絮凝劑與粉煤灰組合對(duì)厭氧污泥顆?；绊?/h1>
2011-04-14 11:23:10劉雅巍鄭娜劉磊
山西建筑 2011年18期
劉雅巍 鄭娜 劉磊
1 概述
顆粒污泥的形成為厭氧反應(yīng)器高效穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，而反應(yīng)器初次啟動(dòng)過程緩慢，在短期內(nèi)培養(yǎng)出活性高，沉降性能優(yōu)良，并適合于待處理廢水水質(zhì)的厭氧顆粒污泥已成為研究的熱點(diǎn)，絮凝劑對(duì)厭氧污泥顆?；拇龠M(jìn)作用已得到證實(shí)。
絮凝劑對(duì)厭氧污泥顆?；拇龠M(jìn)作用可通過測(cè)定反應(yīng)器在投加絮凝劑與粉煤灰后厭氧污泥性質(zhì)的變化評(píng)價(jià)，包括比產(chǎn)甲烷活性和沉降性能等。由于厭氧微生物(尤其是產(chǎn)甲烷菌)對(duì)環(huán)境變化非常敏感，投加物不應(yīng)對(duì)產(chǎn)甲烷菌有毒性抑制作用，否則會(huì)破壞厭氧代謝過程的平衡，造成揮發(fā)酸而導(dǎo)致厭氧消化過程失敗。
試驗(yàn)以陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM、陽(yáng)離子型有機(jī)高分子聚合物)為篩選物，結(jié)合粉煤灰的吸附特性，評(píng)價(jià)了絮凝劑與粉煤灰組合后對(duì)厭氧污泥顆粒化的影響。
2 確定陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰的最佳組合
陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM)屬陽(yáng)離子型有機(jī)高分子聚合物，能夠與帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞產(chǎn)生靜電吸引和吸附架橋作用，所以可以選用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺作為促進(jìn)劑，通過厭氧污泥的毒性和生物絮體沉降性能的測(cè)定和分析，評(píng)價(jià)投加陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合后對(duì)促進(jìn)厭氧微生物固定化的可行性，以及與粉煤灰的最佳組合濃度。
本研究采用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的濃度為10mg/L，20mg/L，40mg/L，50mg/L及粉煤灰的濃度為100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L，將此正交組合。隔天測(cè)量產(chǎn)氣量、30 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)定反應(yīng)瓶中上清液的COD，SS，厭氧污泥的區(qū)域沉降速度(ZSV)和污泥容積指數(shù)(SVI)以確定陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰的最佳組合濃度。試驗(yàn)用比產(chǎn)甲烷活性和甲烷轉(zhuǎn)化率對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)投加不同濃度的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合后厭氧污泥的比產(chǎn)甲烷活性和厭氧氧化的完全程度。
圖1～圖 4分別為粉煤灰的濃度為 100 mg/L，200 mg/L，400mg/L，500mg/L時(shí)投加不同濃度的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的反應(yīng)瓶與空白試樣反應(yīng)瓶的累計(jì)產(chǎn)氣曲線，表 1～表 4分別為粉煤灰的濃度為100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
由圖1可知，當(dāng)粉煤灰投加量為100mg/L時(shí)，CPAM濃度為10mg/L時(shí)的產(chǎn)氣曲線與空白試樣接近;其他反應(yīng)瓶的產(chǎn)氣曲線相互接近，且產(chǎn)氣量均高于空白試樣的產(chǎn)氣量，說明CPAM的濃度為20mg/L，40mg/L，50mg/L時(shí)，對(duì)厭氧污泥的總產(chǎn)氣量有一定的促進(jìn)作用。
由表1可知，當(dāng)粉煤灰濃度為100mg/L時(shí)，CPAM濃度為20mg/L，40mg/L，50mg/L時(shí)的COD去除率、甲烷轉(zhuǎn)化率都要高于未投加CPAM和粉煤灰的空白試樣。
表1 粉煤灰為100 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
表2 粉煤灰為200 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
由圖2可知，當(dāng)粉煤灰的濃度為200mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶的產(chǎn)氣曲線較為一致，總產(chǎn)氣量均高于空白試樣，且CPAM濃度為10mg/L， 40mg/L和50mg/L時(shí)的總產(chǎn)氣量分別為20.35m L，21.35m L和20.7m L，更為接近，說明在此粉煤灰濃度下，不同濃度CPAM對(duì)厭氧污泥的總產(chǎn)氣量的促進(jìn)作用差別不大。
由表2可知，在粉煤灰濃度為200mg/L時(shí)各濃度的CPAM反應(yīng)瓶的COD去除率無(wú)明顯差別，說明在粉煤灰濃度為200 mg/L時(shí)，CPAM的濃度對(duì)滲濾液COD的去除影響不大，且50 mg/L CPAM的比產(chǎn)甲烷活性和區(qū)域沉降速度分別為0.010 1 gCODCH4/ (gVSS?d)和21.206m/h，均為最高值，說明50mg/L CPAM的潛在產(chǎn)甲烷能力高于10mg/L CPAM，20mg/L CPAM和40 mg/L CPAM，且厭氧污泥的沉降性能最好，可以將50mg/L CPAM視為此粉煤灰濃度下的最佳濃度。這是由于絮凝作用使得不同種類的厭氧菌群聚集在生物絮體內(nèi)，縮短了底物在不同種類的厭氧菌群之間的傳質(zhì)距離，從而提高了處理效果。
