EGSB反应器初期启动颗粒污泥显微特征
摘 要：EGSB反应器在常温下处理低浓度的污水以及高浓度难降解的工业废水方面有着其它厌氧反应器所不可比拟的优势。厌氧颗粒污泥是EGSB反应器高效稳定运行的关键，本文通过显微观察研究了EGSB反应器初期启动过程中颗粒污泥的特征。污泥颗粒化进展顺利标志着EGSB反应器初期启动成功。
关键词：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)，颗粒污泥，显微，初期启动
1 引言
在过去的十多年中，UASB反应器在高浓度废水的处理方面已经发挥了重要作用，而作为对UASB反应器改进的EGSB反应器，于80年代后期在荷兰Wageningen农业大学环境系首先开始研究[1]，它在常温下处理低浓度的污水以及高浓度难降解的工业废水方面有着其它厌氧反应器所不可比拟的优势，它的处理范围更广，占地面积较小，投资更省，虽然目前国际上只有少数国家对EGSB反应器进行了研究，而且工业规模的EGSB反应器为数还少，但它必
将得到越来越广泛的应用[2、3]。厌氧颗粒污泥是EGSB反应器高效稳定运行的关键，本文将通过显微观察研究EGSB反应器初期启动颗粒污泥的特征。
2 污泥颗粒化的意义
在EGSB反应器内，厌氧污泥可以以絮状的聚集体存在，也可以以直径约0.5-5.0mm的球形或椭球形(颗粒污泥)存在[2、3]。在厌氧反应器内颗粒污泥形成的过程称之为污泥颗粒化。污泥颗粒化是大多数EGSB反应器启动的目标和启动成功的标志。
颗粒污泥的形成使EGSB内可以保留高浓度的厌氧污泥，使EGSB反应器具有更高的有机容积负荷和水力负荷。细菌形成颗粒污泥的聚集体是一个微生态系统，其中不同类型的种群组成了共生或互生体系，有利于形成细菌生长的生理生化条件并利于有机物的降解;颗粒形成有利于其中的细菌对营养的吸收;颗粒使发酵菌的中间产物的扩散距离大大缩短，这对复杂有机物的降解是重要的;此外，在废水性质突然变化时，颗粒污泥能维持一个相对稳定的微环境，使代谢过程继续进行[3、4、5]。
3 实验过程
厌氧颗粒污泥是EGSB反应器高效稳定运行的关键[6]，因此必须首先培养出颗粒污泥，才能使EGSB反应器按正常方式运行。初期启动通常是指一个新建的厌氧系统以未经驯化的污泥(例如污水厂污泥消化池)接种使反应器达到设计负荷和有机去除率的过程，通常这一过程伴随着污泥颗粒化的完成。
本实验主要选用自培养污泥和合肥市王小郢污水处理厂的脱水污泥作为接种污泥：(1)自培养污泥，其SS为0.75g/L，VSS为0.4g/L，VSS/SS为0.53，接种量为15gTSS;(2)合肥市王小郢城市污水处理厂的脱水污泥，用孔径2mm的筛子筛洗去除大的污物后静沉，去除污泥中的细砂，污泥SS为14.7g/L,VSS为6.6，VSS/SS为0.448，污泥沉降比为476mL/L,污泥体积指数SVI为32.4mL/g，接种量为129gTSS。接种前，自培养污泥以生活污水为碳源，在常温下利用消化罐培养驯化两个月;脱水污泥经反复过筛淘洗，取其匀细污泥。二种污泥经混合后作为本反应器的接种污泥，污泥的SS为27.8g/L,VSS为12.5g/L,VSS/SS为0.45,污泥沉降比为464mL/L，污泥体积指数SVI为33.4mL/g，反应器接种污泥总量144gTSS。
