有机加载速率OLR
OLR与“食物”可用于细菌的数量增长。微生物来说,饥饿的OLR描述程度的微生物在生物系统。低OLR,微生物营养饥饿,而高OLR维持微生物快速增长(Bitton, 1999)。研究工作一直致力于的角色有机加载速率(OLR),这是最重要的一个操作参数在厌氧造粒过程。
证据表明,厌氧造粒可以通过逐渐增加OLR的启动(Hulshoff波尔,1989;Kosaric et al ., 1990;坎波斯和安德森,1992;茶和燕,1996)。关键是选择合理的高OLR启动期间,确保快速造粒和一个稳定的治疗过程。一种简单、实用的策略,快速启动厌氧颗粒污泥反应器是提高可生物降解的减少OLR只达到80%化学需氧量(COD)和补充监测冲刷的废水悬浮物(德齐乌,1988;方和崔,1993)。
一个非传统的方法来加快启动和造粒过程UASB反应器开发了强调有机加载速率(OLR)没有达到稳态条件(显示et al ., 2004)。结果表明,核反应堆的启动压力加载条件下可以明显加快。中等和严重强调反应堆的启动时间操作的olr 1到16 g / l的鳕鱼。和13 d范围从10到80天到90天,分别。与17岁120天需要在控制反应堆达到相同的olr,启动时间缩短25 - 41%。加速的程度取决于反应堆的压力水平。应用应力和应力水平的程度启动反应堆不会降低反应堆负荷容量,因为所有反应堆达到类似的最大OLR 16 g / l。d的操作。
造粒的发展可以加速的非常规方法强调载荷所证明的结果。在强调加载条件下,污泥颗粒开始形成颗粒在早些时候强调反应堆在24和30天的启动操作。与控制反应堆没有施加压力,形成颗粒所花费的时间减少了45和32%的严重和适度强调单位,分别。颗粒的形成发生严重早些时候强调反应堆比适度压力单位。
而获得的结果建立了巨大的加速度在启动和造粒过程中,颗粒的特点开发被施加压力的水平很大程度上影响了。表征bioparticles表明颗粒在适度开发强调反应堆方面表现出优越的特点沉降性、力量、微生物活动和形态、颗粒污泥生长,而控制反应堆操作没有压力和单位吃紧。
茶和燕(1996)进一步提出对UASB反应器的启动操作可以由无量纲参数,即微生物负荷指数(多层互连)。定义的多层互连是OLR的比率应用于特定的产甲烷活动(SMA)的克methane-COD由克每天VSS。一个多层互连的价值约0.8证明适合快速UASB启动和微生物造粒。应该指出,多层互连的确OLR比例相关,即多层互连代表OLR的大小。大Methanothrix-like物种(thrix颗粒)培育了1000到5000毫克鳕鱼/ l入渗,和小Methanosarcina-like物种(八叠球菌颗粒)栽培和10000 mg / l入渗的鳕鱼。thrix颗粒的平均直径为2.5到3.4毫米表现出更好的settle-ability,底物亲和力高,生物活性略高于0.54毫米八叠球菌颗粒(茶和燕,1996)。
OLR-associated负面影响已经观察到在UASB操作实践。高OLR导致减少了颗粒的机械强度,即颗粒很容易失去结构完整性,和解体会发生(Quarmby和福斯特,1995)。沼气产量的增加伴随着高OLR将最终导致解体清洗颗粒污泥反应器。当最著名的莫诺模型应用于对UASB系统,增加OLR按比例将提高生物量增长率(Morvai et al ., 1992)。高增长率的微生物会减少微生物群落的三维结构的强度。这种现象一直在观察生物膜反应器(刘茶,2001)。另一方面,沼气生产也与应用OLR的大小成正比。如果应用OLR太高对UASB反应器的启动期,增加沼气产量会导致严重的水动力扰动,进一步导致种子污泥从反应堆的冲刷,有时是不成功的主要原因对UASB反应器的启动。表2.1显示了一些典型的OLR值常用的厌氧造粒的创业过程中,提供一些有用的信息在OLR申请UASB启动。
底物 |
OLR在启动 |
所需的时间 |
引用 |
鳕鱼(公斤/公斤 |
对造粒 |
||
VSS / d) |
(天) |
||
丙酸 |
0.9 |
56 - 100 |
Hulshoff波尔et al。(1983) |
醋酸 |
0.3 |
没有观察到 |
Hulshoff波尔et al。(1983) |
啤酒厂废水 |
0.28 - -0.63 |
