IC反應器內兩種顆粒污泥培養的對比試驗

張彥 范振山 張杰 楊世關

摘要：以蚓糞作為添加劑，對IC反應器進行啟動并培養厭氧顆粒污泥，與未添加蚓糞的試驗進行對比分析。結果表明，添加蚓糞在IC反應器啟動初期有助于反應器負荷的提高；添加蚓糞后培養出的厭氧顆粒污泥直徑大部分為1～4 mm，粒徑1～2 mm的污泥質量占比最大，粒徑在3～5 mm的顆粒污泥比未添加蚓糞時少8%；以蚓糞為添加劑形成的厭氧顆粒污泥沉降性能良好。

關鍵詞：IC反應器；蚓糞；添加劑；厭氧顆粒污泥培養；對比

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）13-3128-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.13.014

Comparative Experiment of Two Kinds of Granular Sludge Cultivation in IC Reactor

ZHANG Yan1a，FAN Zhen-shan1b，ZHANG Jie2，YANG Shi-guan3

（1a. Department of Mechanical Engineering； 1b. Department of Automotive Engineering， Zhengzhou Technical College， Zhengzhou 450121， China； 2.Henan Provincial Audit Department， Zhengzhou 450003， China； 3.National Engineering Laboratory of Biomass Power Generation Equipment/School of the Renewable Energy， North China Electric Power University， Beijing 102206， China）

Abstract： Comparative experiment of two kinds of anaerobic granular sludge cultivation in IC reactor was studied. The results showed that the addition of vermicompost in IC reactor start-up stage contributed to improving load of the reactor. After the addition of vermicompost，most of the granular sludge diameter was 1～4 mm，1～2 mm granular sludge accounted for the most proportion， at the same time 3～5 mm granular sludge decreased by 8%.The anaerobic granular sludge with vermicompost as additive had good settling performance.

Key words： IC reactor； vermicompost； additive； anaerobic granular sludge cultivation； comparison

厭氧生物處理技術具有雙重功能，既能降解廢棄物，同時又可以制取能源，但厭氧微生物生長條件苛刻、繁殖緩慢，廢水厭氧生物處理技術的關鍵是厭氧顆粒污泥的形成富集[1-3]。投放添加劑是一種使污泥活性提高，促進污泥顆粒化的有效措施。蚓糞作為一種內部具有有益于厭氧細菌、有益微生物生存的多孔結構，有助于穩定pH、增加厭氧發酵產氣量的黑色均一細碎物質，有良好的吸收及保持營養物質的能力，具有良好的排水性、通氣性，持水量高，不易水中松散[4-7]。本研究在IC反應器內以蚓糞作添加劑，與不添加蚓糞相對比，研究其對IC反應器啟動及厭氧污泥顆粒化的影響，對比分析培養出的顆粒污泥特性。

1 材料與方法

1.1 材料

蚓糞：蚯蚓糞為赤子愛勝蚯蚓處理牛糞后所產糞便，自然干燥后用孔徑為3 mm的篩網篩除大顆粒和其他雜質。

接種污泥：鄭州種豬場廢水一級沉淀池的深灰褐色絮狀污泥，TVS（總揮發性固體）/TSS（總懸浮物固體）為49.17%，IC反應器內的污泥接種量為反應器容積的15%。

試驗廢水：試驗中用到了加入葡萄糖、營養元素、微量元素等的人工廢水和鄭州種豬場豬糞經稀釋、過濾等方法調節其COD（化學需氧量）濃度而成的豬糞廢水，其成分分別見表1、表2。

1.2 試驗設備

試驗所用IC反應器試驗系統示意圖見圖1，包括IC反應器與氣體流量計、輔助熱源、儲氣裝置、儲水槽、水泵等輔助設備[8，9]。

IC反應器制作材料為有機玻璃，由氣液分離器、污泥回流管、氣體提升管、三相分離器、布水器、精細處理區、污泥床反應區等組成，有效容積88 L， 直徑25 cm，高度217 cm。

1.3 測定項目與方法

COD：采用重鉻酸鉀滴定法[10]，用JH-12型COD恒溫加熱器定期測定。

顆粒污泥粒徑分布：濕式篩分析法[11-13]。

顆粒污泥沉降速度：v=H/t，其中H為1 000 mL量筒注滿清水的高度，t為單個顆粒污泥從筒口沉降到量筒底的時間，秒表測量。用10～20個某粒徑范圍任取的顆粒污泥平均值作為該粒徑的沉降速度。

1.4 試驗設計

試驗在中溫條件下進行，反應器的運行溫度控制在35±1 ℃；為使菌種恢復活性并迅速生長繁殖，在IC反應器內馴化接種污泥30 d以上。馴化時，進水流量25～30 L/d，COD濃度為1 500～2 000 mg/L。

