各種養(yǎng)殖污水處理工藝選取設備選型生產(chǎn)廠家

2. 1. 2 VFA 與甲烷產(chǎn)生量的變化特征

　　圖3 給出了ABR 啟動過程中VFA 和出水pH 的變化曲線。由圖3(a)可見,隨著ABR 的啟動,第1 格室的VFA 變化幅度較大(0. 1 ~ 1. 1 mg·L - 1 );同時,出水中VFA 隨著ABR 的啟動進程整體上逐漸降低并趨于穩(wěn)定,zui終低于0. 2 mg·L - 1 ,證明本研究中的ABR 在啟動過程中運行狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定。此外,VFA 的組分分析表明:其主要成分為乙酸、丙酸和丁酸,幾乎未發(fā)現(xiàn)異戊酸和戊酸組分;其中丙酸組分占VFA 的比例超過50% ,說明丙酸發(fā)酵是ABR 水解酸化的主要過程。ABR 啟動初期,出水的pH 持續(xù)下降并接近5. 5(見圖3(b)),相應的VFA 濃度在0. 4 mg·L - 1 左右(見圖3(a)),并且ABR 對COD 的去除效果很差(見圖2),這是由于反應器進水堿度不足(1 000 mg·L - 1 ,以CaO 計),其酸化環(huán)境不適宜ABR各格室中的厭氧微生物的活動。通過及時提高進水堿度至1 500 mg·L - 1 (以CaO 計),ABR 出水的pH在6. 5 ~ 7. 5 之間波動。

　　ABR 啟動過程中的產(chǎn)氣量如圖4 所示。在圖4(a)中,總產(chǎn)氣量隨著ABR 的啟動總體呈上升趨勢,在50 ~ 60 d 期間由于反應器溫度降低而出現(xiàn)明顯下降;啟動成功后,總產(chǎn)氣量超過25 L·d - 1 。圖4(b)中各格室的產(chǎn)氣量排序為:Ⅰ > Ⅱ > Ⅳ > Ⅴ > Ⅲ,第1 格室的產(chǎn)氣量是第2 格室的4 倍左右,表明通過接種顆粒污泥同步啟動ABR 處理模擬畜禽養(yǎng)殖廢水,并未*實現(xiàn)產(chǎn)酸相與產(chǎn)甲烷相的有效分離,這一結果與以前的研究結果不*。在本研究中,采用的是接種厭氧顆粒污泥啟動反應器,進水有機物為易降解的葡萄糖,且第1 格室的污泥濃度相對較高、體積較大,所以模擬廢水進入第1 格室后迅速被降解為單分子有機酸,然后被產(chǎn)甲烷菌繼續(xù)反應生成甲烷氣體。

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　　2. 1. 3 厭氧顆粒污泥的生長特征

　　圖5 是ABR 啟動過程中厭氧顆粒污泥中位直徑和二維分形維數(shù)的變化曲線。由圖5(a)可知,顆粒污泥的中位直徑并不是隨著ABR 的運行呈線性增長,在反應器啟動初期,污泥生長速度緩慢,隨著反應器的運行,有機物濃度逐漸增加,顆粒污泥的生長速度也逐漸增快。經(jīng)過64 d 的啟動以后,ABR 5 個格室中顆粒污泥的中位直徑分別達到了(第1 到第5 格室)1. 58、1. 42、1. 32、1. 28 和1. 18 mm。和姜瀟的研究結果在同一量級上。此外,ABR 啟動階段顆粒污泥的平均生長速度(10 - 3 mm·d - 1 ) 分別是10. 8、8. 3、6. 7、6. 1 和4. 5。一般情況下,二維分形維數(shù)(D2 )表示顆粒的致密程度,其值越接近于2 表明顆粒的結構越致密。圖5(b)顯示,隨著ABR 啟動時間的延長,5 個格室中的污泥D2 均呈下降趨勢,在啟動的第1 階段下降趨勢zui為明顯,由zui初的2. 06 下降到1. 63 ~ 1. 80 之間,說明隨著顆粒污泥尺寸的增加其致密程度不斷下降。此后,污泥D2 的下降趨勢逐漸趨于平緩,并且在啟動的第3 和第4 階段出現(xiàn)了上升趨勢。在ABR 完成啟動之后,污泥的D2 為1. 80 ~ 1. 86,較原始顆粒污泥有所下降。

