郭靜，邱波，李清雪
(天津大學(xué) 環(huán)境工程系，天津300072) 摘 要：探討了厭氧浮動生物膜反應(yīng)器處理高濃度有機廢水的性能，結(jié)果表明：在20～28 ℃溫度條件下，容積負荷為5.38～20.62kgCOD/(m3·d)，HRT=23.4h 時，COD去除率均在90%以上。?
關(guān)鍵詞：生物膜反應(yīng)器；厭氧懸浮填料；顆粒污泥；高濃度有機廢 水?
中圖分類號：X703
文獻標識碼：C
文章編號：1000-4602(1999)10-0053-03 由上流式厭氧污泥床(UASB)與厭氧過濾器(AF)兩種工藝結(jié)合的反應(yīng)器近年來應(yīng)用較多，其積累微生物能力強，啟動速度快，運行中填料上附著的生物膜對降解有機物起著相當?shù)淖饔?，同時可避免濾池堵塞，是一種高效、穩(wěn)定、易于管理的厭氧處理系統(tǒng)。一般將保留了UASB三相分離器的污泥床加填料的裝置稱為污泥床過濾器，將不帶三相分離器的污泥床—濾層反應(yīng)器稱為厭氧復(fù)合床反應(yīng)器［1］。
本文研究了集AF和UASB為一體的新型裝置——厭氧浮動床生物膜反應(yīng)器(AFBBR)。因其內(nèi)裝有50%體積的懸浮填料，在處理高濃度有機廢水的運行中，填料浮在上部，形成了一種底部是污泥床，上部是厭氧濾池的體系。在處理高濃度有機廢水試驗中顯示出處理能力大、效率高的特性。 1 試驗材料與方法 1.1 懸浮生物膜填料
FBM用天津市科林思有限公司的聚丙烯材料制成，其密度為0.92kg/m3，可在水中漂浮或隨水體流動。該填料形似拉西環(huán)，但環(huán)內(nèi)有十字形支撐，外側(cè)沿徑向有許多長約0.5mm的芒刺，環(huán)的直徑為11mm，高度10mm，比表面積約為527m2/m3。?
1.2 試驗裝置及工藝流程
厭氧浮動床生物膜反應(yīng)器用有機玻璃柱制成，直徑14.7cm，總高度100cm，有效高度79.5cm，總?cè)莘e17.01L，有效容積13.48L。AFBBR內(nèi)填料的填充率為50%，即FBM占據(jù)了一半的有效容積。?
AFBBR處理高濃度有機廢水試驗的工藝流程如圖1所示。泵入高位槽的廢水經(jīng)過計量閥由底部進AFBBR，處理后的水由上部排出，在生物降解過程中產(chǎn)生的氣體從反應(yīng)器頂部排出，懸浮在上部的填料由于上向水流和氣體的作用而不停地上下浮動或輕微滾動。? 
2 試驗方法 2.1 掛膜與啟動
厭氧生物膜反應(yīng)器存在的一個突出問題是掛膜困難，啟動時間長。在本試驗中，首先將填料進行好氧預(yù)掛膜，利用好氧微生物繁殖快并生成多糖物質(zhì)的性能，在較短時間內(nèi)填料表面形成一層生物膜即膜基，改善了填料的表面性能，有利于厭氧微生物的附著、生長、縮短了反應(yīng)器的啟動時間［2］。
好氧污泥取自邯鄲市東郊污水廠氧化溝。污泥與填料靜態(tài)接觸24h后，將污 泥全部排掉， 投加生活污水連續(xù)運行5～6d后，填料內(nèi)外表面形成一層均勻生物膜。經(jīng)好氧預(yù)掛膜后的填料與5 L厭氧污泥靜態(tài)接觸24h，然后將污泥排掉，連續(xù)投加葡萄糖廢水。反應(yīng)器啟動開始采用的有機負荷為2kgCOD/(m3·d)，水力負荷為1m3/（m3·d）。2～3d后，好氧膜脫落，填料表面變黑，1周后發(fā)現(xiàn)填料內(nèi)表面形成一薄層生物膜。將水力負荷控制在0.5m 3/(m3·d)，有機負荷為1kgCOD/(m3·d)，經(jīng)過2周培養(yǎng)，膜生長均勻良好，COD去除率可達到70%以上。此后，水力負荷增到1m3/（m3·d）,進水濃度從2000mg/L逐漸升至6000mg/L，經(jīng)過50d的運行COD去除率可達到90%以上，反應(yīng)器底部出現(xiàn)大量0.5mm左右顆粒污泥，AFBBR運行穩(wěn)定。