由圖3可知，在粉煤灰濃度為400mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶中的產(chǎn)氣曲線與空白試樣基本一致，總產(chǎn)氣量由大到小依次為 20.6m L，20.05mL，18.8m L和17.9 mL，CPAM的濃度依次為10 mg/L，20mg/L，50mg/L，40mg/L。
由表3可知，在粉煤灰濃度為400mg/L時(shí)，10mg/L CPAM的比產(chǎn)甲烷活性為0.009 1 gCODCH4/(gVSS?d)是最高的，說明隨著顆粒污泥尺寸增加，其比產(chǎn)甲烷活性會(huì)減少，這是因?yàn)榈孜锱c末端產(chǎn)物在顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率較慢。
表3 粉煤灰為400 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
表4 粉煤灰為500 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
由圖4可知，當(dāng)粉煤灰的濃度為500mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶中的總產(chǎn)氣量較為接近，說明在此粉煤灰濃度下各濃度CPAM對(duì)厭氧污泥活性的促進(jìn)作用接近。
由表4可知，當(dāng)粉煤灰濃度為500 mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶中的COD去除率、甲烷轉(zhuǎn)化率較為接近，且高于其他粉煤灰濃度時(shí)的這些指標(biāo)，說明隨著粉煤灰濃度的增加，加強(qiáng)了CPAM對(duì)厭氧污泥活性的促進(jìn)作用。
3 結(jié)語(yǔ)
在試驗(yàn)過程中觀察到投加陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合的反應(yīng)瓶中上清液清澈。在投加初期污泥成團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，團(tuán)粒直徑在0.5 cm～2 cm之間，CPAM量越高，團(tuán)粒越大。伴隨產(chǎn)氣過程而出現(xiàn)的污泥成團(tuán)上浮現(xiàn)象，如及時(shí)排氣并搖動(dòng)使粘附在污泥上的氣體釋放，則厭氧污泥又會(huì)沉降下來(lái)。
投加CPAM的反應(yīng)瓶中，當(dāng)粉煤灰的濃度大于100mg/L時(shí)，10mg/L～50mg/L CPAM的總產(chǎn)氣量要高于空白試樣，且厭氧污泥的區(qū)域沉降速度也明顯高于空白試樣，說明CPAM對(duì)厭氧污泥的活性有促進(jìn)作用，且能使形成的生物絮體，具有良好的沉降性能，并且隨著粉煤灰的增加，處理效果也增強(qiáng)了。
[1] 嚴(yán)煦世，范瑾初.給水工程[M].第 4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.
[2] 岳秀萍，李亞新.聚季胺物對(duì)厭氧污泥特性的影響研究[J].中國(guó)給水排水，2004，20(1):10-12.
[3] 王香梅，曹 霞.陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的開發(fā)與應(yīng)用[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2002，3(1):9-12.
[4] 李亞峰，孫鳳海.粉煤灰處理廢水的機(jī)理及應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2001，28(2):30-32.
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絮凝劑對(duì)厭氧污泥顆?；拇龠M(jìn)作用可通過測(cè)定反應(yīng)器在投加絮凝劑與粉煤灰后厭氧污泥性質(zhì)的變化評(píng)價(jià)，包括比產(chǎn)甲烷活性和沉降性能等。由于厭氧微生物(尤其是產(chǎn)甲烷菌)對(duì)環(huán)境變化非常敏感，投加物不應(yīng)對(duì)產(chǎn)甲烷菌有毒性抑制作用，否則會(huì)破壞厭氧代謝過程的平衡，造成揮發(fā)酸而導(dǎo)致厭氧消化過程失敗。
試驗(yàn)以陽(yáng)離子聚丙烯酰胺(CPAM、陽(yáng)離子型有機(jī)高分子聚合物)為篩選物，結(jié)合粉煤灰的吸附特性，評(píng)價(jià)了絮凝劑與粉煤灰組合后對(duì)厭氧污泥顆粒化的影響。
2 確定陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰的最佳組合
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本研究采用陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的濃度為10mg/L，20mg/L，40mg/L，50mg/L及粉煤灰的濃度為100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L，將此正交組合。隔天測(cè)量產(chǎn)氣量、30 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)定反應(yīng)瓶中上清液的COD，SS，厭氧污泥的區(qū)域沉降速度(ZSV)和污泥容積指數(shù)(SVI)以確定陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰的最佳組合濃度。試驗(yàn)用比產(chǎn)甲烷活性和甲烷轉(zhuǎn)化率對(duì)比來(lái)評(píng)價(jià)投加不同濃度的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺與粉煤灰組合后厭氧污泥的比產(chǎn)甲烷活性和厭氧氧化的完全程度。
