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城市污水常温处理中的新型改良EGSB(膨胀颗粒污泥床)反应器的发展
近年来,厌氧处理技术已经成为一项有吸引力的可持续发展的污水处理技术,因为它耗能少而且产气量少。特别的,流式厌氧污泥床(UASB)和常规膨胀颗粒污泥床(EGSB)在城市污水处理中得到了广泛应运。通常,EGSB比UASB更能有效去除化学需氧量(COD),更能有效抵抗有机负荷率(OLR)、温度和pH的变化。然而,由于较高的上升流速和较多的甲烷气泡,使膨胀颗粒污泥床(EGSB)中的三相分离器中的水的流速很高,这就导致了大量生物质的流失,最终废水中的COD浓度就升高了。所以,有时候不能满足城市污水处理厂或生物处理系统排放的标准,并导致生物处理系统崩溃。因此,对与EGSB系统来说,城市污水处理中的关键问题是如何控制在高上升流速下的生物量流失。
在本文中,提出一种改进型的EGSB反应器模型,它结合了EGSB 和UASB两者的优势。在相同环境下通过比较,试验性地研究EGSBm和EGSBc两种反应器。在东区污水处理厂中有一个初级出水沉降池。在对膨胀颗粒污泥床(EGSBm)中水动力特征分析时,进行了停留时间分布(RTD)的实验和Polvmerase连锁反应实验,并且应用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术来探索颗粒污泥中微生物的多样性。
常温厌氧颗粒污泥取自中国无锡市的一家污水处理厂,该厂主要利用全比例内循环生物反应器处理酸性废水。黑色的颗粒污泥有规则的形状(φ= - 2毫米)和良好的沉降性能。污泥中含有悬浮固体(TSS)(VSS)59克/升。在EGSBm和EGSBc两种反应器中,最初的接种污泥量占有效总量的65%。
污水样本取自上海东区城市污水处理厂的一个初级沉淀池中。其中包括60%生活污水和40%的工业废水。污水的主要指标如表1。
表1 污水的主要指标
工业生产中EGSBm和EGSBc反应器的原理图如图1。两个反应器都是有机玻璃制成的,容量为300 升,采用连续流动模式。在EGSBc中,配水系统在反应器的底部,进水和污水一起进入循环。在EGSBm中,其混合液体通过循环泵和进水一起进入循环。EGSBm配水系统包括一个5升的水箱和4根聚氯乙烯管( PVC )。水箱置于反应器的顶部,管子延伸到反应器的底部。在东区污水处理厂这两种类型反应器都有,它们表现可以相媲美。
图1 EGSBc和EGSBm反应器的原理图
在EGSBm反应器中,含颗粒污泥的混合液大约在反应器的中部通过循环泵进入循环,同位于反应器顶部的进水很好的混合。由于混合液受重力的影响,沿分布管道进而进入底部的反应堆。在底部的反应区域内,复合液进一步混合了局部液体,水中有机物在高浓度的颗粒污泥中被有效地分解。废水向上循环,达到中间的流动循环管,很大一部分是被吸进管孔并通过水泵循环至反应器顶部的水箱中,同时一小部分继续向上流动达到进一步分解。然后,向上流动的部分会进入三相分离器,在这里气体、水、颗粒状污泥会被分开。在分离后
,颗粒污泥经过处理还能循环利用到上层反应室中去。
在这两个试验性反应器成功开动起来,反应达到了稳定的状态后,它们还得在常温下连续运行165 天。基于稳态条件下,总的反应过程分为十个阶段。每个阶段具体实验数据在表2中有详细说明。
表2 各反应阶段的实验数据
R:循环比例
在每个反应阶段,通过去除COD,CODfilt和SS的效率来评价EGSBc和EGSBm两者的总体性能。CODfilt表示经过定性滤纸后污水中的COD浓度。COD和CODfilt的浓度可以经重铬酸钾溶液检测出来,而SS的浓度是通过过滤,干燥,然后称水样本检测出来。
在第4和第10个运行阶段结束后,从EGSBm反应器的四个不同反应区取颗粒污泥样本,并在图1中标明A、B、C、D。A、B、C、,,,。从颗粒污泥中提取DNA后,16S核糖体RNA基因的特定区域经过聚合酶链反应(PCR)被放大,进而用来克隆和排序。然后,使用变形梯度凝胶电泳(EGGB)分离聚合酶链反应(PCR)的产物。
已经分化的菌株再经过培养,使菌株数量达到所需的测量水平。
在预选的反应时间中,使用激光粒度仪(LS230,美国贝克曼库尔特)-2000微米的范围内。
有一种利用锂离子(Li+)的脉冲追踪仪,可以通过锂离子反应器中不同区域内停留的时间来分析水动力特性。在每一次试验中,通过脉冲注射器向进水中注入10mL浓度为10mg