1.4.1 未加蚓糞豬糞廢水污泥馴化 先以人工廢水馴化，再逐步增大豬糞廢水比例，直至完全替代人工廢水，當出水COD小于1 000 mg/L時，認為完成污泥馴化。

1.4.2 添加蚓糞人工廢水污泥馴化 在IC反應器內添加2.5 kg蚓糞，添加水平為反應器內廢水質量的3.5%，進滿廢水后靜置48 h，以便其中有益菌適應IC反應器微生物環境。

1.4.3 對比試驗 依次在2 000、4 000、6 000 mg/L進水COD濃度條件下對未加蚓糞豬糞廢水污泥培養試驗與添加蚓糞人工廢水污泥培養試驗進行對比，根據反應器運行中污泥承受能力， 逐漸增加進水有機負荷與進水流量。

2 結果與分析

2.1 IC反應器COD濃度與進水流量隨時間變化的對比

兩種試驗過程中IC反應器進出水COD濃度與進水流量在試驗過程中隨時間變化情況如圖2所示。由圖2可以看出，兩種試驗過程中，在開始啟動階段，為了給反應器一個相對穩定的適應期，反應器保持基本相同的運行參數，進水流量與COD濃度維持在較低水平。由圖2b可知，最初2 d添加蚓糞試驗出水COD較高，但隨著反應進行，這種現象第三天后消失，說明添加蚓糞對廢水COD有一定的貢獻，但隨著運行時間增加而不再明顯。隨后反應器的進水水力負荷和有機負荷逐漸提高，反應器內均有污泥洗出情況。運行結束時，添加蚓糞試驗在COD為2 000、4 000、6 000 mg/L階段的時長分別12、12、17 d，而未加蚓糞時長分別為15、17、22 d。啟動結束時，反應器有機負荷相當約為10.3 kg COD/（m3·d）。對比可知添加蚓糞后反應器在啟動初期承受負荷變化能力較強，且隨著運行時間的不斷延長， 添加蚓糞后IC啟動比未加蚓糞表現出了耐受更高水力負荷和有機負荷的能力。

2.2 污泥外觀觀察對比

反應器啟動結束后分別對污泥床區污泥淘洗并觀察。結果顯示，兩種試驗情況下形成的顆粒污泥均表面光滑、邊界清晰；未加蚓糞形成的顆粒污泥形狀以圓形或扁圓形為主；添加蚓糞后形成的顆粒污泥形狀多為橢圓和不規則形，不規則形的黑色污泥顆粒較多，且顏色較淺，不易散開，研磨可發現部分污泥顆粒中心存在蚓糞顆粒殘留物，此顆粒污泥多是以蚓糞消化后的骨架為載體形成的。

在反應器內添加蚓糞后，蚓糞與廢水、厭氧微生物相互作用，為反應器內厭氧發酵微生物提供微量元素、營養成分，使內部的微生物有充足的營養供應并改變了微生物生存環境；同時厭氧微生物附著于蚓糞粗糙表面降解蚓糞有機質并生長。因此能良好保持自身形態的蚓糞骨架，可作為微生物固定化、顆粒化的良好載體。

2.3 顆粒污泥粒徑分布對比

IC反應器兩種試驗運行結束后，分別取其底部污泥進行測定，結果見圖3。由圖3可以看出，兩種試驗情況下的污泥粒徑大部分為1～4 mm，添加蚓糞后形成的污泥中粒徑為1～2 mm的污泥質量占比最大，為31.1%，粒徑在3～5 mm的顆粒污泥比未添加蚓糞的少8%。未加蚓糞試驗污泥顆粒粒徑相對較大，粒徑為2～3 mm的污泥質量占比最大，為28.5%；試驗中大于5 mm的相差不大。造成這種結果的原因部分是蚓糞中含有較多的小微粒。另外，添加蚓糞中粒徑超過5 mm的顆粒污泥多呈不規則形狀，部分原因可能是蚓糞顆粒形狀不規則和大小不均衡。

2.4 污泥沉降速度對比

與未加蚓糞相比，添加蚓糞的顆粒污泥粒徑大于1 mm的污泥沉降速度為38～51 mm/s，有很大提高，沉降性能更好（圖4）。這應歸因于經過厭氧消化的蚓糞顆粒形成的無機核比重較大。受蚯蚓肥料中無機質細粒、顆粒骨架影響，污泥中無機質含量增加，2～4 mm粒徑沉降速度增大。粒徑大于5 mm的污泥結構松散、易破碎、內部營養易供應不足，污泥體積較大，沉降速度有所下降。

3 結論

蚓糞在IC反應器啟動和培養顆粒污泥時作為添加劑，有利于厭氧反應器的啟動和反應器負荷的提高。能良好保持自身形態的殘余蚓糞骨架，可作為對微生物顆粒化、固定化起很大作用的良好載體，以蚓糞為添加劑形成的厭氧顆粒污泥沉降性能良好。

參考文獻：

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