膨脹顆粒污泥床（expendedgranularsludgebed，EGSB）反應(yīng)器是在UASB反應(yīng)器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的第三代新型高效厭氧反應(yīng)器（EGSB、IC、UFB）的代表之一，與UASB反應(yīng)器相比，EGSB具有有機(jī)負(fù)荷和上流速度高、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、基建投資省、占地面積小等顯著優(yōu)點，已經(jīng)得到了國內(nèi)外眾多研究者和企業(yè)的普遍認(rèn)可，且已應(yīng)用于淀粉廢水，制藥廢水，啤酒廢水，生活廢水，印染廢水，含酚廢水，造紙廢水等工業(yè)污水處理研究中。
但是在國內(nèi)外大量高效厭氧反應(yīng)器的運行實踐中，仍然遇到了很多問題。比如：由于厭氧微生物增殖慢導(dǎo)致厭氧反應(yīng)器初次啟動慢，使得厭氧反應(yīng)器的快速啟動仍舊是決定反應(yīng)器運行成敗的關(guān)鍵問題之一，也是各國學(xué)者關(guān)注的課題。筆者以中試規(guī)模EGSB反應(yīng)器為研究對象，接種處理同類廢水的厭氧污泥，考察反應(yīng)器處理廢紙造紙廢水的快速啟動過程與處理效果，旨在尋求有效、實用的EGSB反應(yīng)器快速啟動方法，以提高反應(yīng)器的處理效果，加快反應(yīng)器在廢紙造紙污水處理中的推廣與應(yīng)用。
1材料與方法
1.1廢水處理工藝及裝置
研究采用的試驗裝置為課題組自制的圓柱形鋼結(jié)構(gòu)EGSB中試反應(yīng)器，容積15.8m3，主體高14m，直徑1.2m。工廠現(xiàn)有的廢水處理工藝為UASB-AS生化處理系統(tǒng)，工藝流程如圖1所示。
1.2試驗用水
試驗裝置位于西安市某造紙廠，該廠主要生產(chǎn)涂布白板紙，原料有廢舊報紙、箱板紙、書本紙以及瓷土。在造紙廠的生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的產(chǎn)量、廢水量以及廢水中的物質(zhì)成分相對穩(wěn)定。EGSB反應(yīng)器試驗用水為該廠廢水處理單元一沉池出水，一沉池出水水質(zhì)：COD1010~1420mg/L，SS220~630mg/L，pH6.81~7.11，TN52.8mg/L，TP1.06mg/L，碳酸鈣堿度870~970mg/L，鈣153~180mg/L。
1.3接種污泥
反應(yīng)器接種污泥為工廠現(xiàn)有UASB反應(yīng)器底部的絮狀污泥。該污泥外觀呈深灰色黏稠絮狀體，大量絮狀污泥中混合有少量顆粒狀污泥�；旌辖臃N污泥總懸浮固體（TSS）為42.7g/L，產(chǎn)甲烷活性（SMA）為0.77g/（g?d），揮發(fā)性懸浮固體（VSS）與TSS質(zhì)量濃度比為50%。
1.4分析方法
反應(yīng)器在運行過程中主要的監(jiān)測項目有：反應(yīng)器進(jìn)出水COD、進(jìn)水流量、進(jìn)出水的pH、進(jìn)出水堿度、懸浮固體（SS）、揮發(fā)性有機(jī)酸（VFA）、氨氮、總氮、總磷等，檢測方法均采用標(biāo)準(zhǔn)分析法〔6〕。污泥性質(zhì)的測定項目有：VSS/TSS，產(chǎn)甲烷活性〔7〕等。
1.5反應(yīng)器快速啟動運行方案
根據(jù)試驗用水水質(zhì)特征，采用連續(xù)進(jìn)水的方式向反應(yīng)器進(jìn)料，通過逐漸增加進(jìn)水水量來提高反應(yīng)器的負(fù)荷。反應(yīng)器的快速啟動運行方案為：前4天為反應(yīng)器內(nèi)厭氧污泥的適應(yīng)階段，不增加進(jìn)水量。從第5天開始，每3天為一個周期，水量從20m3/h開始，在反應(yīng)器穩(wěn)定運行的前提下，每個周期水量增加5~10m3/h，直至達(dá)到195m3/h。
通過反應(yīng)器進(jìn)出水COD濃度、VFA濃度、pH、SS、VSS、污泥產(chǎn)甲烷活性等條件控制反應(yīng)器啟動過程，具體要求為：VFA<3mmol/L；pH>6.6；COD去除率>80%；產(chǎn)氣情況良好。在各項指標(biāo)連續(xù)正常的情況下，按照啟動運行方案繼續(xù)運行反應(yīng)器。
