胡浩元，周恭明 （同濟大學環境科學與工程學院，上海200092）

　　摘　要：研究了UASB反應器處理生活垃圾滲濾液時快速啟動的條件，結果表明：在夏季的室內水溫（25－30℃）時，采用未經馴化的城市生活污水廠（傳統活性污泥法）的剩余污泥接種，經逐步培養法，通過控制較低的液體上升流速（3.0m/d），可以在50d的時間里完成UASB反應器處理垃圾滲濾液的啟動，使其有機負荷（以CODcr計）達到10kg/m³·d），且CODcr的去除率高達70％以上（較常規啟動少用1－4個月的時間），進而在90d里完成污泥的顆粒化。
　　關鍵詞：UASB反應器；垃圾滲濾液；快速啟動
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1009－2455（2002）06－0029－03

Quick Start-up of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor in Treating LandfilI Leachate
HU Hao-yuan, ZHOU Gong-ming
(School of Environmental Science and Engineering, Tongii University, Shanghai 200092, China)

　　Abstract: Conditions for quick start-up of UASB reactor treating landfill leachate have been studied. The results show: at the embient water temptemperature in summer (25～ 30℃), when inoculated with surplus sludge　from municipal wastewater treatment plant (which uses conventional activated sludge process) and cultivated　step-by-step, and by controlling the liquid up-flowing speed at 3.0m/d, the UASB reactor can be started-up　within 50 days in treating landfll leachate, with the organic loading rate (as CODcr) up to 10 kg/(m³.d).and　the CODcr removal rate over 70%. Granulation of the sludge in this reactor can he completed within 90 days,　which is 1～ 4 months shorter than with conventional start-up.
　　Key words: UASB reactor; landfill leachate; quick start-up

　　目前，在處理城市生活垃圾填埋場的滲濾液方面，世界上一些國家如新西蘭、美國、澳大利亞等采用了UASB藝，運行效果良好^[1]。我國也有實例，如福州、武漢、昆山等地在處理垃圾滲濾液時也有采用UASB工藝。但由于我國對這方面研究不足，使得相當一部分處理垃圾滲濾液的UASB反應器啟動十分困難。為此，本研究側重于為實現處理垃圾滲濾液的UASB反應器的快速啟動提供實驗依據和科學方法。

1 實驗方法

1．1 實驗裝置
　　實驗用UASB反應器采用內徑為200 mm有機玻璃圓柱，高2.1m，總容積55L，有效容積50L，在高度方向上每隔300mm開一取樣孔。
1．2 實驗步驟及條件
　　①投加接種污泥，接種污泥投加量為UASB反應器有效容積的25％左右：接種污泥來自上海市某生活污水處理廠二沉池的剩余污泥，ρ（MLVSS）＝5350mg/L。沉降性能良好。
　　②第一周將UASB反應器的有機負荷（以CODcr計）控制在0.5kg/（m³.d），以后每隔7d增加一次有機負荷，即有機負荷為1，2，4，7，10kg/（m³.d）。
　　③通過調節回流水量而控制整個啟動期間液體上升流速（也即表面水力負荷）在3.0m周左右。
　　④考慮到高污泥停留時間是厭氧反應器高效運行的保證，本啟動期間并未進行排泥，從而保持高污泥濃度和高污泥停留時間。
　　⑤由于厭氧細菌在30－40℃活性較高，而實際工程加溫費用較為昂貴，故水溫選夏季室內水溫25－30℃進行啟動實驗。
　　⑥垃圾滲濾液來自上海市老港城市生活垃圾填埋場調節池滲濾液原水，本實驗在啟動階段對此原水進行了稀釋，使產（CODcr）－2500mg/L，p（NH₃-N）≈200mg/L，ρ（TP）≈3.5mg/L，在工程中可以通過出水回流來稀釋較高濃度的滲濾液。

2 結果與討論

2.1 選擇壓與污泥顆粒化
　　已有的研究表明，當溫度等外界條件一定時，對UASB反應區內的顆粒污泥的形成影響最大的是基質的種類、濃度以及液體上升流速（也即表面水力負荷）和表面產氣負荷（合稱選擇壓）。由Hickey^[2]，Letting G．^[3]，Driessen^[4]等人的研究表明基質的質量濃度（CODcr）在4000mg/L以下為宜。同時在Riitta^[5]等人的研究中認為液體上升流速在 2.5－3.0m/d（甚至0．72－0．96 m/d^[6]）之間時，最有利于UASB反應器內污泥的顆粒化。鑒于以上原因，本實驗的液體上升流速控制在3.0±0.2m/d，較國內的報道（一般為10m/d以上）要低得多。圖1反映了反應區內污泥平均粒徑與選擇壓（以液體上升流速與表面產氣負荷之和計）隨時間的變化。由圖1可見，在表面產氣負荷快速增長期（第30天至第60天）污泥粒徑增長迅速，平均增長了1.0mm，不僅充分說明了選擇壓對于污泥平均粒徑有顯著的影響，而且還從另一側面證明了充氣攪拌確實可以加快污泥顆粒化進程^[7]。

