一种生物炭载体YDcarrier-1对厌氧反应器启动及污泥颗粒化的影响研究

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厌氧处理工艺因具有使用范围广、能耗低、可回收沼气、产泥量少等优点,在高浓度有机废水处理中广泛应用,但是也存在反应器启动时间长、颗粒污泥形成慢等问题,培养沉降性良好的颗粒污泥是解决上述问题的有效途径。目前“载体型”颗粒污泥的研究主要围绕惰性载体开展研究,但惰性载体在使用过程中具有以下缺点:易在反应器底部积累而出现分层现象,造成反应器的有效容积减少;水力和沼气的作用会增加载体之间相互碰撞、摩擦的几率,导致载体表面生物膜脱落、颗粒破碎;后续处理费用昂贵等问题。为了克服惰性载体的不利影响,更快更好地启动厌氧反应器,形成厌氧颗粒污泥,本文利用可流化农副产品制作生物炭载体YDcarrier-1,研究了 YDcarrier-1对厌氧反应器启动、种子污泥减量化及颗粒污泥形成的影响。实验结果表明:(1)YDcarrier-1可缩短厌氧反应器的启动时间。在ASBR反应器中投加种子污泥干重20%的YDcarrier-1,反应器COD去除率达到80%以上的启动时间,比对照(CK)和投加10%的处理,分别缩短9 d和3 d。投加20%YDcarrier-1的反应器在第8 d时VFA开始低于500 mg·L-1,比投加10%的处理和CK分别缩短约6 d和9 d。(2)投加YDcarrier-1可减少厌氧反应器种子污泥接种量。将20%种子污泥用相同质量的YDcarrier-1替代,平行启动两个ASBR反应器时,两个不同处理的COD去除率动态变化情况基本一致,反应器运行到第30 d时COD的去除率均达到88%以上。用种子污泥干重20%的YDcarrier-1替代50%的种子污泥的情况下启动UASB反应器,启动效率也未受影响,启动完成时2个反应器的COD去除率均达到85%以上,在运行过程中反应器的出水VFA、出水ALK、出水pH、系统内ORP等指标变化均在正常范围内,基本都满足厌氧反应器启动的条件。(3)YDcarrier-1可提高厌氧反应器内大颗粒污泥的占比及颗粒污泥的沉降速度,优化颗粒污泥性能。投加YDcarrier-1反应器运行第12 d开始形成粒径大于0.9 mm的颗粒污泥,到第57 d反应器启动完成时,投加YDcarrier-1反应器粒径大于0.9 mm颗粒污泥占比为29.4%,是CK(14.9%)的近2倍;投加YDcarrier-1的大颗粒污泥(>0.9mm)平均沉降速度为128 m·h-1,也高于CK的100 m·h-1。基于YDcarrier-1的厌氧颗粒污泥,具有边界清晰、表面平滑、结构紧实、稳定性强等特点,抓在手上有明显的颗粒感。(4)YDcarrier-1由可溶性速效碳、缓释碳及难降解的木质素共同组成。每克YDcarrier-1可释放的可溶性速效碳以COD计约为400 mg·L-1,在第2~3 d每克YDcarrier-1可释放的固态缓释碳以COD计约上升20 mg·L-1,在显微镜下观察投加了 YDcarrier-1的UASB反应器启动完成后形成的“载体型”颗粒污泥,可清晰看到错综复杂的丝状物质,认为这些丝状物质为YDcarrier-1残留在颗粒污泥内的难降解的木质素,成为了颗粒污泥的“骨架”结构。
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