ,1994). 水解是厌氧消化的限速步骤,在低温(5 ～ 20 ℃)条件下水解速率大大降低,这就限制了UASB 反应器在处理低温生活污水方面的应用。针对低温污水的厌氧处理,反应器与厌氧消化池集成的处理系统. 该系统将UASB 反应器中的少部分污泥回流到厌氧消化池,经过厌氧消化后,将消化污泥返回到UASB 反应器中,提高UASB 反应器中污泥的活性,从而提高UASB 反应器低温污水的效率. Mahmoud 等(2004)研究了这种中试集成系统处理低温污水的效率,结果表明,总COD 与悬浮COD 去除率分别达到了66%和87%,并且产甲烷效率从单一UASB 反应器的20%提高到了集成系统UASB 反应器的47%. 这种集成系统的应用需要解决的关键问题包括UASB反应器污泥回流的位置及集成系统处理低温污水的效能,另外,消化池的污泥停留时间也是研究的关键问题之一. 而目前关于这种集成系统的生产性试验未见报道.

关于UASB 反应器不同高度的污泥特性研究已经在不同规模的反应器中有报道. Mahmoud 等(2004)研究发现,UASB 反应器(处理生活污水的中试规模)中总固体和挥发固体的浓度从底部到顶部逐渐降低,在40% 高度处出现分层,而污泥的稳定性(VS/ TS)从底部到顶部一致. An 等(2009)的研究显示,总悬浮固体和挥发性悬浮固体浓度随UASB反应器(处理生活污水中试规模)高度的增加逐渐降低,而反应器顶部挥发性悬浮固体与悬浮固体的比值(有机质含量)降低是因为后续膜系统的应用使无机物在反应器顶部沉淀下来. Uemura 和Harada(2000)的研究表明,UASB 反应器处理生活污水过程中,溶解性COD 随着反应器高度的增加逐渐降低,主要是进水中的悬浮物在反应器底部被污泥层截留并逐渐水解导致溶解性COD 增加. 另外,Mahadevaswamy 等(2004)研究发现,处理造纸废水的UASB 反应器中,pH 沿着反应器的高度逐渐增加. 以上研究说明UASB 反应器存在污泥分层现象,目前国内外关于UASB 反应器处理造纸废水不同高度处的污泥特性报道较少. 因此,本文从污泥的形态、稳定性及其产甲烷活性来研究生产性UASB 反应器处理造纸废水不同高度的污泥特性. 以期为集成系统中UASB 反应器污泥回流位置的选取提供参考.

2　材料与方法(Materials and methods)

2. 1　污泥样品

实验在荷兰代尔夫特理工大学水处理技术实验室完成,测试污泥来源于德国某造纸厂. 该厂采用UASB 和EGSB 反应器两条独立的废水处理工艺处理造纸废水,工艺流程如图1所示。。

废水处理达标后排放至当地的生活污水处理厂进行最终处理.UASB 反应器高7. 2 m,运行温度35 ～37 ℃,水力停留时间6 h（重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室）

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