2.2 有機負荷
　　有機負荷與CODcr去除率隨時間的變化情況如圖2所示。由圖2可見，隨著運行時間的增長CODcr去除率總體上是逐步增長的，且每次有機負荷突增后，CODcr去除率有所下降但又會馬上回升；同時進水濃度對UASB反應器也有一定的影響，如在第44天時進水CODcr的質量濃度從原來的約2500mg/L升到約 3500mg/L時，CODcr去除率下降到54.9％，但第46大又達到了63.4％，說明UASB反應器抗沖擊負荷能力比較強。對于UASB反應器處理垃圾滲濾液而言，只經過50d的啟動，有機負荷（以CODcr計）就高達10kg/（m³.d），且CODcr去除率高達70％以上，這顯然比常規所需的啟動時間4－6個月^[4]要短得多。究其原因，是因為在CODcr去除率較低（30％－60％）時，底部進水口的乙酸質量濃度較高（1000－1500mg/L），充分發揮7以巴氏甲烷八疊球菌為主體的球狀顆粒污泥（又稱A型顆粒污泥）在乙酸濃度較高時比增殖速度快的生理特性；而常規啟動為了避免酸化，常在CODcr去除率達80％－90％后才提高有機負荷，其結果是從一開始即維持體系中較低水平的乙酸濃度，而無法培養起A型顆粒污泥^[7]。

2．3 出水揮發性脂肪酸VFA與叫值
　　出水揮發性脂肪酸VFA在厭氧反應器控制中被認為是最重要的參數，這是因為VFA的去除程度可直接反映甲烷菌的活性，在正常情況下，底物先由酸化菌轉化為VFA，而VFA又易被甲烷菌轉化為甲烷氣體，因此甲烷菌活躍時，出水VFA濃度較低。一般認為出水VFA的質量濃度低于200mg/L時，說明反應器運行良好，反之當VFA的質量濃度高于800mg/L，就有“酸化”的危險^[6]。而對于連續流厭氧工藝，一般認為當pH值在7.0－7.2時的有機負荷是比較理想的，而只要溫度及進水水質不變，出水的pH值主要取決于有機負荷。有機負荷一定時，消化液的pH值很快就趨向某一固定值。已有經驗證明：有機負荷低時，pH值較高；反之亦然。由此可知，VFA與pH值在某種程度上有較為直接的關系，這一點在本啟動中也得到了很好的反映，詳見圖3。

　　大多數研究者認為：pH值的測定較VFA測定方便得多，所以當條件有限時，可以利用VFA與pH值這種較為直接的關系，通過出水的pH值間接指示出水的VFA質量濃度。由圖3可見，只要pH值在7.15以上（本啟動進水PH值在7.0－7.1之間），就可以較好地將VFA的質量濃度控制在400mg/L以下。
2．4 堿度與氨氮（NH₃－N）
　　厭氧工藝出水的堿度通常是由其中的共軛酸堿對（主要有NH⁴⁺/NH₃，H₂CO₃/HCO₃^-，HCO₃^-/CO₃2-，H₂S/HS^-，HS^-/S^2-，HAC/AC^-等）決定的。因而厭氧體系的總堿度可粗略地由下式計算：
　　總堿度=[HS^-]+[HCO₃^-］+2[CO₃^2-］+［NH₃］+[Ac^-]
　　McCarty建議總堿度應維持在2000－5000mg/L的范圍內，如果反應器總堿度小于1000mg/L就會導致pH值的下降，H₂S的質量濃度不應高于150mg/L、NH₃-N的質量濃度不應高于1000mg/L^[8]。本啟動實驗期間，UASB反應器內總堿度平均值約為2100mg/L，而NH₃^－N的質量濃度在180－300mg/L變化，運行情況良好。

3 結論

　　①采用城市生活污水廠的剩余污泥接種，在夏季自然水溫25－30℃左右時，經逐步培養法，可以在50d的時間里完成UASB反應器處理垃圾滲濾液的啟動，使其有機負荷（以CODcr計）高達10kg/（m³.d），且CODcr去除率高達70％以上（較常規啟動少用1－4個月的時間），進而在90d里完成污泥的顆粒化。
　　②可以通過利用A型顆粒污泥在較高的乙酸質量濃度（1000－1500mg/L）下比增殖速度快的生理特性而達到縮短啟動時間的目的。
　　③UASB反應器處理垃圾滲濾液，較低的液體上升流速（本實驗在3.0m/d左右）有利于加速污泥顆粒化進程。
　　④為了保證厭氧微生物有較高的增殖速度，應保持較高的啟動溫度（25－35℃）為宜。
　　⑤適當的堿度（約2100mg/L）有利于維持UASB反應器內pH值的穩定。

參考文獻：

　　[1] Glas H, Notenboon G J, Liem G H. High rate biological leachate　treatment[C]. In Proc. Sardinia 93, Fourt international landfill symposium. Cagliari　Italy. 1993.
　　[2] Hickey R F, Wu W M. Veiga M C, et al. Start-up, operation, monitioring and control of high-rate anaerobic treatment systems[J]. Wat Sci Technol, 1991,24(8):207-225.
　　[3] Lettinga G, Hulshoffeol L. W. UASB-process design for various types　of wastewaters [J]. Wat Sci Technolm,1991,24(8)87-107
　　[4] Driessn, W J B M. Habets L, H A, et al. New developments in the　design of Upflow Anaerobic Sludge Bed reactors[C].2rd Special-ized IAWQ confereNCE on Pretreatment of Industrial Wastewaters,1996.
　　[5] Riitta H Kettunen, Jukka A R. Performance of an on-site UASB re-actor treating leachate at low temperature[J]. Wat Res, 1998, 32(3): 537 -- 546.
　　[6] C M M Campos, G K Anderson. The effect of the liquid upflow ve-locity and the subatrate concentration on the start-up and steady-state periods of lab-scale UASB reactors[J]. Wat Sci Technol,　1992, 25 (7): 41--50.
　 ［7］張希衡．廢水厭氧處理工程[M].北京：中國環境科學出版 社，1995. 222－225
　　[8] 王凱軍．UASB工藝的理論與工程實踐［M］．北京；中國環境科 學出版社，2000.170188

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　　作者簡介：胡浩元（1977－），男，湖北孝昌人，同濟大學環境工程專業在讀碩士研究生，主要研究方向為水污染控制工程，電話13641872073，同濟大學94#。