2.2 穩(wěn)定運行試驗
在此階段考察了進水水質(zhì)、HRT、水力沖擊負荷對運行狀況的影響，此階段的運行結(jié)果見表1。試驗廢水為用葡萄糖合成的污水。 表１ AFBBR試驗運行數(shù)據(jù)| 進水 | HRT（h） | 容積負荷[kgCOD/(m3.d)] | 去除負荷[kgCOD/(m3.d)] | 出水 | COD去除率（%） | | Q（L/d） | COD（mg/L） | COD（mg/L） | pH | | 13.60 | 5327.7 | 23.79 | 5.38 | 4.86 | 512.39 | 7.05 | 90.40 | | 14.03 | 6372.0 | 23.06 | 6.63 | 6.41 | 212.06 | 6.79 | 96.67 | | 13.07 | 6893.0 | 23.61 | 7.01 | 6.88 | 129.64 | 6.72 | 98.12 | | 13.60 | 9787.3 | 23.79 | 9.87 | 9.73 | 141.93 | 6.66 | 98.54 | | 13.87 | 11694.3 | 23.33 | 12.03 | 11.33 | 673.96 | 6.57 | 94.24 | | 14.00 | 14510.3 | 23.11 | 15.07 | 13.79 | 1229.46 | 6.34 | 91.53 | | 13.80 | 20140.0 | 23.44 | 20.62 | 18.64 | 1852.61 | 6.42 | 90.42 | | 4.25 | 14522.0 | 76.12 | 4.58 | | 183.80 | 6.61 | 98.74 | | 7.05 | 14522.0 | 45.89 | 7.59 | | 111.63 | 6.42 | 99.25 | | 10.00 | 14522.0 | 32.35 | 10.77 | | 358.69 | 6.48 | 97.53 | | 18.10 | 14522.0 | 17.87 | 19.50 | | 1936.92 | 6.32 | 86.67 | 在改變進水水質(zhì)期間，控制HRT基本不變，將進水濃度逐步升高。在HRT變化階段，保持進水濃度不變，數(shù)次改變水力停留時間。最后突然降低HRT，考察反應(yīng)器在水力沖擊負荷下工況的變化。
整個試驗在室溫下進行，溫度變化范圍20～28℃。 3 試驗結(jié)果與分析 3.1 容積負荷與COD去除率
負荷直接反映了食物與微生物之間的平衡關(guān)系，容積負荷的變化可以通過改變進水濃度或水力停留時間來實現(xiàn)。在試驗中，首先保持停留時間基本不變(平均為23.5h)，進水COD濃 度從5327.7mg/L逐漸升高到20140.0mg/L，相應(yīng)的容積負荷從5.38kgCOD/(m3·d)增到20.62kgCOD/(m3·d)，COD去除率隨進水濃度增加而緩慢下降，最高達98.5%。之后，將進水濃度控制在14522mg/L，水力 停留時間分別為76.1245.89、32.35、23.11、17.87 h，相應(yīng)的容積負荷從4.58 kgCOD/(m3·d)增到19.50kgCOD/(m3·d)。COD去除率隨水力停留時間的變化存在一個分界點 ，低于此值，COD去除率隨水力停留時間減小而迅速下降；高于此值COD去除率基本穩(wěn)定。由表1可以看到，在試驗條件下，當容積負荷增高時，AFBBR的去除［kgCOD去除/(m3·d)］增高，顯示了強大的處理能力。
3.2 水力沖擊負荷的影響
