銘盛環(huán)境——工業(yè)污水，工業(yè)廢水處理專家，提供污水處理解決方案

　　上流式污泥床反應(yīng)器(UASB)具有容積負(fù)荷高、生物量大、運(yùn)轉(zhuǎn)便當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，實(shí)踐應(yīng)用廣。在厭氧運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，顆粒污泥的構(gòu)成至關(guān)重要。顆粒污泥可以有效提升厭氧處置系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，并使其順應(yīng)較大幅度的負(fù)荷沖擊、溫度和pH變化。為加速厭氧顆粒污泥構(gòu)成，常常在污泥中投加支撐資料，如活性炭、生物陶粒、納米資料。硅藻土是一種常見的多孔物質(zhì)，比外表積大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，普遍用作化工生產(chǎn)中的觸媒載體，在水處置中的應(yīng)用相對較少。

　　中藥廢水是高濃度的有機(jī)廢水，污染物含量高，若不妥善處置會(huì)對四周環(huán)境形成不良影響。該類廢水含有高濃度有機(jī)物，十分合適用厭氧處置。本研討以硅藻土為支撐資料構(gòu)建了固定化UASB系統(tǒng)，調(diào)查其對中藥廢水的處置效果。

　　一、實(shí)驗(yàn)辦法與資料

　　1.1 實(shí)驗(yàn)廢水

　　實(shí)驗(yàn)所用廢水搜集自哈爾濱某醫(yī)藥學(xué)院工業(yè)廢水處理站調(diào)理池，室溫下儲(chǔ)存待用。該廢水水質(zhì)見表1。

　　從表1能夠看出，該廢水中的有機(jī)物含量很高，COD和BOD5分別高達(dá)(13420±102)、(8322±67)mg/L，但氮、磷營養(yǎng)元素缺乏，不能滿足厭氧微生物代謝的營養(yǎng)比例均衡。因而，在進(jìn)水投加一定量的氯化銨(NH4Cl)和磷酸二氫鉀(KH2PO4)，以維持營養(yǎng)比(C：N：P)為500：5：1。

　　1.2 硅藻土

　　硅藻土購自哈爾濱某礦業(yè)公司。取硅藻土先在110℃枯燥箱中烘干，然后用孔徑2mm的不銹鋼篩網(wǎng)實(shí)行篩分。最終得到的硅藻土粒徑為0.08~0.15mm，比外表積為125.2m2/g，堿度(以CaCO3計(jì))為1570~2232mg/g。

　　1.3 接種污泥

　　接種污泥取自哈爾濱某污水處置廠脫水機(jī)房干污泥(含水率約為80%)，污泥以孔徑2mm的不銹鋼篩網(wǎng)實(shí)行篩分以去除大顆粒物質(zhì)。預(yù)處置后的污泥直接接種至UASB反應(yīng)器。接種時(shí)污泥總懸浮物(TS)和揮發(fā)性懸浮物(VSS)分別為7.4、5.5g/L。

　　1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用有效容積為20L玻璃鋼材質(zhì)的UASB反應(yīng)器。反應(yīng)器頂部裝置氣-液-固三相別離器，避免污泥大量流失。反應(yīng)器外壁纏繞電熱絲，用電加熱的方式維持溫度在(35±1)℃左右。裝置pH探頭和溫度探頭以實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)pH和溫度。反應(yīng)器設(shè)置2組，污泥接種后，一組反應(yīng)器投加其有效容積15%的硅藻土，另一組未投加硅藻土作為空白組。中藥廢水由可調(diào)速爬動(dòng)泵保送進(jìn)反應(yīng)器，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間(HRT)為36h。反應(yīng)器在低COD容積負(fù)荷下也1.3kg/(m3•d)頁啟動(dòng)，經(jīng)過控制稀釋比例逐漸提升COD容積負(fù)荷直至滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)[8.9kg/(m3•d)]。

　　1.5 剖析辦法

　　COD、BOD5、TS、VSS、NH4+-N、TP、pH、堿度和色度采用規(guī)范辦法也3頁測定。污泥粒徑用濕式篩分法測定。菌群品種剖析采用文獻(xiàn)辦法院取污泥1mL以12000r/min高速離心1min，去掉上清液，向離心管中參加500μL滅菌去離子水，重懸浮再次離心洗濯2次。離心后的樣品置于DNA提取試劑盒實(shí)行提取，提取后用凝膠電泳檢測DNA提取狀況。用16SrRNA基因擴(kuò)增對樣品DNA實(shí)行文庫構(gòu)建和454高通量測序剖析，對微生物群落構(gòu)造和豐厚度實(shí)行解析。

　　二、結(jié)果與討論

　　2.1 反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)性能

　　反應(yīng)器在COD容積負(fù)荷為1.3kg/(m3•d)(相應(yīng)進(jìn)水COD為2000mg/L)條件下啟動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)對COD的去除率到達(dá)80%時(shí)，分步提升COD容積負(fù)荷為2.5、3.8、5.1、6.5、7.9kg/(m3•d)，直至滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)[8.9kg/(m3•d)]。2組UASB反應(yīng)器在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間(150d)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能見圖1。

