皮革废水对ABR分区进水微生物相的影响研究.pdf

皮革废水对 ABR 分区进水微生物相的影响研究 * 董凌霄秦宁丁绍兰 陕西科技大学资源与环境学院，西安 710021 摘要 在制革废水ρ COD 3 000 ～ 3 200 mg/L， HRT 24 h 时， 采用六格室厌氧折流板反应器 ABR ， 在 1、 3、 5 格室 以5∶ 3∶ 2的比例进水， 通过 COD、 挥发性脂肪酸 VFA 、 辅酶 F420等指标的变化研究反应器各格室的微生物相分布情 况。结果表明 COD 和 VFA 在 3， 5 格室分别出现下降和升高， 整体性能稳定， 而格室内微生物种群大致相同但优势菌 群有所差异， 前端格室以产酸菌为主， 后端格室以甲烷菌为主。 关键词 厌氧折流板反应器; 污泥性能; 微生物相 RESEARCH FOR EFFECTS ON MICROBIAL PHASE OF LEATHER WASTEWATER WITH SPLIT- FEED INFLUENT IN ABR Dong LingxiaoQin NingDing Shaolan College of Resource ＆ Environment，Shaanxi University of Science ＆ Technology，Xi′an 710021，China AbstractThe process perance of split-feed influent compared with single influent in an anaerobic baffled reactor ABR that had six compartments under the conditions of HRT 24 h and COD 3 000 ～ 3 200 mg/L was studied. The influent ratio of the split-feed influent in ABR was 5∶ 3∶ 2 in 1st， 3rd and 5th compartment. Finally through the change in COD， VFA， F420etc， the distribution of microbiofacies in compartments of ABR was studied. The results showed COD removal rate and VFA in 3rd and 5th compartment would be reduced and increased. The perance was stable，the bacteria were almost identical but the dominant species were different， acidogenic bacteria were predominant in the initial compartments while methanogenic bacteria were predominant in the latter compartments in split-feed influentin in ABR. Keywordsanaerobic baffled reactor; behavior of sludge;microbial phase * 陕西科技大学 ZX07- 05 。 厌氧折流板反应器 ABR 是一种新型高效厌氧 反应器。ABR 反应器推流式的水力特性， 能够使产 甲烷菌和产酸菌在不同格室得到有效分离。而传统 ABR 处理技术会由于前端格室负荷过高而使 VFA 大 量累积， 且后部格室基质匮乏而抑制甲烷菌活性， 最 终导致处理效率下降。 制革废水臭味重、 碱度大、 色度高、 悬浮物多， 而 且 COD、 BOD、 Cl － 、 Cr6 、 S2 －含量均很高。一般需经 厌氧预处理后再与好氧结合的方法治理。采用单相 厌氧反应器， 特别是在硫化物含量高的情况下， 会对 甲烷菌产生毒害作用， 最终导致整个反应器运行失 败; 而采用传统单侧进水 ABR， 会由于自身缺点而影 响去除效果。为了避免以上处理方法的不足， 本研究 采用多点分区进水的方式处理制革废水。 1材料与方法 1. 