上流式厌氧复合床反应器(UASB+AF)是近年来开发的一种新型反应器〔1〕，兼有上流式厌氧污泥床(UASB)和厌氧滤池(AF)的优点。该反应器高效稳定运行的关键在于培养生成颗粒污泥〔2〕和高活性的生物膜，而颗粒污泥的培养快慢与废水的特性、运行参数和环境因素等密切相关。
本试验从一个新的角度进行尝试，向接种污泥中投入颗粒活性炭和阳离子聚丙烯酰胺，以加快污泥的颗粒化，从而缩短启动的时间。
1 设备与材料
1.1 设备
生产性试验在黑龙江省龙涤集团废水处理站进行，主体设备为2座完全相同的UASB+AF钢筋混凝土池，单池平面尺寸为3.9 m×3.9m，高8.2m，上部为四棱柱形，底部为锥体，总有效容积84m3。中部设有1.6m高的纤维组合填料，体积24m3，占整个池容积的30%，池底部均匀分布4个布水系统，池上部设有4组三相分离器，废水经过三相分离器进行泥水分离后，进入好氧系统处理，产生的沼气由集气管经水封箱后回收。
为运行管理方便，在距池底不同高度处设3个取样口，以便随时观测反应器的运行情况，此外为保证厌氧微生物的生长处于最佳温度范围内，设置了蒸汽加热系统，蒸汽的开启由阀门自动控制，使池内温度保持在32～34℃。
1.2 废水
试验废水来自涤纶聚脂生产线，主要含有有机酸、乙二醇和精对苯二甲酸，pH值为4～5，COD平均为16900mg/L，BOD为11000 mg/L，属高浓度有机废水，其BOD/COD为0.65，可生化性较好。
1.3 接种污泥
接种污泥为天津纪庄子污水厂消化池污泥，含水率为80%，VSS/SS为0.40～0.45，黑色。镜检发现污泥中含杆菌、球菌和丝状菌，数量不多，活性较差，接种后反应器内污泥浓度为14.5kgSS/m3。
1.4 颗粒活性炭
启动时，向反应器内投入颗粒活性炭作为惰性载体，粒径为0.4～0.5mm，炭量为5960mg/L。
1.5 阳离子聚丙烯酰胺
启动初期，投加阳离子聚丙烯酰胺以加速颗粒污泥的形成。将阳离子聚丙烯酰胺水解成质量浓度为2%的溶液，采用计量泵直接投入水泵吸水口处与废水混合，投加量为2～3 mg/L。
1.6 启动过程
首先将原水稀释，使其COD浓度为5000mg/L左右，将接种污泥和颗粒活性炭投入反应器，间歇进水，每天3次，每次2h，流量为4.2m3/h，同时调整pH值，并投加尿素和磷酸氢二铵等营养物质。
启动初期出现了污泥过度流失现象。为改善污泥沉降性能，向反应器内投加阳离子聚丙烯酰胺，以促进污泥的絮凝，同时采用部分出水回流的方式，将随出水流出的悬浮污泥和颗粒活性炭回流入反应器，以保证反应器内足够的污泥浓度。
2 结果与分析
2.1 运行结果
启动运行至第8天，反应器内有少量颗粒污泥出现，此时容积负荷为1.2kgCOD/(m3·d)；运行到第33天时取污泥观察，发现了直径1.0mm左右的颗粒污泥，此时容积负荷为2.8kgCOD/(m3·d)，污泥负荷为0.29kgCOD/(kgSS·d)。在维持COD去除率不低于70%的前提下，继续提高容积负荷，以加快颗粒污泥的成熟，到第70天颗粒污泥已充满污泥床。根据运行情况，可把颗粒污泥形成过程划分为启动期、提高负荷期、颗粒污泥成熟期和稳定运行期，各时期运行参数见表1。
| 项目 | 启动期 (1～20d) |
提高负荷期 (21～36d) |
颗粒污泥成熟期 (37～60d) |
稳定运行期 (61～100d ) |
|---|---|---|---|---|
| 进水COD(mg/L) | 5000 | 8800 | 9200 | 11500 |
| 出水COD(mg/L) | 2700 | 2100 | 1850 | 2050 |
| COD去除率(%) | 46 | ＞6 | 80 | 83 |
| 容积负荷(kgCOD/m3·d) | 1.2 | 3.1 | 7.9 | 11.7 |
| HRT(h) | ＞80 | 42 | 31 | 25 |
| 污泥特征 | 杆菌、球菌 | 丝状菌、小颗粒污泥 | 污泥呈黑色、有大量丝状菌和颗粒污泥 | 颗粒污泥充满污泥床 |
2.2 颗粒污泥的形成机理
颗粒活性炭有巨大的比表面积和富集作用，可将有机物和微生物浓缩在其周围，延长了微生物与有机物的接触时间，为微生物的代谢活动创造了良好的条件。启动初期，反应器内为絮状污泥和颗粒活性炭，镜检观察到活性炭表面附着一些杆菌和丝状菌，密度较小的污泥已流失。第32天反应器底部有颗粒状污泥出现，但数量不多，COD去除率有所提高。取颗粒污泥打碎筛滤，发现所截留的活性炭数量较多，说明启动初期形成的颗粒污泥多数是以颗粒 活性炭为生长核心而构成的。第55天反应器底部已充满颗粒污泥，污泥层和悬浮层有明显的分界面，取样观察，最大的颗粒污泥粒径在3mm左右，黑色，没有见到单独存在的颗粒活性炭。
阳离子聚丙烯酰胺是应用十分广泛的水处理絮凝剂。在反应器启动初期，接种污泥中细小的污泥和游离的细菌悬浮在反应器内，通过阳离子聚丙烯酰胺的吸附架桥作用，生成由厌氧污泥、颗粒活性炭和阳离子聚丙烯酰胺组成的松散絮凝体，成为颗粒污泥的一级生长核心。细菌很容易在其表面附着，随着细菌的增殖，絮凝体逐渐密实，密度增大，成为沉降性能好、活性高的颗粒污泥。
反应器内的软性组合填料是具有较大比表面积的惰性材料，能吸附大量的游离细菌和小的污泥絮体，并很快繁殖长成生物膜，经测算填料层上生物膜量为8.2kgVSS/m3，脱落的 生物膜返回污泥床后，其碎片成为颗粒污泥的次级生长核心，加速了颗粒污泥的形成。
3 结论
①采用UASB+AF反应器处理涤纶聚脂生产废水，当进水COD浓度为9000～10000mg/L时，生产性快速启动运行60d，COD去除率可达80%，容积负荷为7～9kgCOD/(m3·d)。
②软性组合填料对于微生物有良好的附着性能，可以形成高活性的生物膜。脱落的膜碎片提供了颗粒污泥的次级生长核心，加速了颗粒污泥的成长。
③UASB+AF反应器启动初期投加阳离子聚丙烯酰胺和颗粒活性炭以加速颗粒污泥的生成是可行的。通过聚丙烯酰胺的吸附架桥作用形成絮凝体，颗粒活性炭又为颗粒污泥的形成提供了一级生长核心，从而实现了反应器的快速启动。
参考文献：
〔1〕钱易.现代废水处理新技术〔M〕.北京：中国科学技术出版社，1993.
〔2〕刘双江.UASB反应器处理蛋白废水颗粒污泥的研究〔J〕.环境科学，1993，12(3)：7-11.