UASB反应器处理垃圾渗滤液的快速启动方法 摘要:研究了UASB反应器处理生活垃圾渗滤液时快速启动的条件, 结果表明:在夏季的室内水温(25-30℃)时,采用未经驯化的城市 生活污水厂(传统活性污泥法)的剩余污泥接种,经逐步培养法,通 过控制较低的液体上升流速(3.0m/d),可以在50d的时间里完成UASB 反应器处理垃圾渗滤液的启动,使其有机负荷(以 CODcr计)达到 10kg/m3·d),且 CODcr的去除率高达70%以上(较常规启动少用1 4个月的时间),进而在90d里完成污泥的颗粒化 关键词:UASB反应器;垃圾渗滤液;快速启动 Quick Start-up of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor in Treating landfill leachate HU Hao-yuan, ZHOU Gong-ming (School of Environmental Science and Engineering, Tongii University, Shanghai 200092, China) Abstract: Conditions for quick start-up of UASB reactor treating landfill leachate have been studied The results show at the ambient water temptemperature in summer(25- 30C) when inoculated with surplus sludge from municipal wastewater treatment plant ( which uses conventional activated sludge process)and cultivated step-by-step, and by controlling the
UASB 反应器处理垃圾渗滤液的快速启动方法 摘 要：研究了 UASB 反应器处理生活垃圾渗滤液时快速启动的条件， 结果表明：在夏季的室内水温（25－30℃）时，采用未经驯化的城市 生活污水厂（传统活性污泥法）的剩余污泥接种，经逐步培养法，通 过控制较低的液体上升流速（3.0m/d），可以在 50d 的时间里完成UASB 反应器处理垃圾渗滤液的启动，使其有机负荷（以 CODcr 计）达到 10kg/m3·d），且 CODcr 的去除率高达 70％以上（较常规启动少用 1 －4 个月的时间），进而在 90d 里完成污泥的颗粒化。 关键词：UASB 反应器；垃圾渗滤液；快速启动 Quick Start-up of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) Reactor in Treating LandfilI Leachate HU Hao-yuan, ZHOU Gong-ming (School of Environmental Science and Engineering, Tongii University, Shanghai 200092, China) Abstract: Conditions for quick start-up of UASB reactor treating landfill leachate have been studied. The results show: at the embient water temptemperature in summer (25～ 30℃), when inoculated with surplus sludge from municipal wastewater treatment plant (which uses conventional activated sludge process) and cultivated step-by-step, and by controlling the