1试验装置 反应 器 由 有 机 玻 璃 制 成， 壁 厚 8 mm， 尺 寸 为 524 mm 170 mm 460 mm， 有效容积为 20 L。由竖 向隔板将其分成 6 个主体反应室， 每反应室由上、 下 流室组成， 且宽度比为 3∶ 1，通往上流室的挡板下部 边缘有 45倾角的导流板布水， 便于将水送至上流室 的中心， 使泥水充分混合以维持较高的污泥浓度。每 格室侧壁上部设有污水取样口; 每格室侧壁下部设有 污泥取样口; 每格室顶部设有排气孔， 温度由恒温水 浴锅进行控制。 1. 2水质及接种污泥 试验中用灰碱法消解羊毛并添加铬粉及染料模 拟 制 革 废 水，控 制 废 水 ρ COD在 3 000～ 3 200 mg/L， 并添加碳酸氢钠以调节碱度同时增加微 23 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 量元素。试验所用接种污泥取自西安邓家村污水处 理厂二沉池， VSS/TSS 0. 287， 接种体积为反应器有 效容积的 1 /3。 1. 3分析方法 COD 采用标准重铬酸钾法; VSS 和 TSS 采用重 量法; VFA 用直接蒸馏法; 污泥性状及微生物相特征 采用扫描电镜观察。 2结果及讨论 2. 1COD 去除率变化 不同负荷下各格室 COD 去除率见图 1。 图 1不同负荷下各格室 COD 去除率 由图 1 可知 分区进水方式处理制革废水 COD 去除率均保持在 72. 5 以上， 性能稳定， 去除效果良 好。由于在 1， 3， 5 格室加入原水， 会出现去除率的暂 时性降低， 但是在下一格室都会再次升高， 分析原因 为 该反应器是在葡萄糖模拟废水成功启动的情况下 进行的， 选用 5∶ 3∶ 2的进水比进行处理反应器运行稳 定， 在每一格室培养出的微生物能够各司其职， 较好 地发挥作用， 所以 2， 4， 6 格室能够及时将前端格室累 积的 VFA 转化为甲烷， 使去除率增加。同时可发现 随着负荷的增加， 去除效率会稳定增加， 表明 ABR 具 有较好的抗冲击负荷能力。 2. 2挥发性脂肪酸 VFA 的变化 不同负荷下各个格室中 VFA 浓度变化见图 2。 图 2 表明随容积负荷提高 VFA 会有所增加。这 与资料表明的， 在一定的负荷范围内， VFA 总是随着 有机负荷的提高而提高是一致的 ［ 1］。1， 3， 5 格室的 VFA 普遍比其后的格室高， 这是由于有机物在进水 格室里被酸化细菌转化成 VFA， 在短时间内， 这些格 室的微生物生态分布发生了变化， 发酵细菌大量繁 殖， 产甲烷菌世代时间较长， 未能将 VFA 及时转化为 图 2不同负荷下各格室 VFA 的变化 甲烷， 造成 VFA 累积。在同一负荷下， 均是 1 号格室 的 VFA 最高， 其含量沿着水流方向逐渐降低， 但在 3， 5 格室， 由于加入原水 VFA 出现暂时性升高在下一 格室又会降低。图中出现大波动的原因， 可能是在低 的 pH 条件下， 乙酸呈现游离状态， 对格室内产甲烷 菌有很大的毒性， 使后续格室中的产甲烷菌活性受到 较大的抑制， VFA 不能被及时利用， 相应的 COD 去除 率也有所降低。同时从图 2 中看出 在容积负荷为 3. 16 kg/ m3d 时， 由于 1， 3 格室不能及时将有机 物转化， 导致 2， 4 格室的产酸作用加强， 产酸格室变 成了前几个格室， 以产酸相格室的增多和产气作用后 移来抵抗负荷的冲击， 使得相分离作用减弱用以维持 反应器运行稳定， 所以 VFA 没有明显的波浪式变化 而是沿程降低。 2. 3不同格室 VSS/TSS 的变化 不同容积负荷下各格室 VSS/TSS 的变化见图 3。 图 3不同负荷下格室内 VSS/TSS 的变化 污泥浓度对消化系统处理能力的影响较大。由图 3 可知 运行过程中， 2， 3 格室的 VSS 相对最高， 1 格室 的 VSS 略低于这两个格室。后面几个格室污泥有逐级 升高的趋势， 可见微生物生长的环境较好， 微生物增殖 较快， 同时截留了一部分前面流失的污泥， 故 VSS 稳中 有升。整体来看， VSS/TSS 值都比较大， 说明污泥的活 性较高。