UASB反应器处理饮料及啤酒废水的特性、活性与微生物种群结构研究

厌氧生物处理技术具有能耗低、剩余污泥量少并且可回收利用沼气资源等特点，因此，这一技术已被广泛地应用于处理高浓度有机废水以及城市污水。上流式厌氧污泥床反应器（Up-flow Anaerobic Sludge Blanket，UASB）具有处理效率高，并且可以承受较高的有机负荷的特点，已在酒精、啤酒、制药、淀粉、化工、柠檬酸和碳酸饮料等行业排出的中、高浓度有机废水方面得到了普遍的应用。UASB反应器能够高效运行的关键是能否在反应器内培养出沉降性能好、活性高的颗粒污泥，因此，研究颗粒污泥的形成、结构以及微生物种群特性对于提高 UASB反应器的性能具有重要的意义。
　　本研究通过对西安中萃可口可乐厂和西安市汉斯啤酒厂的UASB反应器的进出水水质（COD、VFA、氨氮及磷酸盐浓度等）、气体组分、污泥活性等进行测定，采用扫描电子显微镜（ Scanning Electron Microscope, SEM）和荧光原位杂交（Fluorescence In Situ Hybridization, FISH）技术观察反应器中污泥的颗粒化过程以及颗粒污泥的形态、结构和种群分布，探讨分析其运行状况，为实际工程应用提供理论基础和参考依据。
　　研究结果表明，西安可口可乐饮料有限公司利用 UASB反应器在常温条件下处理饮料废水，自投入运行以来，UASB中的污泥为絮状污泥，在旺季处理负荷较高时，造成污泥流失，出水SS增高。通过对进水水质的分析，发现饮料废水中严重缺乏氮营养。通过添加营养物（氮肥）后，反应器中污泥开始快速颗粒化。对颗粒化前后UASB的COD去除率、产气量、沼气组分、进出水氨氮浓度、污泥活性、形态以及微生物种群结构等进行监测，结果表明，颗粒化后污泥粒径大于0.5毫米的占54.66％，具有较高的沉降速度和活性；COD去除率达到92.5%，比未颗粒化时提高了约8%；颗粒污泥的乙酸、丙酸和丁酸最大比产甲烷活性分别为0.69、0.47和0.39 gCOD/(gVSS·d)，与其絮状污泥的活性比较接近。SEM的检测结果表明该颗粒污泥边缘光滑、形状规则，颗粒表面除分布有丝状菌之外，还有大量杆菌及球菌，丝状菌相互交织缠绕包裹着颗粒内部的球菌和杆菌。FISH检测表明，颗粒污泥中的微生物呈现为层状结构（Layered structure），发酵细菌主要位于颗粒污泥外层，而甲烷菌则分布于颗粒内层。营养物（氮）浓度对 UASB反应器中污泥的颗粒化具有非常重要的作用。
　　西安汉斯啤酒厂污水处理站的UASB反应器进水负荷波动比较大，但出水COD浓度则稳定在150~400 mg/L，去除率达到80%以上，沼气中甲烷组分所占比例为74.66%，说明有机物大部分被转化为CH4。该污泥利用乙酸、丙酸和丁酸的最大产甲烷活性（SMA）分别为1.29 gCOD/(gVSS·d)、0.47 gCOD/(gVSS·d)和0.13 gCOD/(gVSS·d)。反应器中污泥主要为絮状结构，FISH检测结果表明甲烷菌在污泥中占比较大，从而保证了反应器较高的产甲烷能力。分析诊断该UASB反应器，认为其对啤酒废水的处理性能好，污泥活性高，抗负荷冲击能力强，但存在出水中污泥流失及颗粒化缓慢等问题。