2結(jié)果與討論
2.1水力停留時間（HRT）對COD去除率的影響
在反應(yīng)器的啟動運行過程中，HRT對COD去除率的影響如圖2所示。
由圖2可見，隨著反應(yīng)器進(jìn)水量的不斷提高，HRT迅速降低。并且在反應(yīng)器啟動初期，COD去除率沒有因為HRT的減少而有大幅波動。運行第24天，HRT已縮短為2.9h，COD去除率保持在70%以上。反應(yīng)器運行中期出現(xiàn)了洗泥現(xiàn)象，造成了COD去除率一度下降，經(jīng)過調(diào)整后，反應(yīng)器逐漸恢復(fù)到較好狀態(tài)，運行后期HRT穩(wěn)定在3h左右。
2.2上流速度對COD去除率的影響
上流速度對COD去除率的影響如圖3所示。
由圖3可見，隨著反應(yīng)器運行時間的不斷增長，反應(yīng)器的上流速度在逐漸增加。在運行的第24天，上流速度達(dá)到了4.85m/h，COD去除率保持在70%以上。中期由于洗泥現(xiàn)象調(diào)整了進(jìn)水量，反應(yīng)器運行后期上流速度達(dá)到了4.9m/h，取得了良好的效果。
2.3反應(yīng)器容積負(fù)荷與HRT變化
反應(yīng)器容積負(fù)荷及HRT的變化如圖4所示。
由圖4可見，隨著運行時間的增加，反應(yīng)器的容積負(fù)荷在運行第24天達(dá)到了11.8kg/（m3?d），HRT降低至2.9h。由于反應(yīng)器運行中期工廠進(jìn)入了檢修階段，容積負(fù)荷降至8.4kg/（m3?d），同時出現(xiàn)了反應(yīng)器洗泥現(xiàn)象。采取降低進(jìn)水量的措施后，反應(yīng)器HRT增加為3.8h。隨著工廠生產(chǎn)的恢復(fù)，反應(yīng)器處理效果也恢復(fù)至較好的狀態(tài)，HRT低至3h。
2.4pH與出水VFA變化
進(jìn)出水pH及出水VFA變化如圖5所示。
由圖5可見，pH受水質(zhì)變化幅度的影響很小，但是VFA的變化幅度卻很大。在反應(yīng)器運行的第27天，出水VFA濃度上升至4.64mmol/L，這是由于反應(yīng)器部分顆粒污泥被沖出反應(yīng)器，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度和細(xì)菌活性降低，沒有足夠的產(chǎn)甲烷菌將揮發(fā)酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，造成的VFA積累。采取降低進(jìn)水量的措施后，污泥不再流失，出水VFA濃度一直穩(wěn)定在2.6mmol/L以下，反應(yīng)器內(nèi)再沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的酸化現(xiàn)象。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2.5污泥特性
隨著運行時間的增加，反應(yīng)器底部污泥濃度經(jīng)歷了一個先減少后增大的過程，在運行初期，反應(yīng)器的洗泥過程導(dǎo)致污泥質(zhì)量濃度先從13.17g/L降低到4.5g/L，隨著運行時間的增加，污泥逐漸增長，在運行后期污泥質(zhì)量濃度達(dá)到15.7g/L，污泥負(fù)荷從接種時的0.08kg/（kg?d）增加到后期的0.73kg/（kg?d），污泥產(chǎn)甲烷活性由接種時的0.7695g/（g?d）增長到后期的1.257g/（g?d），VSS/TSS比值由50%增加到88%，反應(yīng)器運行后期污泥為較緊實的顆粒狀，表面光滑，顏色以灰色為主。
3結(jié)論
（1）中試規(guī)模EGSB反應(yīng)器采用非顆粒狀污泥接種，在三周即可達(dá)到4.85m/h的上流速度和2.9h的HRT，COD去除率穩(wěn)定在70%~90%。
（2）反應(yīng)器運行后期，HRT穩(wěn)定在3h左右，上流速度達(dá)到4.9m/h，COD去除率保持在70%以上，出水VFA濃度穩(wěn)定在2.6mmol/L以下。
（3）反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的產(chǎn)甲烷活性是接種污泥的1.63倍，VSS/TSS比值達(dá)到88%，污泥表面光滑，顏色以灰色為主。