同时污泥 VSS/TSS 随着格室逐渐递减， 这是 33 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 由前端格室有机基质含量相对较高， 后端格室基质不 足而引起， 属于微生物生长代谢的结果。 2. 4辅酶 F420的变化 各容积负荷下反应器格室辅助酶 F420浓 度见 图 4。 图 4不同负荷下各格室辅酶 F 420的变化 由 图4可 以 看 出，在 容 积 负 荷 为 0.313 kg/ m3d 时， F420的含量相对较高， 并且 COD 去除率达到 72. 5 ， 这说明污泥的活性较好 ［ 2］， 说明 低负荷下反应器处于良好的运行状态。其中 5 格室辅 酶含量最高， 表明 5 格室较有利于甲烷菌的生长， 产甲 烷活性最好。在随后的负荷提升过程中， 1， 2 格室中 F420 的含量均较低， 原因可能是 VFA 累积使 pH 下降甲烷菌 活性降低。随着运行时间的增加， 各格室污泥逐渐颗粒 化， 形成以甲烷菌为内核、 产酸菌为外层的颗粒污泥， 液 相 pH 对产甲烷菌的影响减小， 各格室 F420的浓度逐渐提 高， 结合图 1 可以看出， COD 去除率也逐渐提高。由于 分区进水降低了 3， 5 格室的负荷， 增加了 HRT， 所以 4， 6 格室的甲烷菌能及时有效地将前面格室的 VFA 转化， 甲 烷菌活性得到有效提高， 因而辅酶 F420会沿程增加。并 且一旦适应该环境， 即使在负荷为3.16 kg/ m3d 时， 辅酶含量仍然保持较高水平。说明分区进水 ABR 能在 一定程度上弱化相分离现象从而使产甲烷相增加。 2. 5颗粒污泥的外观 颗粒污泥外观见图 5。 图 5各格室颗粒污泥表面特征 由图 5 可以看出， 六个格室的颗粒污泥的外观表 面均凹凸不平， 有起伏错落的峰峦与低谷， 这种山峦 状的表面更有利于微生物与基质接触、 吸附、 降解和 物质交换; 而且， 还可看出颗粒污泥表面均有缝隙和 孔洞， 这是颗粒污泥内部产生气体 H2、 CO2、 CH4和基 质代谢产物的运输通道 ［ 5］。其中 1， 2 格室的颗粒较 为松散， 表面的孔洞大而多。3， 4 格室的污泥看起来 颗粒就较为紧密， 并且表面光滑。5， 6 格室中的颗粒 结构最为紧密， 表面光滑。 结合现场观察， 1， 2 格室颗粒污泥呈灰白色， 手 感黏稠， 酸味重， 3 格室则呈灰黑色， 手感略黏， 略有 酸味。5， 6 格室依然呈亮黑色， 污泥无黏稠感， 有臭 味。颗粒污泥形状仍为圆型和椭圆形。各格室颗粒 污泥的沉降性能良好。随着反应器的运行， 颗粒污泥 粒径逐渐增大， 然而沿着水流方向粒径却逐渐减小， 呈现明显的分级现象， 这主要是由于沿水流方向有机 基质逐渐减少， 营养匮乏引起的颗粒化减小现象 ［ 4］。 2. 6各格室中污泥表面菌丝的形态 从图 6 ～ 图 11 中可以看出， 各格室优势菌种不 同。由图 6 和图 7 可以看出 1， 2 格室中的微生物有 短杆状、 球状及丝状菌丝， 菌体较小， 并且有许多突起 的小球， 表面有黏液层 ［ 6， 7］。可见 1 格室以短杆菌和 球菌为主， 污泥的结构密实， 2 格室的污泥出现了些 许丝状菌， 并在污泥表面逐渐形成了网格。这两个格 43 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 室里的菌类， 有些散落， 有些堆积在一起， 偶见索氏甲 烷菌穿越其中， 没有太明显的优势菌， 菌群复杂多样， 这与它们格室底物多样化是一致的。在产甲烷过程 中利用 H2的产甲烷细菌生长的相当迅速， 在泥龄大 于1. 5 d便形成比较完整的微生物种群; 相反利用乙 酸产甲烷菌生长的较慢， 甲烷八叠球菌需要5 d以上， 而甲烷丝状菌需要更长的时间， 需要 12 d 才开始生 长 ［ 8］。由于 ABR 反应器截留生物固体能力很强， 污 泥的泥龄较长， 使微生物种群丰富， 这也是反应器耐 冲击负荷强、 处理效率高的内在原因。 图 6ABR 中 1 格室颗粒污泥表面菌丝的形态 图 7ABR 中 2 格室颗粒污泥表面菌丝的形态 图 8ABR 中 3 格室颗粒污泥表面菌丝的形态 图 9ABR 中 4 格室颗粒污泥表面菌丝的形态 由图 10、 图 11 可知， 5， 6 两个格室里有大量的丝 状、 球状、 螺旋状的菌种， 丝状菌缠绕成网状结构， 丝状 菌可能是产甲烷菌 ［ 9］， 它为该两个格室内的优势菌。 