AFBBR表現(xiàn)出較高的抗沖擊負荷特性。在進水濃度為20140mg/L時，水力停留時間突然從23.44h降至3h，沖擊時間持續(xù)6h，容積負荷增加8倍，達到161.1kgCOD/(m3·d)。反應(yīng)器在遭到?jīng)_擊后運行參數(shù)的變化見表1，COD去除率變化見圖2。在沖擊負荷過后3h，COD去除率降到最低33.65%，24h后COD去除率恢復(fù)到72%，40h后恢復(fù)到80%以上，表明該反 應(yīng)器具有很大的緩沖能力，抗沖擊負荷能力強。這與該反應(yīng)器的特點有關(guān)，該反應(yīng)器上部懸 浮填料起到過濾器的作用，在負荷沖擊時可以防止大量污泥流失，有利于反應(yīng)器性能的迅速恢復(fù)。另一方面填料表面生物膜量僅占總生物量的15%，電子顯微鏡下觀察，其主要是甲烷細菌，因而在沖擊負荷下產(chǎn)酸菌雖流失多，但繁殖迅速，有利于反應(yīng)器迅速恢復(fù)正常。另外在反應(yīng)器遭到?jīng)_擊負荷后，采取適當?shù)臄嚢韬臀勰嗷亓鞔胧┛杀苊夥磻?yīng)器內(nèi)揮發(fā)酸過度積累并穩(wěn)定反應(yīng)器內(nèi)生物量，有利于反應(yīng)器性能的迅速恢復(fù)。 
3.3 生物相分析
反應(yīng)器中微生物由兩部分組成：①附著生長在填料上的生物膜；②懸浮污泥在反應(yīng)器底部形成的顆粒污泥床。試驗過程中發(fā)現(xiàn)，生物膜主要生長在填料的內(nèi)表面，外表面上幾乎沒有生物膜。這可能與填料外層水流紊動大于填料內(nèi)部，外表面上生物膜受到更大的剪切應(yīng)力有關(guān)。鏡檢發(fā)現(xiàn)生物膜內(nèi)菌種以甲烷八疊球菌屬和桿菌為主，其中甲烷八疊球菌屬占視野的50%～60%，沒有發(fā)現(xiàn)絲狀菌，并存在以甲烷八疊球菌屬和桿菌分別占優(yōu)勢的區(qū)域。同位素示蹤已證實消化器中70%以上的甲烷來自乙酸，乙酸型產(chǎn)甲烷細菌主要為產(chǎn)甲烷索氏絲狀菌和八疊球菌，而當乙酸濃度高時，甲烷八疊球菌更具有競爭力，這與該反應(yīng)器出水揮發(fā)酸濃度較高相一致。反應(yīng)器的底部存在顆粒污泥床，污泥床高度為30cm，顆粒粒徑0.5～0.7mm，沉降性能良好SV為15%。顆粒污泥中生物相當豐富，以桿菌、球菌、絲狀菌、螺菌為主，顆粒污泥與生物膜中的生物存在明顯差異。
在穩(wěn)定運行時，測定反應(yīng)器微生物總濃度(MLSS)為36.68g/L，其中生長的微生物量占85%，這可能是由于上升水流和產(chǎn)生氣體的作用對外表面生物膜生長有影響。 4 結(jié)論 ①好氧預(yù)掛膜顯著改變了載體表面性能，有利于厭氧菌的附著、生長，縮短反應(yīng)器的掛膜時間。?
?、趨捬醺哟采锬し磻?yīng)器處理高濃度有機廢水，在常溫下取得了良好效果。在容積負荷為5.38～20.62 kgCOD/(m?3·d)，水力停留時間為0.98d時，COD去除率最高達到98.54%，平均為90.4%。?
?、蹍捬醺哟采锬し磻?yīng)器內(nèi)微生物濃度高，活性強，存在懸浮與附著生長的微生物系統(tǒng)，并有其各自的優(yōu)勢菌種。?
④厭氧浮動床生物膜反應(yīng)器緩沖能力大，抗沖擊負荷能力強，無堵塞與污泥流失的問題。 參考文獻： ［1］申立賢.高濃度有機廢水厭氧處理技術(shù)［Ｍ］.中國環(huán)境科學(xué)出版社，1992.1 39-140.
［2］葉芬霞等.載體好氧預(yù)掛處理對厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器的影響［Ｊ］.中國環(huán)境科學(xué)，1995，15(1)：5-9.?
電 話：(022)23694168?
收稿日期：1999-04-13 | 