　　由圖1可見，每次提升容積負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)COD去除率均呈先降落后升高的趨向，這是由于厭氧微生物對新的運(yùn)轉(zhuǎn)條件有一定順應(yīng)期。經(jīng)過約90d的啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，COD去除率趨于平穩(wěn)。此時(shí)，硅藻土組對COD的均勻去除率為(90.8±1.1)%，出水COD穩(wěn)定在(1289±22)mg/L，空白組對COD的均勻去除率為(82.5±1.9)%，出水COD穩(wěn)定在(2354±18)mg/L?？梢姽柙逋两M對有機(jī)物的去除才能高于空白組，硅藻土的添加加強(qiáng)了UASB系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。硅藻土組的運(yùn)轉(zhuǎn)性能可與其他研討結(jié)果實(shí)行比擬。C.M.Chen等以麥飯石為支撐資料對污泥實(shí)行固定化并處置石化廢水，當(dāng)UASB的COD容積負(fù)荷為7.0kg/(m3•d)時(shí)，COD去除率為92.7%~93.0%。

　　為調(diào)查系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，在運(yùn)轉(zhuǎn)第100天，向進(jìn)水中投加一定鹽酸將pH降至5.8，低于厭氧微生物的最適pH范圍(6.8~8.5)，察看反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)效果。從圖1可見，進(jìn)水pH降低后，2組UASB系統(tǒng)的COD去除率立刻大幅降低，造成出水COD上升。硅藻土組和空白組的COD去除率分別降落至(75.6±2.3)%和(65.1±1.7)%，標(biāo)明低pH對厭氧微生物的代謝活性產(chǎn)生較強(qiáng)抑止，造成系統(tǒng)處置性能明顯降落。爾后厭氧微生物逐步順應(yīng)低pH環(huán)境，對COD的去除率逐步升高，并到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。最終，硅藻土組經(jīng)過22d的運(yùn)轉(zhuǎn)，COD去除率恢復(fù)到(88.9±1.6)%左右，略低于pH調(diào)整前的(90.8±1.1)%，闡明進(jìn)水pH的沖擊對產(chǎn)甲烷菌群產(chǎn)生一定水平的不可逆的負(fù)面影響。空白組的恢復(fù)時(shí)間較長，經(jīng)過35d的運(yùn)轉(zhuǎn)才到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，最終COD去除率穩(wěn)定在(76.6±3.2)%，較調(diào)整pH前的去除率降落了7.2%，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)性能恢復(fù)水平相對較弱。標(biāo)明硅藻土組對pH變化的耐受性要高于空白組，這可能與硅藻土較高的外表積和具有活性酸外表位點(diǎn)化學(xué)的吸附才能有關(guān)。一方面硅藻土的高外表積為微生物提供宏大的代謝場所，可以提升微生物量。另一方面，硅藻土的高堿度能一定水平上緩沖pH的降低，且其外表的硅羥基構(gòu)造能增加外表酸強(qiáng)度，從而降低系統(tǒng)酸量。

　　2.2 啟動(dòng)過程顆粒污泥的構(gòu)成

　　顆粒污泥的構(gòu)成對UASB系統(tǒng)的有效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。與絮狀污泥相比，顆粒污泥具有更好的沉降性，可提升系統(tǒng)耐外界要素(如負(fù)荷、pH及有毒元素等)的沖擊才能。通常來講，粒徑逸0.5mm的污泥可被定義為顆粒污泥。調(diào)查了2組UASB系統(tǒng)啟動(dòng)過程的污泥粒徑散布變化狀況，如圖2所示。

　　從圖2能夠看出，生污泥中粒徑臆0.5mm的污泥占比為81.7%，顆粒污泥很少，根本呈絮狀污泥形態(tài)。隨著系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，顆?；勰嘀鸩綐?gòu)成，污泥粒徑逐步增大，顆粒污泥的比例逐步升高。運(yùn)轉(zhuǎn)第30天，空白組和硅藻土組的顆粒污泥比例由生污泥的18.3%分別升至32.5%、54.3%。運(yùn)轉(zhuǎn)至第60天時(shí)，顆粒污泥占比繼續(xù)升高，分別提升至53.7%、73.7%，其中粒徑逸1mm的污泥占比分別達(dá)10.5%、16.4%。系統(tǒng)啟動(dòng)勝利后(第90天)，空白組和硅藻土組的顆粒污泥占比分別到達(dá)57.3%、78.7%，這也是系統(tǒng)在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)條件下具有較高去除率的緣由。在整個(gè)啟動(dòng)過程中，硅藻土組污泥的粒徑占比均高于空白組的同等粒徑占比，標(biāo)明硅藻土作為支撐資料可為厭氧微生物提供生長載體，加速顆粒污泥的構(gòu)成，從而使硅藻土組的COD去除率高于空白組。對啟動(dòng)勝利后反應(yīng)器的污泥實(shí)行取樣并檢測，發(fā)現(xiàn)硅藻土組中顆粒污泥的VS質(zhì)量濃度和SV30分別為(38.3±2.1)g/L、(22.8±0.2)，VS質(zhì)量濃度高于對照組的(28.3±1.2)g/L，SV30低于對照組的(26.1±0.4)，闡明以硅藻土為中心構(gòu)成的顆粒污泥具有更高的生物量及更好的沉降性能。