综上所述， 由于 ABR 各格室的环境 pH、 底物浓 度 不同， 形成的微生物群落分布也不相同， 其中 1， 2 格室颗粒污泥中以产酸菌为主， 5， 6 格室的优势种群 是产甲烷菌， 中间两个格室没有明显的优势菌群， 菌 群多样复杂。 图 10ABR 中 5 格室颗粒污泥表面菌丝的形态 图 11ABR 中 6 格室颗粒污泥表面菌丝的形态 3结论 1 在 ABR 反应器中采用分区进水， 能够缓解冲 击负荷， 以避免 VFA 的过度积累使 pH 值减小， 大大 减小了对微生物活性的抑制作用， 提高了处理效果。 2 ABR 反 应 器 在 1， 3， 5 格 室 中 进 水 比 例 为 5∶ 3∶ 2， 不 断 地 提 高 容 积 负 荷 时，挥 发 性 脂 肪 酸 VFA 、 VSS/TSS 均沿水流方向逐渐减小， 辅酶 F420 则沿程升高， 这说明后面格室的产甲烷活性明显高于 前面格室的产甲烷活性， 从而使得 ABR 反应器的处 理效率得到提高。 3 通过扫描电镜对颗粒污泥表面菌丝的观察结 果可知， 微生物在各格室内的种类分布大致相同， 但 各格室内仍有各自的优势菌群， 即前几格室以产酸菌 为主， 后几格室的优势菌群是产甲烷菌群。但与前期 单侧进水比较， 弱化了相分离程度， 改变了菌种分布。 参考文献 ［1 ］ 刘忠强. 有机负荷对 ABR 性能及其颗粒污泥的影响［D］ . 大 连 大连理工大学， 2006. 下转第 94 页 53 环境工程 2011 年 2 月第 29 卷第 1 期 式中A1 填埋作业单元面积， m 2; C1 填埋作业单元渗出系数， 一般取0. 5 ～ 0. 8， 设计取 0. 8; A2 中间覆盖单元面积， m2; C2 中间覆盖单元渗出系数， 一般为 0. 4 ～ 0. 8 C1， 设计取 0. 4; A3 终场覆盖单元面积， m2; C3 终场覆盖单元渗出系数， 取 0. 1 ～ 0. 2; I 由年均降水量转化为日均降水量， 取 2. 5 mm/d。 根据 式 1 计 算 得 平 均 日 处 理 渗 滤 液 量 为 80 m3/d。 4. 2进、 出水水质 根据东海县生活垃圾组分、 东海县气候情况、 参 考我国垃圾填埋场渗沥液水质范围及本工程设计填 埋工艺特点， 设计进水水质如表 1 所示。 表 1渗滤液进水水质 mg/L pH 除外 ρ CODρ BOD5ρ NH3-N ρ SSpH 20 00012 0002 0002 0006 ～ 9 设计出水水质达到 GB 168892008生活垃圾 填埋场污染控制标准 表 2 要求， 部分水回用， 其余排 入填埋场西侧山左口乡污水处理厂。 4. 3处理工艺 采用外置式膜生化反应器 MBR ［ 3］ 纳滤系统 NF 反渗透系统 RO 工艺， 渗滤液处理工艺主要 参数如表 2 所示。 渗滤液处理工艺流程如图 2 所示。 表 2主要工艺参数一览表 处理规模 / m3d － 1 污泥质量浓度 / kg m － 3 最小反硝化速率 / kg kg － 1d－ 1 污泥 BOD5负荷 / kg kg － 1d－ 1 最小好氧污 泥龄 /d 污泥产泥系数 / kg kg － 1 总需氧量 / kg d － 1 供风量 / m3h － 1 反硝化回 流比 / 80120. 080. 2118. 50. 183 8501 9001 200 图 2渗滤液处理工艺流程 5结论 1 先进灵活、 规范有序的填埋作业设计是建设 高水平垃圾填埋场的重要依据和保证。工程填埋作 业设计规范、 灵活、 有序， 并对覆盖方式作了改进， 节 省了有限的填埋库容。 2 渗滤液处理采用 MBR NF RO 工艺， 此工 艺先 进、 成 熟， 出 水 水 质 稳 定， 能 够 使 出 水 达 到 GB 168892008 的要求。 参考文献 ［1 ］ 陶如钧， 王翌. 丽水市务岭根垃圾填埋场工程设计［J］ . 中国给 水排水， 2007，23 22 49- 50. ［2 ］ 洪征， 耿震. 如东县垃圾、 粪便无害化处置场二期工程设计 ［J］ . 环境工程， 2010， 28 1 85- 86. ［3 ］ 陈雪， 张建强， 张华. 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