liquid up-flowing speed at 3. Om/d, the UASB reactor can be started-up within 50 days in treating landfll leachate, with the organic loading rate (as CODcr) up to 10 kg/(m3. d)and the CODcr removal rate over 70%. Granulation of the sludge in this reac tor can he completed within 90 days, which is 1- 4 months shorter than with conventional start-up Key words: UASB reactor; landfill leachate; quick start-up 目前,在处理城市生活垃圾填埋场的渗滤液方面,世界上一些国 家如新西兰、美国、澳大利亚等采用了UASB艺,运行效果良好[1]。 我国也有实例,如福州、武汉、昆山等地在处理垃圾渗滤液时也有采 用UASB工艺。但由于我国对这方面研究不足,使得相当一部分处理 垃圾渗滤液的UASB反应器启动十分困难。为此,本研宄侧重于为实 现处理垃圾渗滤液的UASB反应器的快速启动提供实验依据和科学方 法 1实验方法 1.1实验装置 实验用UASB反应器采用内径为200m有机玻璃圆柱,高2.1m, 总容积55L,有效容积5叽L,在高度方向上每隔300m开一取样孔 1.2实验步骤及条件
liquid up-flowing speed at 3.0m/d, the UASB reactor can be started-up within 50 days in treating landfll leachate, with the organic loading rate (as CODcr) up to 10 kg/(m3.d).and the CODcr removal rate over 70%. Granulation of the sludge in this reactor can he completed within 90 days, which is 1～ 4 months shorter than with conventional start-up. Key words: UASB reactor; landfill leachate; quick start-up 目前，在处理城市生活垃圾填埋场的渗滤液方面，世界上一些国 家如新西兰、美国、澳大利亚等采用了 UASB 艺，运行效果良好[1]。 我国也有实例，如福州、武汉、昆山等地在处理垃圾渗滤液时也有采 用 UASB 工艺。但由于我国对这方面研究不足，使得相当一部分处理 垃圾渗滤液的 UASB 反应器启动十分困难。为此，本研究侧重于为实 现处理垃圾渗滤液的 UASB 反应器的快速启动提供实验依据和科学方 法。 1 实验方法 1．1 实验装置 实验用 UASB 反应器采用内径为 200 mm 有机玻璃圆柱，高 2.1m， 总容积 55L，有效容积 50L，在高度方向上每隔 300mm 开一取样孔。 1．2 实验步骤及条件
①投加接种污泥,接种污泥投加量为UASB反应器有效容积的25% 左右:接种污泥来自上海市某生活污水处理厂二沉池的剩余污泥,ρ ( MLVSS)=5350mg/L。沉降性能良好 ②第一周将UASB反应器的有机负荷(以 CODcr计)控制在0.5kg (m3.d),以后每隔7d增加一次有机负荷,即有机负荷为1,2,4 7,10kg/(m3.d)。 ③通过调节回流水量而控制整个启动期间液体上升流速(也即表 面水力负荷)在3.0m周左右。 ④考虑到高污泥停留时间是厌氧反应器高效运行的保证,本启动 期间并未进行排泥,从而保持高污泥浓度和高污泥停留时间 ⑤由于厌氧细菌在30一40℃活性较高,而实际工程加温费用较 为昂贵,故水温选夏季室内水温25-30℃进行启动实验。 ⑥垃圾渗滤液来自上海市老港城市生活垃圾填埋场调节池渗滤 液原水,本实验在启动阶段对此原水进行了稀释,使产( CODer) 2500mg/L,p(NH3N)≈200mg/L,p(TP)≈3.5mg/L,在工程中可 以通过出水回流来稀释较高浓度的渗滤液。 2结果与讨论 2.1选择压与污泥颗粒化 已有的研究表明,当温度等外界条件一定时,对UASB反应区内 的颗粒污泥的形成影响最大的是基质的种类、浓度以及液体上升流速