　　2.3 菌群構(gòu)造剖析

　　厭氧生物處置過程中微生物菌群主要分為兩大類，即產(chǎn)酸菌群和產(chǎn)甲烷菌群。產(chǎn)酸菌群首先將有機(jī)物降解為揮發(fā)性有機(jī)酸和醇類，然后被產(chǎn)甲烷菌群應(yīng)用產(chǎn)生二氧化碳和甲烷。整個(gè)厭氧處置過程在以上兩類菌群的協(xié)作下完成?？瞻捉M和硅藻土組運(yùn)轉(zhuǎn)第90、150天時(shí)的菌群品種和相對豐厚度剖析如圖3、圖4所示。

　　從圖3、圖4能夠看出，2組系統(tǒng)的菌群品種根本相同，但各菌群的相對豐度差異較大。經(jīng)剖析，產(chǎn)酸菌群主要包括Gordonia、Synthrophobacteria、Hydrogenophaga、Candidatus、Proteiniphilun、Desulfu鄄romons和Geobacter，產(chǎn)甲烷菌群主要包括Methano鄄massiliicoccus、Methanosaeta、Methanothrix、Methano鄄linea和Methanosarcina。

　　在空白組，Geobacter為產(chǎn)酸菌群的優(yōu)勢菌群，其代謝產(chǎn)物主要為乙酸和丁酸，在其他研討中經(jīng)常被報(bào)道。運(yùn)轉(zhuǎn)第90天，Geobacter菌群的相對豐度為(18.8±1.2)%。Methanomassiliicoccus為產(chǎn)甲烷菌群的優(yōu)勢菌群，該菌群是中溫厭氧發(fā)酵過程常見的菌群之一也9頁，其相對豐度為(30.9±2.6)%。當(dāng)系統(tǒng)遭到低pH沖擊后，Methanomassiliicoccus菌群的相對豐度降為(19.9±1.3)%，這也是系統(tǒng)COD去除率降落的緣由。除Methanothrix菌群外，其他產(chǎn)甲烷菌群的相對豐度均有不同水平的降低，標(biāo)明Methanothrix菌群對pH的變化有一定耐受性。Geobacter菌群的相對豐度升至(28.8±0.8)%，此外Candidatus菌群的相對豐度也升至(10.9±1.1)%，標(biāo)明產(chǎn)酸菌群適于在較低pH條件下實(shí)行代謝活動(dòng)。

　　關(guān)于硅藻土組，除Geobacter菌群外，Candidatus菌群亦為產(chǎn)酸菌群的優(yōu)勢菌群，該菌群在代謝過程主要產(chǎn)生丁酸和乙酸也7頁。運(yùn)轉(zhuǎn)第90天，Geobacter和Candidatus菌群的相對豐度分別為(15.3±1.7)%、(14.9±0.9)%。在產(chǎn)甲烷菌群中，Methanomassiliicoccus菌群的相對豐度最高，為(32.8±2.5)%。當(dāng)系統(tǒng)遭到低pH沖擊后，Methanomassiliicoccus菌群的相對豐度小幅降低，降至(29.7±1.3)%，高于空白組，從另一角度解釋了硅藻土組COD去除率高于空白組的緣由。而Geobacter和Candidatus菌群的相對豐度變化不大，均小幅升高，分別為(17.3±0.5)%、(16.9±1.2)%?？梢?，硅藻土組的菌群比例構(gòu)造較空白組相對穩(wěn)定，相對豐度變化幅度小，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)性能愈加穩(wěn)定。

　　三、結(jié)論

　　(1)硅藻土作為支撐資料可以加快UASB系統(tǒng)顆粒污泥的構(gòu)成，且能有效提升對中藥廢水的處置效果，COD去除率可達(dá)(90.8±1.1)%。pH變化對UASB系統(tǒng)有較大影響，但硅藻土的投加可以加強(qiáng)UASB系統(tǒng)耐pH沖擊的才能。低pH條件下，COD去除率仍可到達(dá)(88.9±1.6)%。

　　(2)投加硅藻土的UASB系統(tǒng)的菌群比例穩(wěn)定性高于空白組，且優(yōu)勢菌群的相對豐度均高于空白組。產(chǎn)酸菌群的優(yōu)勢菌種為Geobacter和Candidatus，產(chǎn)甲烷菌群的優(yōu)勢菌種為Methanomassiliicoccus，以上菌群均為厭氧生物處置過程的常見菌群。