　　2. 2 ABR 成熟厭氧顆粒污泥

　　2. 2. 1 理化特征

　　表2 為ABR 啟動成功后各格室顆粒污泥的理化特征?？梢?ABR 第3 格室中顆粒污泥的MLSS 在5. 0 ~ 10. 0 g·L - 1 之間 ,其他格室中厭氧顆粒污泥的MLSS 均大于10. 0 g·L - 1 。第1 格室厭氧顆粒污泥的有機組分的比例為77. 00% ,第2、3、4 和5 格室均大于89% ,遠高于姜瀟的50% ,高于接種污泥。說明反應器各格室污泥中生物質(zhì)的含量普遍較高,這可能是由于接種污泥為UASB 中的顆粒污泥、ABR 的高負荷啟動和運行等因素所導致的結果。反應器各格室中污泥顆粒的沉降比(SV)大小順序為I> Ⅱ > Ⅴ > Ⅲ > Ⅳ。從污泥體積指數(shù)(SVI) 可以看出,第4 格室中顆粒污泥的SVI zui小,第2 格室中的SVI zui高。這表明第2 格室中顆粒污泥的沉降性能和壓縮性能,而第4 格室zui差,高于提出的顆粒污泥SVI 為10 mL·(g SS) - 1 的數(shù)值。

表2　ABR 啟動成功后各格室顆粒污泥的理化特征

　　2. 2. 2 微生物學特征

　　ABR 各格室中厭氧顆粒污泥樣品所提取總DNA如圖6 所示,并對其進行PCR 擴增及DGGE 分析得到的DGGE 指紋圖譜,其中每一條帶代表一種或著幾種微生物,且條帶的亮度與微生物含量正相關,條帶亮度較大的條紋是污泥中的優(yōu)勢生物群。微生物群落的種群結構和數(shù)量在ABR 格室中存在明顯演替過程。從圖6 可以看出,ABR 從第1 格室到第5 格室微生物的種類和豐度依次遞減。序列3、5、6、7、13、16、20 和21 在各個格室中存在,序列13 在第1 格室zui為明顯,并且在后面格室中逐漸減弱,序列8、9 以及14 從第4 格室才開始出現(xiàn),不同條帶在不同格室中亮度不同。這些現(xiàn)象表明在ABR 不同格室中微生物群落發(fā)生了演替,主要是因為ABR 不同格室的基質(zhì)濃度以及上清液pH 不同,導致適合其生長的微生物群落不同。

　　圖7 為采用MEGA5 軟件,Neighbor-joining 法構建系統(tǒng)發(fā)育樹,自展數(shù)(bootstrap)為100。從DGGE結果中可以看出有很多*屬于同一物種的條帶:Pseudomonas fluorescens、Pseudomonas syringae 和CQ5-3,CQ1-1、CQ1-2、CQ1-3 和Raoulla omithinolytica等組合,它們每一組在系統(tǒng)發(fā)育樹中都*處于同一個OTUs (Operational taxonomic units)。選取DGGE 圖譜中比較有代表性的21 條條帶,進行目標序列以及相關性序列的對比分析(見表3)。由表3可知,除了樣品2 和樣品19 的相似比例僅為92%和93% 外,其余條帶與基因庫中已有物種的相似比例都在95% 以上。計算出主要條帶序列所占比例,序列zui相似的產(chǎn)酸菌包括:Raoulla ornithinolytica、Uncultured Clostridiales bacterium、Staphylococcus sp. 、Propionibacterium sp. 、Uncultured Acidobacteria bacterium、Brevibacterium casei 等,產(chǎn)甲烷菌為UnculturedFirmicutes bacterium 等,產(chǎn)氫菌為Uncultured Clostridiumsp. 等。