①投加接种污泥，接种污泥投加量为 UASB 反应器有效容积的 25％ 左右：接种污泥来自上海市某生活污水处理厂二沉池的剩余污泥，ρ （MLVSS）＝5350mg/L。沉降性能良好。 ②第一周将UASB 反应器的有机负荷（以CODcr 计）控制在0.5kg/ （m3.d），以后每隔 7d 增加一次有机负荷，即有机负荷为 1，2，4， 7，10kg/（m3.d）。 ③通过调节回流水量而控制整个启动期间液体上升流速（也即表 面水力负荷）在 3.0m 周左右。 ④考虑到高污泥停留时间是厌氧反应器高效运行的保证，本启动 期间并未进行排泥，从而保持高污泥浓度和高污泥停留时间。 ⑤由于厌氧细菌在 30－40℃活性较高，而实际工程加温费用较 为昂贵，故水温选夏季室内水温 25－30℃进行启动实验。 ⑥垃圾渗滤液来自上海市老港城市生活垃圾填埋场调节池渗滤 液原水，本实验在启动阶段对此原水进行了稀释，使产（CODcr）－ 2500mg/L，p（NH3-N）≈200mg/L，ρ（TP）≈3.5mg/L，在工程中可 以通过出水回流来稀释较高浓度的渗滤液。 2 结果与讨论 2.1 选择压与污泥颗粒化 已有的研究表明，当温度等外界条件一定时，对 UASB 反应区内 的颗粒污泥的形成影响最大的是基质的种类、浓度以及液体上升流速
也即表面水力负荷)和表面产气负荷(合称选择压)由 Hickey[2], Letting G.[3], Driessen[4]等人的研究表明基质的质量浓度 ( CODcr)在4000mg/L以下为宜。同时在 Riitta[5]等人的研究中认 为液体上升流速在2.5-3.0m/d(甚至0.72-0.96m/d[6])之间 时,最有利于UASB反应器内污泥的颗粒化。鉴于以上原因,本实验 的液体上升流速控制在3.0±0.2m/d,较国内的报道(一般为10m/d 以上)要低得多。图1反映了反应区内污泥平均粒径与选择压(以液 体上升流速与表面产气负荷之和计)随时间的变化。由图1可见,在 表面产气负荷快速增长期(第30天至第60天)污泥粒径增长迅速, 平均增长了1.0m,不仅充分说明了选择压对于污泥平均粒径有显著 的影响,而且还从另一侧面证明了充气搅拌确实可以加快污泥颗粒化 进程[7] 2.2有机负荷 有机负荷与 CODcr去除率随时间的变化情况如图2所示。由图2 可见,随着运行时间的增长OODr去除率总体上是逐步增长的,且每 次有机负荷突增后, CODer去除率有所下降但又会马上回升;同时进 水浓度对UASB反应器也有一定的影响,如在第44天时进水 CODer的 质量浓度从原来的约2500mg/L升到约3500mg/L时, CODcr去除率下 降到54.9%,但第46大又达到了63.4%,说明UASB反应器抗冲击
（也即表面水力负荷）和表面产气负荷（合称选择压）。由 Hickey[2]， Letting G．[3]，Driessen[4]等人的研究表明基质的质量浓度 （CODcr）在 4000mg/L 以下为宜。同时在 Riitta[5]等人的研究中认 为液体上升流速在 2.5－3.0m/d（甚至 0．72－0．96 m/d[6]）之间 时，最有利于 UASB 反应器内污泥的颗粒化。鉴于以上原因，本实验 的液体上升流速控制在 3.0±0.2m/d，较国内的报道（一般为 10m/d 以上）要低得多。图 1 反映了反应区内污泥平均粒径与选择压（以液 体上升流速与表面产气负荷之和计）随时间的变化。由图 1 可见，在 表面产气负荷快速增长期（第 30 天至第 60 天）污泥粒径增长迅速， 平均增长了 1.0mm，不仅充分说明了选择压对于污泥平均粒径有显著 的影响，而且还从另一侧面证明了充气搅拌确实可以加快污泥颗粒化 进程[7]。 