絮凝剂与粉煤灰组合对厌氧污泥颗粒化影响

刘雅巍 郑娜 刘磊

1 概述

颗粒污泥的形成为厌氧反应器高效稳定运行奠定了基础，而反应器初次启动过程缓慢，在短期内培养出活性高，沉降性能优良，并适合于待处理废水水质的厌氧颗粒污泥已成为研究的热点，絮凝剂对厌氧污泥颗粒化的促进作用已得到证实。

絮凝剂对厌氧污泥颗粒化的促进作用可通过测定反应器在投加絮凝剂与粉煤灰后厌氧污泥性质的变化评价，包括比产甲烷活性和沉降性能等。由于厌氧微生物(尤其是产甲烷菌)对环境变化非常敏感，投加物不应对产甲烷菌有毒性抑制作用，否则会破坏厌氧代谢过程的平衡，造成挥发酸而导致厌氧消化过程失败。

试验以阳离子聚丙烯酰胺(CPAM、阳离子型有机高分子聚合物)为筛选物，结合粉煤灰的吸附特性，评价了絮凝剂与粉煤灰组合后对厌氧污泥颗粒化的影响。

2 确定阳离子聚丙烯酰胺与粉煤灰的最佳组合

阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)属阳离子型有机高分子聚合物，能够与带负电荷的微生物细胞产生静电吸引和吸附架桥作用，所以可以选用阳离子聚丙烯酰胺作为促进剂，通过厌氧污泥的毒性和生物絮体沉降性能的测定和分析，评价投加阳离子聚丙烯酰胺与粉煤灰组合后对促进厌氧微生物固定化的可行性，以及与粉煤灰的最佳组合浓度。

本研究采用阳离子聚丙烯酰胺的浓度为10mg/L，20mg/L，40mg/L，50mg/L及粉煤灰的浓度为100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L，将此正交组合。隔天测量产气量、30 d试验结束时测定反应瓶中上清液的COD，SS，厌氧污泥的区域沉降速度(ZSV)和污泥容积指数(SVI)以确定阳离子聚丙烯酰胺与粉煤灰的最佳组合浓度。试验用比产甲烷活性和甲烷转化率对比来评价投加不同浓度的阳离子聚丙烯酰胺与粉煤灰组合后厌氧污泥的比产甲烷活性和厌氧氧化的完全程度。

图1～图 4分别为粉煤灰的浓度为 100 mg/L，200 mg/L，400mg/L，500mg/L时投加不同浓度的阳离子聚丙烯酰胺的反应瓶与空白试样反应瓶的累计产气曲线，表 1～表 4分别为粉煤灰的浓度为100mg/L，200mg/L，400mg/L，500mg/L时投加CPAM反应瓶的试验数据。

由图1可知，当粉煤灰投加量为100mg/L时，CPAM浓度为10mg/L时的产气曲线与空白试样接近;其他反应瓶的产气曲线相互接近，且产气量均高于空白试样的产气量，说明CPAM的浓度为20mg/L，40mg/L，50mg/L时，对厌氧污泥的总产气量有一定的促进作用。

由表1可知，当粉煤灰浓度为100mg/L时，CPAM浓度为20mg/L，40mg/L，50mg/L时的COD去除率、甲烷转化率都要高于未投加CPAM和粉煤灰的空白试样。

表1 粉煤灰为100 mg/L时投加CPAM反应瓶试验数据

表2 粉煤灰为200 mg/L时投加CPAM反应瓶试验数据

由图2可知，当粉煤灰的浓度为200mg/L时，各反应瓶的产气曲线较为一致，总产气量均高于空白试样，且CPAM浓度为10mg/L， 40mg/L和50mg/L时的总产气量分别为20.35m L，21.35m L和20.7m L，更为接近，说明在此粉煤灰浓度下，不同浓度CPAM对厌氧污泥的总产气量的促进作用差别不大。

由表2可知，在粉煤灰浓度为200mg/L时各浓度的CPAM反应瓶的COD去除率无明显差别，说明在粉煤灰浓度为200 mg/L时，CPAM的浓度对渗滤液COD的去除影响不大，且50 mg/L CPAM的比产甲烷活性和区域沉降速度分别为0.010 1 gCODCH4/ (gVSS◦d)和21.206m/h，均为最高值，说明50mg/L CPAM的潜在产甲烷能力高于10mg/L CPAM，20mg/L CPAM和40 mg/L CPAM，且厌氧污泥的沉降性能最好，可以将50mg/L CPAM视为此粉煤灰浓度下的最佳浓度。这是由于絮凝作用使得不同种类的厌氧菌群聚集在生物絮体内，缩短了底物在不同种类的厌氧菌群之间的传质距离，从而提高了处理效果。

由图3可知，在粉煤灰浓度为400mg/L时，各反应瓶中的产气曲线与空白试样基本一致，总产气量由大到小依次为 20.6m L，20.05mL，18.8m L和17.9 mL，CPAM的浓度依次为10 mg/L，20mg/L，50mg/L，40mg/L。

由表3可知，在粉煤灰浓度为400mg/L时，10mg/L CPAM的比产甲烷活性为0.009 1 gCODCH4/(gVSS◦d)是最高的，说明随着颗粒污泥尺寸增加，其比产甲烷活性会减少，这是因为底物与末端产物在颗粒内扩散速率较慢。

表3 粉煤灰为400 mg/L时投加CPAM反应瓶试验数据

表4 粉煤灰为500 mg/L时投加CPAM反应瓶试验数据

由图4可知，当粉煤灰的浓度为500mg/L时，各反应瓶中的总产气量较为接近，说明在此粉煤灰浓度下各浓度CPAM对厌氧污泥活性的促进作用接近。

由表4可知，当粉煤灰浓度为500 mg/L时，各反应瓶中的COD去除率、甲烷转化率较为接近，且高于其他粉煤灰浓度时的这些指标，说明随着粉煤灰浓度的增加，加强了CPAM对厌氧污泥活性的促进作用。

3 结语

在试验过程中观察到投加阳离子聚丙烯酰胺与粉煤灰组合的反应瓶中上清液清澈。在投加初期污泥成团状结构，团粒直径在0.5 cm～2 cm之间，CPAM量越高，团粒越大。伴随产气过程而出现的污泥成团上浮现象，如及时排气并摇动使粘附在污泥上的气体释放，则厌氧污泥又会沉降下来。

投加CPAM的反应瓶中，当粉煤灰的浓度大于100mg/L时，10mg/L～50mg/L CPAM的总产气量要高于空白试样，且厌氧污泥的区域沉降速度也明显高于空白试样，说明CPAM对厌氧污泥的活性有促进作用，且能使形成的生物絮体，具有良好的沉降性能，并且随着粉煤灰的增加，处理效果也增强了。

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