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1 实验部分

1. 1 实验装置

反应器的长× 宽× 高= 550 mm × 102 mm × 255mm,超高35. 39 mm,有效容积12. 32 L。第1 格室(160 mm × 102 mm × 255 mm)的容积是2、3、4 和5格室(80 mm × 102 mm × 255 mm)的2 倍,能更有效的去处悬浮物,而第5 格室后加60°的倾角的沉降格室。

1. 2 实验用水及接种污泥

1. 2. 1 实验用水

实验所用进水为人工配制的模拟畜禽养殖废水,COD ∶ N = (10 ~ 25) ∶ 1,以葡萄糖为碳源,氯化铵Mg、K 以及Al、Co、Fe、Cu、Mo、Ni、Zn 等微量元素 以保证污泥的正常生长,本实验所用试剂均为分析纯。

1. 2. 2 接种污泥

ABR 各格室的接种污泥为UASB 反应器的厌氧颗粒污泥,接种体积占ABR 各格室体积的1 /3 左右。该接种污泥呈椭圆球状,表面光滑,表1 给出了其基本性质。可见,这些厌氧颗粒污泥中位直径为0. 89 mm,结构较为密实。

1. 3 实验方法

对接种厌氧颗粒污泥后的ABR,采用逐步升高负荷的方式进行启动。在启动过程中,固定停留时间为24 h,调节进水碱度,反应器温度在20 ~ 35 ℃ 之间,当出水COD 去除率达到60% 以上时,再稳定运行5 ~ 7 d,确保出水中VFA 和pH 分别在0 ~ 0. 2 和6. 8 ~ 7. 5 之间,然后逐步提高有机负荷30% 左右,继续上述启动过程;当进水有机负荷为5. 7,COD 去除率在80% 以上,即可认为ABR 启动完成。

在上述启动过程,定期测定ABR 各格室和进出水的相关指标。COD 使用COD 快速测定仪进行测定(CTL-12,华通,河北承德),VFA 采用气相色谱法(SP3420A,北分瑞利)测定,DO 使用溶解氧电极进行测定(DO-958-S,China)。

混合液悬浮固体浓度(MLSS)、挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)、污泥沉降比(SV)和污泥体积指数(SVI)参照标准方法测定。污泥的粒度使用激光粒度仪测定。

反应器启动成功后,测定污泥微生物群落结构及多样性按照文献中程序和方法进行,主要包括:提取DNA、细菌16Sr PCR 扩增、PCR 产物的变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析、DGGE 图谱中优势条带的回收与测序以及序列片段分析等步骤。在ABR 操作条件的优化过程中,采用单因子实验方法,通过比较不同的水力停留时间或温度条件下ABR 的处理效果,获得反应器操作条件。

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2 结果分析与讨论

2. 1 ABR 的快速启动过程

2. 1. 1 有机污染物的去除效果

图2 为ABR 启动过程中出水COD 及其去除率的变化曲线。如图所示,ABR 启动过程可以分为5个阶段,每个阶段平均运行时间为两周左右。在第1 阶段(1 ~ 13 d), ABR 进水COD 控制在2 000mg·L - 1 ,对应的有机负荷(OLR) 为2. 0 kg COD·(m3 ·d) - 1 ;起初,ABR 在常温下运行,出水COD在1 000 mg· L - 1 以上, 然后控制反应器温度在32 ℃ 左右, ABR 出水的COD 逐步下降到500mg·L - 1 以下,去除率zui终大于75% 。

在第2 阶段(14 ~ 26 d) 中设定OLR 为2. 5 kg COD·( m3 ·d) - 1 ,ABR 进水COD 控制在2 500 mg·L - 1 左右,其去除率在80% 左右,zui高时可达90% 以上。进入第3 阶段(27 ~ 44 d) ,ABR 进水COD 控制在3 250 mg·L - 1 ,由于反应器保温设施运行不稳定,导致该阶段ABR 的COD 去除率不稳定;出水COD 在启动32 d 左右开始突然上升,相应的COD 去除率甚至出现低于40% 的现象,尽管如此,ABR出水pH 保持在6. 7 ~ 7. 2 之间,VFA 低于3. 0 mmol·L - 1 ,表明反应器并没有发生酸化;这种现象一直持续到第4 阶段(45 ~ 56 d) 结束,当进水COD 在4 400 mg·L - 1 时,ABR 的COD 去除率仍然较低( <60% ) 。

为了改善这种情况,在此阶段后期对ABR 的保温设施进行维修,以确保反应器的运行温度控制在32 ~ 35 ℃ ,在第5 阶段(57 ~ 64 d) ,ABR 有机负荷设定为5. 7 kg COD·( m3 ·d) - 1 ,进水COD 在5 700 mg·L - 1 ,反应器的出水COD 逐步降低,COD 的去除率zui终稳定在98% 左右,表明ABR 启动成功。

上述结果表明,采用接种成熟颗粒污泥的方法可以在保持高负荷处理能力的条件下成功启动ABR。徐金兰等采用接种厌氧消化污泥的方法启动ABR,其容积负荷从0. 85 kg COD·(m3 ·d) - 1 提高到1. 50 kg COD·(m3 ·d) - 1 运行了60 d 左右;李文昊(2010)采用颗粒活性炭加速启动厌氧消化污泥及接种下水道污泥混合物的方式启动ABR,其容积负荷达到8. 00 kg COD·(m3 ·d) - 1 、COD 去除率超过80% 运行了70 d 的时间。可见,采用成熟颗粒污泥接种或者其他加速启动的方式均可缩短ABR 的启动时间。