2.2 有机负荷 有机负荷与 CODcr 去除率随时间的变化情况如图 2 所示。由图 2 可见，随着运行时间的增长 CODcr 去除率总体上是逐步增长的，且每 次有机负荷突增后，CODcr 去除率有所下降但又会马上回升；同时进 水浓度对 UASB 反应器也有一定的影响，如在第 44 天时进水 CODcr 的 质量浓度从原来的约 2500mg/L 升到约 3500mg/L 时，CODcr 去除率下 降到 54.9％，但第 46 大又达到了 63.4％，说明 UASB 反应器抗冲击
负荷能力比较强。对于UASB反应器处理垃圾渗滤液而言,只经过50d 的启动,有机负荷(以ODer计)就高达10kg/(m3.d),且 CODer 去除率高达70%以上,这显然比常规所需的启动时间4-6个月[4] 要短得多。究其原因,是因为在Ocr去除率较低(30%-60%)时, 底部进水口的乙酸质量浓度较高(1000-1500mg/L),充分发挥7以 巴氏甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污泥(又称A型颗粒污泥)在乙 酸浓度较髙时比増殖速度快的生理特性;而常规启动为了避免酸化, 常在αoDcr去除率达80%-90%后才提高有机负荷,其结果是从 开始即维持体系中较低水平的乙酸浓度,而无法培养起A型颗粒污泥 2.3出水挥发性脂肪酸VFA与叫值 出水挥发性脂肪酸ⅦFA在厌氧反应器控制中被认为是最重要的 参数,这是因为ⅦFA的去除程度可直接反映甲烷菌的活性,在正常情 况下,底物先由酸化菌转化为ⅦFA,而VFA又易被甲烷菌转化为甲烷 气体,因此甲烷菌活跃时,出水VFA浓度较低。一般认为出水VFA的 质量浓度低于200mg几L时,说明反应器运行良好,反之当VFA的质量 浓度高于800mg几L,就有“酸化”的危险[6]。而对于连续流厌氧工 艺,一般认为当p值在7.0-7.2时的有机负荷是比较理想的,而只 要温度及进水水质不变,出水的pH值主要取决于有机负荷。有机负
负荷能力比较强。对于 UASB 反应器处理垃圾渗滤液而言，只经过 50d 的启动，有机负荷（以 CODcr 计）就高达 10kg/（m3.d），且 CODcr 去除率高达 70％以上，这显然比常规所需的启动时间 4－6 个月[4] 要短得多。究其原因，是因为在 CODcr 去除率较低（30％－60％）时， 底部进水口的乙酸质量浓度较高（1000－1500mg/L），充分发挥 7 以 巴氏甲烷八叠球菌为主体的球状颗粒污泥（又称 A 型颗粒污泥）在乙 酸浓度较高时比增殖速度快的生理特性；而常规启动为了避免酸化， 常在 CODcr 去除率达 80％－90％后才提高有机负荷，其结果是从一 开始即维持体系中较低水平的乙酸浓度，而无法培养起 A 型颗粒污泥 [7]。 2．3 出水挥发性脂肪酸 VFA 与叫值 出水挥发性脂肪酸 VFA 在厌氧反应器控制中被认为是最重要的 参数，这是因为 VFA 的去除程度可直接反映甲烷菌的活性，在正常情 况下，底物先由酸化菌转化为 VFA，而 VFA 又易被甲烷菌转化为甲烷 气体，因此甲烷菌活跃时，出水 VFA 浓度较低。一般认为出水 VFA 的 质量浓度低于 200mg/L 时，说明反应器运行良好，反之当 VFA 的质量 浓度高于 800mg/L，就有“酸化”的危险[6]。而对于连续流厌氧工 艺，一般认为当 pH 值在 7.0－7.2 时的有机负荷是比较理想的，而只 要温度及进水水质不变，出水的 pH 值主要取决于有机负荷。有机负