圖1～圖 4分別為粉煤灰的濃度為 100 mg/L，200 mg/L，400mg/L，500mg/L時(shí)投加不同濃度的陽(yáng)離子聚丙烯酰胺的反應(yīng)瓶與空白試樣反應(yīng)瓶的累計(jì)產(chǎn)氣曲線，表 1～表 4分別為粉煤灰的濃度為100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
由圖1可知，當(dāng)粉煤灰投加量為100mg/L時(shí)，CPAM濃度為10mg/L時(shí)的產(chǎn)氣曲線與空白試樣接近;其他反應(yīng)瓶的產(chǎn)氣曲線相互接近，且產(chǎn)氣量均高于空白試樣的產(chǎn)氣量，說明CPAM的濃度為20mg/L，40mg/L，50mg/L時(shí)，對(duì)厭氧污泥的總產(chǎn)氣量有一定的促進(jìn)作用。
由表1可知，當(dāng)粉煤灰濃度為100mg/L時(shí)，CPAM濃度為20mg/L，40mg/L，50mg/L時(shí)的COD去除率、甲烷轉(zhuǎn)化率都要高于未投加CPAM和粉煤灰的空白試樣。
表1 粉煤灰為100 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
表2 粉煤灰為200 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
由圖2可知，當(dāng)粉煤灰的濃度為200mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶的產(chǎn)氣曲線較為一致，總產(chǎn)氣量均高于空白試樣，且CPAM濃度為10mg/L， 40mg/L和50mg/L時(shí)的總產(chǎn)氣量分別為20.35m L，21.35m L和20.7m L，更為接近，說明在此粉煤灰濃度下，不同濃度CPAM對(duì)厭氧污泥的總產(chǎn)氣量的促進(jìn)作用差別不大。
由表2可知，在粉煤灰濃度為200mg/L時(shí)各濃度的CPAM反應(yīng)瓶的COD去除率無(wú)明顯差別，說明在粉煤灰濃度為200 mg/L時(shí)，CPAM的濃度對(duì)滲濾液COD的去除影響不大，且50 mg/L CPAM的比產(chǎn)甲烷活性和區(qū)域沉降速度分別為0.010 1 gCODCH4/ (gVSS?d)和21.206m/h，均為最高值，說明50mg/L CPAM的潛在產(chǎn)甲烷能力高于10mg/L CPAM，20mg/L CPAM和40 mg/L CPAM，且厭氧污泥的沉降性能最好，可以將50mg/L CPAM視為此粉煤灰濃度下的最佳濃度。這是由于絮凝作用使得不同種類的厭氧菌群聚集在生物絮體內(nèi)，縮短了底物在不同種類的厭氧菌群之間的傳質(zhì)距離，從而提高了處理效果。
由圖3可知，在粉煤灰濃度為400mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶中的產(chǎn)氣曲線與空白試樣基本一致，總產(chǎn)氣量由大到小依次為 20.6m L，20.05mL，18.8m L和17.9 mL，CPAM的濃度依次為10 mg/L，20mg/L，50mg/L，40mg/L。
由表3可知，在粉煤灰濃度為400mg/L時(shí)，10mg/L CPAM的比產(chǎn)甲烷活性為0.009 1 gCODCH4/(gVSS?d)是最高的，說明隨著顆粒污泥尺寸增加，其比產(chǎn)甲烷活性會(huì)減少，這是因?yàn)榈孜锱c末端產(chǎn)物在顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率較慢。
表3 粉煤灰為400 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
表4 粉煤灰為500 mg/L時(shí)投加CPAM反應(yīng)瓶試驗(yàn)數(shù)據(jù)
由圖4可知，當(dāng)粉煤灰的濃度為500mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶中的總產(chǎn)氣量較為接近，說明在此粉煤灰濃度下各濃度CPAM對(duì)厭氧污泥活性的促進(jìn)作用接近。
由表4可知，當(dāng)粉煤灰濃度為500 mg/L時(shí)，各反應(yīng)瓶中的COD去除率、甲烷轉(zhuǎn)化率較為接近，且高于其他粉煤灰濃度時(shí)的這些指標(biāo)，說明隨著粉煤灰濃度的增加，加強(qiáng)了CPAM對(duì)厭氧污泥活性的促進(jìn)作用。
3 結(jié)語(yǔ)
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投加CPAM的反應(yīng)瓶中，當(dāng)粉煤灰的濃度大于100mg/L時(shí)，10mg/L～50mg/L CPAM的總產(chǎn)氣量要高于空白試樣，且厭氧污泥的區(qū)域沉降速度也明顯高于空白試樣，說明CPAM對(duì)厭氧污泥的活性有促進(jìn)作用，且能使形成的生物絮體，具有良好的沉降性能，并且隨著粉煤灰的增加，處理效果也增強(qiáng)了。
[1] 嚴(yán)煦世，范瑾初.給水工程[M].第 4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.
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[3] 王香梅，曹 霞.陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑的開發(fā)與應(yīng)用[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展，2002，3(1):9-12.
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