41-40 |
吴et al。(1985) |
蔗糖废水 |
0.07 - -0.4 |
130 - 160 |
吴et al。(1985) |
糖蜜废水 |
0.5 - -0.6 |
33-45 |
吴et al。(1987) |
蔗糖废水 |
0.1 - -0.38 |
36 - 70 |
Sierra-Alvarez et al。(1988) |
碳水化合物 |
0.4 - -1.2 |
28-45 |
Morvai et al。(1992) |
糖蜜废水 |
0.4 - -1.2 |
23-37 |
Morvai et al。(1992) |
合成废水 |
0.12 |
42 - 83 |
坎波斯和安德森(1992) |
蔗糖 |
0.2 |
21 |
Ghangrekar et al。(1996) |
蔗糖 |
0.6 |
45 |
Ghangrekar et al。(1996) |
种子污泥的特性
理论上任何介质包含合适的菌群可作为种子对颗粒污泥培养。常见的种子材料包括肥料、淡水沉积物,化粪池污泥、消化污泥和剩余污泥厌氧处理工厂。除了其可用性和成本,一个特定的质量可以判断种子材料灰分含量而言,特定的产甲烷活性和沉降性。
好氧活性污泥污水处理厂和主要的污泥从一个有氧植物处理纺织印染废水已使用(吴et al ., 1987)。发现有足够的厌氧核出现在有氧絮体。似乎所有重要的产甲烷菌在好氧活性污泥。现有的颗粒也可以成为播种的替代品。种子质量污泥对特定活动,沉降性和惰性分数的性质对厌氧造粒过程很重要。
两个不同的类型的污泥可能会在同一介质根据培养液的来源。徐和泰(2002)methanol-precultured使用厌氧污泥对UASB反应器接种疫苗。这种方法加速胚胎的形成在实验室对UASB反应器中颗粒。造粒过程达到postmaturation阶段大约15到20天前控制反应堆。
在工程意义上,重和相对活性污泥是优于轻,更多活性污泥因为在冲刷预期的差异。德齐乌(1984)观察到两种类型的污泥冲刷,即侵蚀冲刷和污泥床扩张冲刷。污泥床侵蚀冲刷代表了选择性的基础上冲刷沉降性的差异。污泥床膨胀冲刷主要发生在使用稀释消化污泥废水治疗媒介力量。它是由于污泥的膨胀床的液压加载和天然气的比例增加,包括小之间选择污泥颗粒沉降性差。通过选择集中消化污泥作为种子后者类型的污泥冲刷是可以避免的。
尽管消化污泥通常用于对UASB反应器的启动,可以成功地利用各种其他类型的种子污泥颗粒污泥播种时不可用。吴et al。(1987)利用有氧主要从污水处理厂活性污泥,污泥的氧植物处理纺织印染废水。显然,足够的厌氧核在场有氧絮体。
使用一个或然数技术对于产甲烷菌计数,发现有氧活性污泥中含有108产甲烷菌/ g悬浮物(SS),而在消化污泥Zeikus(1979)发现108 /毫升,给予4% (w / v)污泥图2.5 x 1010 / g党卫军。似乎所有重要的产甲烷菌在好氧活性污泥。其他种子污泥应用是荷塘泥(Qi et al ., 1985),牛粪(Wiegant, 1986),和初级污水污泥(罗斯,1984)。
也可以启动UASB系统尽可能使用现有的颗粒。这个贷款,一般来说,决定利用UASB启动过程,虽然成功的创业不是保证仅仅因为颗粒是可用的。大种子的接种量健康的UASB反应器的颗粒污泥是可取的。然而,种子颗粒污泥的可用性是有限的,培养液的购买和运输费用是昂贵的。添加少量的颗粒non-granular剂还需要刺激造粒过程(Hulshoff波尔et al ., 1983)。这可能是由于提供微生物的培养液,负责造粒。另一方面,Hulshoff波尔et al。(1983)报道,添加碎粒状产甲烷在UASB反应器污泥消化污水与乙酸+ propi-onate美联储可能会引起产甲烷的发展污泥颗粒直径1 - 2毫米。观察两种不同类型的污泥开发在同一介质根据培养液的来源,在平行实验表明,好解决企业集团的形成(即造粒成球)最初是一种纯粹的生理现象。