　　2. 3 ABR 運行過程的優(yōu)化

　　2. 3. 1 水力停留時間的影響

　　圖8 為HRT 對ABR 去除COD 和氨氮的影響曲線,以豎線為間隔,從左到右依次為48、36、24 和12 h。由此可見,當HRT 分別為48 和36 h 時,ABR的處理效果比較穩(wěn)定。當HRT 縮短到24 h 時,COD的去除率依舊保持在80% 以上,氨氮的去除率開始升高;繼續(xù)縮短HRT 為12 h,污泥負荷隨之增加,導致COD 和氨氮的去除率均有明顯降低。結合表4 的平均去除率可知,該ABR 適合的HRT 為24 h。

　　2. 3. 2 反應器溫度

　　圖9 為溫度變化對ABR 處理效果的影響曲線。當反應器溫度為18 ℃ 時,COD 去除率在45% ~ 70%區(qū)間內(nèi)波動,其平均值為61. 91% ;當溫度上升到32 ℃ 后,ABR 的COD 平均去除率增加到81% 。由此可見,ABR 在中溫條件下運行效果更好。已有的研究表明,ABR 中污泥微生物適合在中溫條件下生長;降低溫度會導致污泥中絮狀沉淀增多,產(chǎn)生大量細胞殘骸,對微生物種群結構和數(shù)量產(chǎn)生不利的影響 。

　　2. 4 ABR 的運行穩(wěn)定性研究

　　ABR 啟動成功后,進水COD 為5 000 mg·L - 1 ,氨氮濃度為500 mg·L - 1 ,HRT 控制在24 h,ABR 的運行狀況如圖10 所示,1 ~ 38 d 的運行中,溫度控制在(32 ± 1)℃ ,COD 去除率保持在80% 以上。在ABR 的后續(xù)運行過程中,反應器溫度降低到室溫,出水COD 開始波動,但COD 去除率依然保持在60%以上。這表明ABR 在處理模擬畜禽養(yǎng)殖廢水的下過程中具有較為穩(wěn)定的運行效果,并在一定程度上能夠抵抗溫度降低的影響。

　　3　結論

　　1)針對模擬畜禽養(yǎng)殖廢水的處理,通過接種厭氧顆粒污泥和逐步提升負荷的方式可以在64 d 內(nèi)完成ABR 的啟動。啟動成功后ABR 的OLR 可達5. 7,COD 平均去除率可達98% 。

　　2)成功啟動之后反應器中顆粒污泥濃度在7.14 ~26. 17 g·L - 1 之間,中位直徑從0. 89 mm 增長到1. 18 ~1. 58 mm,平均增長速度為7. 28 × 10 - 3 mm·d - 1 。接觸營養(yǎng)物質(zhì)越多的格室污泥活性越好、顆粒污泥增長越快。成熟顆粒污泥結構相對疏松,致密程度低于接種污泥。

　　3)PCR-DGGE 分析結果表明,ABR 從第1 格室到第5 格室微生物的種類和豐度依次遞減,不同格室中微生物群落發(fā)生了演替。其中序列zui相似的產(chǎn)酸菌包括:Raoulla ornithinolytica、Uncultured Clostridialesbacterium、Staphylococcus sp. 、Propionibacterium sp. 、Uncultured Acidobacteria bacterium、Brevibacterium casei等,序列zui相似的產(chǎn)甲烷菌Uncultured Firmicutes bacterium 等,以及序列zui相似的產(chǎn)氫菌Uncultured Clostridiumsp. 等。

　　4)在進水COD 和氨氮濃度分別為5 000 mg·L - 1 、500 mg·L - 1 ,堿度為2 000 mg·L - 1 (以CaO 計),HRT 為24 h,運行溫度(32 ± 1)℃ 時,運行效果較好。相應的COD 去除率穩(wěn)定在80% 以上。