接种后，反应器以葡萄糖配水进液，开始启动EGSB反应器，培养颗粒污泥。为保证系统的稳定运行，每天监测其进出水COD，镜检观察污泥中的微生物生长情况，严格控制反应器中的pH值在6.5-7.8的范围内。另外，产气量也是非常重要的监测指标，它能够迅速地反映出反应器的运行状态和甲烷菌的活性。在反应器稳定运行的基础上，逐步提高反应器的有机负荷和水力负荷，实现浓度和压力对污泥的选择。为考察反应器中污泥特性的变化，每隔5-7天分别从8个采样口采样测定以下几个指标：SS，VSS及SVI。在反应器启动过程中，对不同阶段的污泥进行显微镜拍照，观察污泥的颗粒化进程。
4 初期启动过程中颗粒污泥显微观察研究
4.1污泥颗粒化机理
根据Alphenaar的观点：颗粒污泥是具有自我平衡的，适宜于上流式废水处理系统的微?生物聚集体，这一聚集体形态上相对较大，其物理性状相对稳定，具有较好的沉降性能和产甲烷活性。颗粒污泥是具有相对规则的球形或椭球行外观，成熟的颗粒污泥表面边界清晰，其直径多在0.5-5.0mm。
厌氧发酵释放的沼气气泡和布水系统产生的上升水流将使反应器内污泥同时受到水流剪切力、颗粒碰撞摩擦力、泡振力和气泡尾涡混渗力等四种力的混合作用。这四种力叠加后的综合作用与反应池内的颗粒污泥强度相适应时，才能使颗粒污泥顺利产生并得以维持，也就是说适宜的水力混杂、泡振及剪切强度是形成颗粒污泥的必要条件。
4.2污泥颗粒化过程中颗粒污泥显微特征
本次实验的接种污泥采用自培养污泥和合肥市王小郢污水处理厂的脱水污泥，镜检观察到接种污泥的微生物种群比较丰富。从图1显微照片中可见，接种污泥的形态表现为大片的絮状体。下面分别结合连续运行第15天，第31天，第36天，第45天，第51天的污泥显微照片，来说明实验中污泥特性的变化过程。
连续运行第15天，从显微照片(图2)中可见，絮状污泥已经开始有聚集的趋势，且污泥由接种时的暗红色转变为灰白色。
连续运行31天后，显微照片(图3)显示，污泥进一步聚集，形成的微生物聚集体比前次观察要大。聚集体中能观察到大量黑色颗粒，将以此为核心进一步形成颗粒污泥，说明污泥颗粒化已经开始。
运行36天后，污泥进一步密实，絮状体基本消失，显微照片中观察到污泥颗粒化已经很明显，其形态与前期差别很大(图4)。微生物聚集体继续增大，能观察到较大的生物聚集体，直径达0.2mm，这可以认为是正在形成中的颗粒污泥。
运行第45天，污泥中颗粒增多增大(图5)。
运行第51天，反应器内颗粒污泥明显增大，数量增多，平均直径达0.5-0.6mm(图6-1，图6-2)。并且底部污泥的颗粒化程度较高，底部较大颗粒污泥的直径已达1.2mm，且能观察到其大致的立体结构(图7)。
颗粒污泥显微特征表明，EGSB反应器污泥颗粒化进展顺利，同时，伴随着颗粒污泥的形成，COD的去除率逐渐提高并稳定在较高水平，SVI值也呈明显下降，这些特征标志着EGSB反应器初期启动成功。
5 结语
足够浓度的高活性颗粒污泥的形成是EGSB反应器启动成功的关键与标志。总体来说，启动过程中颗粒污泥的形成受到接种污泥的性质、基质成分、反应器的工艺条件、微生物的性质以及微生物菌种之间，微生物与基质之间的相互作用等影响。颗粒污泥形成后，为使颗粒污泥进一步成熟，充满整个污泥床，还需进一步提高有机负荷和水力负荷，冲走轻质污泥絮体。此外，在EGSB反应器启动初期，人为向反应器中投加适量的细微颗粒物如粘土、陶粒、颗粒活性炭等，有利于缩短颗粒污泥的形成时间。同时，控制好反应器的操作条件对于整个反应器的启动过程是至关重要的，操作条件的恶化可能导致颗粒污泥结构的破坏，污泥大量上浮，引起大量流失，这是应当避免的。
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