厌氧知识讲座.ppt

2008年8月1日 编制人：郑晓春 一、厌氧颗粒污泥及其形成机理 上流式厌氧污泥床(UASB)作为一种高效厌氧生物反应器，在世界范围内被大量应用并且运转非常成功。其最大特点就是能够形成沉降性能良好，产甲烷活性高的颗粒污泥。厌氧颗粒污泥的形成使UASB中有较高的生物相，从而确保厌氧生化过程稳定高效地运行。迄今为止，许多研究者对厌氧颗粒污泥的形成进行了大量研究，从不同角度提出了不少机制、学说。 1　厌氧颗粒污泥的基本特性 1.1　物理特性　　厌氧颗粒污泥的形状大多数具有相对规则的球形或椭球形。成熟的厌氧颗粒污泥(简称颗粒污泥)表面边界清晰，直径变化范围为0.14～5mm，最大直径可达7mm。　　颗粒污泥的颜色通常是黑色或灰色。但贺延龄和Kosaric曾观察到白色颗粒污泥。颗粒污泥的颜色取决于处理条件，特别是与Fe、Ni、Co等金属的硫化物有关。Kosaric等发现当颗粒污泥中的S/Fe值比较低时，颗粒呈黑色。　　颗粒污泥的密度约在1030～1080kg/m3之间。密度与颗粒直径之间的关系尚未能完全确定，一般认为污泥的密度随直径的增大而降低。 用扫描电镜观察颗粒污泥表面，经常可以发现许多孔隙和洞穴，这些孔隙和洞穴被认为是基质传递的通道，气体也可经此输送出去。直径较大的颗粒污泥往往有一个空腔，这是由于基质不足而引起细胞自溶造成的，大而空的颗粒污泥容易被水流冲出或被水流剪切成碎片，成为新生颗粒污泥的内核。颗粒污泥的孔隙率在40%～80%之间，小颗粒污泥孔隙率高而大颗粒污泥孔隙率低，因此小颗粒污泥具有更强的生命力和相对高的产甲烷活性。 颗粒污泥有良好的沉降性能，Schmidt等认为其沉降速度范围为18～100m/h，典型值在18～50m/h之间。根据沉降速率可将颗粒污泥分为三类：第一种，沉降性能不好，18～20m/h；第二种，沉降性能满意，18～50m/h；第三种，沉降性能很好，50～100m/h。后两种属于良好的污泥。 1.2　化学特性 　　颗粒污泥的干重(TSS)是挥发性悬浮物(VSS)与灰分(ASH)之和。VSS主要由细胞和胞外有机物组成，通常情况下VSS占污泥总量的比例是70%～90%。Lettinga给出的范围为30%～90%，其下限30%是在高浓度Ca2+存在下取得的。Ross在其研究中发现含VSS约90%的颗粒污泥中，有机物中粗蛋白占11.0%～12.5%，碳水化合物占10%～20%。颗粒污泥中一般含C 40.5%，H约7%，N约10%左右。 1.2.1　无机组分　　颗粒污泥中的无机灰分含量因生长基质的不同而有较大的差异，其范围值为8%～66%。一般中温条件下复杂基质培养的颗粒污泥的灰分比单一基质培养的低；高温下培养的污泥灰分比中温培养高1.5倍。研究表明，灰分的增加将提高颗粒污泥的密度，过高的灰分会导致污泥孔隙率的降低，影响基质在颗粒污泥中的扩散。 颗粒污泥中Fe、Ca、Si、P、S均为大量元素，Ca、Mg、Fe和其他一些金属离子可能以碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐或硫化物的形式存在于颗粒污泥中。基质中少量Ca2+对颗粒化过程的促进作用已达成共识，一般认为：(1)Ca2+可中和细菌表面的负电荷，从而使细菌凝聚；(2)颗粒污泥中Ca2+可与CO2生成CaCO3晶体，增加污泥的比重，改善颗粒污泥的沉降性能；(3)Ca2+能稳定细胞外分泌出的多糖体，形成藻蛋白酸盐凝胶，粘结各种生物体，同时还作为细胞表面之间的连接体。适宜的Ca2+浓度为80～150mg/L；过高的Ca2+会使污泥的活性下降，但Lettinga等发现Ca2+在600mg/L时，颗粒污泥对COD的去除率高达98%。Dolfing等报道过灰分的30%为FeS，FeS可能沉淀到微亲脂性的细菌表面；据认为FeS较高的表面张力和细菌表面的亲脂性可起到稳定细菌团粒的作用。 1.2.2　胞外多聚物(Extra cellular Polymers) 　　借助扫描和透射电镜观察颗粒污泥，经常发现一些细菌表面分泌有一层薄薄的粘液层，即胞外多聚物(简称ECP)。厌氧污泥与好氧污泥分泌的ECP成分有很大差异，厌氧污泥的ECP以胞外聚多糖(Extra cellular Polysaccharides，简称EPS)和蛋白质为主，好氧污泥的分泌物以碳水化合物为主，但好氧污泥ECP产量约为厌氧污泥的4～7倍。颗粒污泥中的许多厌氧细菌都可产生ECP。Veiga等发现甲酸甲烷杆菌和马氏甲烷八叠球菌提供了颗粒污泥的EPS中各种糖组分，前者的作用似乎更大些。 一般认为，颗粒污泥的形成与ECP的产生有密切的联系。Morgan等认为ECP的组分可以改变细菌絮体的表面特性和颗粒污泥的物理特性，废水中的细菌一般带负电荷，相互会产生静电排斥力，ECP的产生可以改变细菌的表面电荷和能