厌氧颗粒的结构与微生物的多样性密切相关。El-Mamouni et al。(1997)研究了四种不同造粒前体的影响,syntroph-enriched产甲烷协会Methanothrix-enriched, Methanosarcina-enriched原子核,引起酸化的絮体在厌氧颗粒的发展。发现肉芽与syntroph-enriched产甲烷财团进展迅速,Methanothrix-enriched Methanosarcina-enriched核;然而,造粒时明显迟钝引起酸化的絮体作为前体。增加的速度颗粒大小是31日| xm syntroph-seeded颗粒/天,21日| xm Methanothrix-seeded颗粒/天,18 | xm Methanosarcina-seeded颗粒/天,只有7 | xm /天引起酸化的flocs-seeded颗粒。这些结果似乎表明,syntrophs和Methanothrix物种将扮演重要的角色在厌氧颗粒的形成。事实上,微生物物种会有不同的聚合能力,和一些物种更胜任聚合,但有些不太相同的操作条件下。似乎可以肯定,厌氧造粒过程可以快速简单地通过操纵种子污泥的成分。这种方法将非常有吸引力,有利于全面对UASB反应器的启动。然而,仍然有缺乏的详细指导方针物种种子污泥应厌氧造粒的主要组件以及如何操纵物种种子污泥。
基质的特点
饲料基质的特点被认为是一个关键因素影响形成,成分和厌氧颗粒结构。基于自由能氧化的有机基质,基质大致可以分为两类:高能和低能提要。对UASB启动期间,高能碳水化合物饲料可以维持acidogens和促进胞外聚合物的形成(刘et al ., 2002)。因此,快速增长的acidogens由于高能基质的存在的影响将有利于整个过程对UASB反应器污泥造粒。
嗜中温颗粒形成的研究表明不同的颗粒状结构可能是种植在不同的废水和在不同的启动条件。丝状颗粒类型,开发主要挥发性脂肪酸(VFA)提要往往是5毫米大小和机械地脆弱。这些颗粒包含惰性载体材料,是由一个高度Methanothrix丝状的形式,m . soehngenii假定。更健壮的圆盘颗粒在甜菜或开发马铃薯加工废水,它们不包含检测惰性载体,再由m . soehngenii-like物种,但在一个更短的链长3毫米大小(Adebowale吉福一起,1988)。颗粒生长在VFA混合物(乙酸、丙酸和丁酸)
嗜中温条件下可以分为三种不同的类型根据乙酸主要利用产甲烷菌(Hulshoff波尔et al ., 1983;德齐乌,1984;Lettinga et al ., 1984): (a)圆盘颗粒,这主要是由杆状细菌在大约4 - 5细胞碎片像Methanothrix;(b)丝式颗粒,这主要是由长多细胞杆状细菌;和(c)八叠球菌型颗粒,当高浓度乙酸维护的反应堆。
成功的形成非常小的高温颗粒从乙酸的混合物(0.2毫米),丙,报道和乳酸(Endo和Tohay, 1988),而较大的骨料直径3.0毫米的通过Bochem et al。(1982)在恒化器的研究醋酸。这些颗粒是由密集的甲烷八叠球菌属集群周围更松散的中央区域,含有至少两个non-methanogenic物种。
观察这一趋势向更广泛的多样性的产甲烷易并联废物组成的复杂性的增加。至少四个不同micro-colonies被观察到颗粒治疗啤酒厂废水(吴,1991)。其中一个micro-colonies由Methanothrix-like棒,而另一个micro-colonies由H2-CO2利用甲烷细菌属与三个不同的杆状syntrophs并列式棒(希基,1991)。基于全面UASB经验治疗各种不同的废水,它建立了造粒的厌氧污泥发生在许多不同类型的废水。包含10%的蔗糖和90% VFA的基质混合物(乙酸和丙酸),颗粒和絮状污泥不能有效分离。的颗粒包含一个高分数丝状微生物主要是在惰性支持粒子。提要从VFA混合浮选的碳水化合物的解决方案可能会导致问题和形成的一种,而大量的污泥酸化废水培养颗粒。
陈和Lun(1993)培养三种厌氧颗粒与醋酸,葡萄糖,和酒精台,分别,发现三种类型的颗粒的性质明显不同。美联储厌氧颗粒与酒精台更好的物理性质的密度、SVI、强度。这可能是由于基质成分的复杂性,导致颗粒丰富的微生物多样性。必须意识到能源包含基质对厌氧造粒很重要,然而基质的复杂性将施加选择压力在厌氧微生物多样性颗粒(如前所述)。这样的选择压力将影响颗粒的形成和微观结构。
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