气液两相流动状况对高品质厌氧颗粒污泥形成和长期稳定保持过程的影响研究

高品质颗粒污泥的形成和长期稳定保持分别是厌氧反应器能够实现快速启动、高负荷稳定运行的基础和关键。本研究拟以对多个工业EGSB与IC 反应器在不同运行阶段颗粒污泥样品基本物理、化学以及生物学参数的表征以及诸参数与反应器运行状况内在关联分析为主要技术手段，在现有反应器宏观流态研究与颗粒污泥自身水力学研究基础上结合工业厌氧颗粒污泥品质评价体系的全面构建与运用，将颗粒污泥自身产气行为与释放机制研究与高品质厌氧颗粒污泥形成与长期稳定保持过程进行内在关联，展开这一具有"灰箱特色"的研究工作。以期从反应器水平与颗粒水平这两个层面探索高品质厌氧颗粒污泥形成和长期稳定保持与反应器气液两相流动状况之间的内在联系。通过本项目研究，有望运用多学科交叉优势，从微观、介观和宏观三个层次深入认识气液两相流动对工业厌氧微生物自固定化过程的影响，从而为第三代高效厌氧反应器在我国的推广应用提供理论依据。

高品质颗粒污泥的形成和长期稳定保持与反应器的结构设计、反应器内部的水力学状况密切相关，同时也与固定化介质的选择有着极大的关系。本课题主要研究内容与结论如下：.①采用Fluent技术对厌氧颗粒污泥反应器内气液两相的流动过程进行了数值模拟，对该类反应器的高径比、三相分离器角度以及内循环(IC)厌氧反应器的提升管直径进行了结构模拟优化，获得了内循环量与产气量之间经验关联式。以上研究结果在中试EGSB反应器高水力负荷冲击试验与生产实践中得到了有效验证。.为厌氧反应器的工艺设计与正常运行提供了技术支持。.②本研究提出了一种基于PVA凝胶小球的厌氧颗粒污泥的工程化快速培养方法，此外对多种废水PVA生物处理工艺进行了深入研究。PVA凝胶小球是一个具有广泛应用前景的、非常适合作为厌氧颗粒污泥与好氧颗粒污泥的微生物固定化介质。因此，打破国外公司对该生产技术的垄断将非常可能成为解决厌氧颗粒污泥工程化快速培养、而且是好氧颗粒污泥工程化快速培养的技术途径。.③ 运用经课题组完善的抗压实验方法对不同来源厌氧颗粒污泥样品机械强度的测定、对比分析发现：其大小与反应器的规模、反应器所采用水力负荷存在一定的正相关性；其大小与反应器有机负荷并不存在有关文献所提出的正相关性；颗粒污泥中较高Ca2+、Fe2+浓度，适度的Mg2+有助于提高厌氧颗粒污泥的强度。.④在厌氧颗粒污泥多样性研究方面建立了完整的针对厌氧颗粒污泥内细菌菌群多样性研究的PCR-DGGE实验技术路线以及PCR-DGGE制备古菌测序样品的完整实验方法。在基础上，使用PCR-DGGE技术对3种废水底物下不同运行阶段的厌氧颗粒污泥的微生物多样性进行了研究。研究发现：厌氧颗粒污泥的细菌菌群分为两大类，一类为调整水质变化和应对环境变化的调节性细菌菌群，另一类在反应器稳定运行阶段才逐渐突出并占据优势，即代谢功能细菌，由其承担有机物的分解和产氢产乙酸过程。古菌菌群结构在运行过程中变化复杂，但总体上优势古菌并未发生明显变化。.⑤ 在此自行合成适应范围广、处理效果稳定、成本低廉的多元复合铁炭微电解材料基础上对难降解工业废水连续铁炭微电解-UASB-SBR工艺处理工艺展开了深入研究发现，通过优化铁炭微电解反应器水力停留时间可将铁炭微电解与UASB-SBR系统进行有效组合。