荷一定时,消化液的p值很快就趋向某一固定值。已有经验证明 有机负荷低时,pH值较高;反之亦然。由此可知,VFA与pH值在某 种程度上有较为直接的关系,这一点在本启动中也得到了很好的反 映,详见图3 大多数研究者认为:p值的测定较VFA测定方便得多,所以当 条件有限时,可以利用VFA与p值这种较为直接的关系,通过出水 的pH值间接指示出水的ⅦA质量浓度。由图3可见,只要pH值在 7.15以上(本启动进水P值在7.0—7.1之间),就可以较好地将VFA 的质量浓度控制在400mg/L以下 2.4碱度与氨氮(NH3一N) 厌氧工艺出水的碱度通常是由其中的共轭酸碱对(主要有 NH4+/NH3, H2C03/HC03-,HC03-/C032-, H2S/HS-, HS-/S2-,HAC/AC- 等)决定的。因而厌氧体系的总碱度可粗略地由下式计算 总碱度=[HS-]+[HCO3-]+2[c032-]+[N3]+[Ac-] McCarty建议总碱度应维持在2000-5000mg/L的范围内,如果 反应器总碱度小于1000mg几L就会导致p值的下降,H2S的质量浓度 不应高于150mg/L、NH3-N的质量浓度不应高于1000ng/L[8]。本启 动实验期间,UASB反应器内总碱度平均值约为2100mg/L,而NH3-N 的质量浓度在180-300mg/L变化,运行情况良好
荷一定时，消化液的 pH 值很快就趋向某一固定值。已有经验证明： 有机负荷低时，pH 值较高；反之亦然。由此可知，VFA 与 pH 值在某 种程度上有较为直接的关系，这一点在本启动中也得到了很好的反 映，详见图 3。 大多数研究者认为：pH 值的测定较 VFA 测定方便得多，所以当 条件有限时，可以利用 VFA 与 pH 值这种较为直接的关系，通过出水 的 pH 值间接指示出水的 VFA 质量浓度。由图 3 可见，只要 pH 值在 7.15 以上（本启动进水 PH 值在 7.0－7.1 之间），就可以较好地将 VFA 的质量浓度控制在 400mg/L 以下。 2．4 碱度与氨氮（NH3－N） 厌氧工艺出水的碱度通常是由其中的共轭酸碱对（主要有 NH4+/NH3，H2CO3/HCO3-，HCO3-/CO32-，H2S/HS-，HS-/S2-，HAC/AC- 等）决定的。因而厌氧体系的总碱度可粗略地由下式计算： 总碱度=[HS-]+[HCO3-］+2[CO32-］+［NH3］+[Ac-] McCarty 建议总碱度应维持在 2000－5000mg/L 的范围内，如果 反应器总碱度小于 1000mg/L 就会导致 pH 值的下降，H2S 的质量浓度 不应高于 150mg/L、NH3-N 的质量浓度不应高于 1000mg/L[8]。本启 动实验期间，UASB 反应器内总碱度平均值约为 2100mg/L，而 NH3－N 的质量浓度在 180－300mg/L 变化，运行情况良好
3结论 ①采用城市生活污水厂的剩余污泥接种,在夏季自然水温25 30℃左右时,经逐步培养法,可以在50d的时间里完成UASB反应器 处理垃圾渗滤液的启动,使其有机负荷(以 CODcr计)高达10kg/ (m3.d),且COcr去除率高达70%以上(较常规启动少用1-4个 月的时间),进而在90d里完成污泥的颗粒化 ②可以通过利用A型颗粒污泥在较高的乙酸质量浓度(100 1500mg/L)下比增殖速度快的生理特性而达到缩短启动时间的目的。 ③UASB反应器处理垃圾渗滤液,较低的液体上升流速(本实验 在3.0m/d左右)有利于加速污泥颗粒化进程。 ④为了保证厌氧微生物有较高的增殖速度,应保持较高的启动温 度(25-35℃)为宜。 ⑤适当的碱度(约2100mg/L)有利于维持UASB反应器内p值 的稳定
3 结论 ①采用城市生活污水厂的剩余污泥接种，在夏季自然水温 25－ 30℃左右时，经逐步培养法，可以在 50d 的时间里完成 UASB 反应器 处理垃圾渗滤液的启动，使其有机负荷（以 CODcr 计）高达 10kg/ （m3.d），且 CODcr 去除率高达 70％以上（较常规启动少用 1－4 个 月的时间），进而在 90d 里完成污泥的颗粒化。 ②可以通过利用 A 型颗粒污泥在较高的乙酸质量浓度（1000－ 1500mg/L）下比增殖速度快的生理特性而达到缩短启动时间的目的。 ③UASB 反应器处理垃圾渗滤液，较低的液体上升流速（本实验 在 3.0m/d 左右）有利于加速污泥颗粒化进程。 ④为了保证厌氧微生物有较高的增殖速度，应保持较高的启动温 度（25－35℃）为宜。 ⑤适当的碱度（约 2100mg/L）有利于维持 UASB 反应器内 pH 值 的稳定