好氧顆粒污泥技術(shù)處理味精廢水

趙 晴，何 青，于魯冀，王 震，楊 強(qiáng)

（1. 河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450052；2. 鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002）

治理技術(shù)

好氧顆粒污泥技術(shù)處理味精廢水

趙 晴1，何 青2，于魯冀2，王 震2，楊 強(qiáng)2

（1. 河南工業(yè)大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 鄭州 450052；2. 鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002）

采用好氧顆粒污泥技術(shù)處理味精廢水。實驗結(jié)果表明：前置缺氧段對反應(yīng)器脫氮效果影響較小，脫氮過程主要是在好氧段實現(xiàn)；曝氣段的最佳工藝條件為曝氣量0.38 m3/h，曝氣時間5.5 h；在進(jìn)水COD、ρ（NH3-N）和TN分別為1 000.00～1 300.00，70.00～130.00，100.00～200.00 mg/L的條件下，COD、NH3-N和TN的去除率可分別維持在90%、99%和85%以上，實現(xiàn)了味精廢水的高效脫氮處理。有機(jī)物主要在曝氣初期的1.5 h內(nèi)被去除，其在微生物體內(nèi)以聚β-羥基丁酸形式儲存，以提供反硝化過程中所需要的碳源。與普通SBR相比，接種好氧顆粒污泥后的反應(yīng)器對味精廢水具有更好的處理效果。

好氧顆粒污泥；味精；同步硝化反硝化；脫氮； 聚β-羥基丁酸； 廢水處理

味精發(fā)酵生產(chǎn)過程所排廢水中有機(jī)污染物及ρ（NH3-N）均較高，成分復(fù)雜，可生化性差，治理難度大。目前對味精廢水的處理主要采用厭氧技術(shù)與好氧技術(shù)相結(jié)合的方式，不僅工藝流程長，而且很難實現(xiàn)COD、ρ（NH3-N）和TN的達(dá)標(biāo)排放。

近年來，好氧顆粒污泥技術(shù)［1-4］備受關(guān)注。好氧顆粒污泥具有結(jié)構(gòu)致密的特點，這種特殊的結(jié)構(gòu)可使反應(yīng)器內(nèi)同時存在厭氧、缺氧和好氧的環(huán)境，不僅確保了反應(yīng)器能夠承受相對高的污染物負(fù)荷，同時也實現(xiàn)了同步硝化反硝化脫氮，提高了脫氮效率。因此，很多專家認(rèn)為好氧顆粒污泥技術(shù)將替代活性污泥技術(shù)成為廢水生物處理的主流技術(shù)［5］。

本工作在SBR內(nèi)以成熟的好氧顆粒污泥為接種污泥處理味精廢水，著重考察了反應(yīng)器內(nèi)的有機(jī)物去除效果及脫氮效果。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

實驗用廢水取自某味精廠調(diào)節(jié)池，COD為700.00～1 400.00 mg/L，ρ（NH3-N）為60.00～130.00 mg/L，TN為100.00～200.00 mg/L，pH為 6.5～8.0，BOD5/COD為0.27，可生化性較差。

采用以葡萄糖為碳源的模擬廢水培養(yǎng)的成熟好氧顆粒污泥為接種污泥。該顆粒污泥呈土黃色，形狀規(guī)則，多為球形，粒徑為0.8～2.5 mm，污泥體積指數(shù)為30 m L/g，通過掃描電子顯微鏡觀察到顆粒污泥主要由絲狀菌和球狀菌組成［6］。

HI9147型便攜式DO測定儀：意大利哈納公司；759MC型比例雙光束紫外-可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司。

1.2 實驗裝置及方法

SBR由有機(jī)玻璃制成，圓柱狀，直徑24 cm，有效高度80 cm，有效體積36.2 L。反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在22～28 ℃，底部進(jìn)水，重力自流出水。反應(yīng)器運(yùn)行周期為6 h，其中進(jìn)水6 m in，曝氣5.5 h，沉淀6 m in，排水6 m in，排水后閑置12 m in。實驗分別考察了前置缺氧時間和曝氣條件對接種顆粒污泥的SBR的廢水處理效果。進(jìn)水后將實驗裝置加蓋密封，采用機(jī)械攪拌裝置進(jìn)行攪拌混合，進(jìn)行缺氧段實驗。好氧段采用氣泵和曝氣砂頭供氣。

1.3 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD［7］；采用納氏試劑分光光度法測定ρ（NH3-N）［7］；采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法測定ρ（NO2--N）［7］；采用酚二磺酸分光光度法測定ρ（NO3--N）［7］；采用過硫酸鉀消解法測定TN［7］；按照文獻(xiàn)［8］測定聚β-羥基丁酸（PHB）含量；采用DO測定儀測定DO。

2 結(jié)果與討論

2.1 前置缺氧反硝化過程對廢水處理效果的影響

缺氧時間對廢水處理效果的影響見圖1。由圖1可見：前置缺氧段后，COD去除率和NH3-N去除率變化不大；TN去除率略有提高，但提高很小。這主要是因為進(jìn)水后雖然有機(jī)物含量較高，但反應(yīng)器內(nèi)的ρ（NO3--N）較低，限制了脫氮作用。因此接種好氧顆粒污泥的SBR的脫氮過程主要是在好氧段實現(xiàn)。后續(xù)實驗均未在進(jìn)水后設(shè)置缺氧段。

圖1 缺氧時間對廢水處理效果的影響

2.2 曝氣量對廢水處理效果的影響

曝氣量對廢水處理效果的影響見圖2。由圖2可見：當(dāng)曝氣量為0.10 m3/h時，由于硝化作用不完全，出水COD、TN和ρ（NH3-N）均較高；曝氣量為0.55 m3/h時出水中的TN和ρ（NO3--N）較高，分別為28.00 mg/L和26.47 mg/L；當(dāng)曝氣量為0.38 m3/ h時，出水中各指標(biāo)均較低，TN和ρ（NO3--N）分別為22.16 mg/L和20.36 mg/L。

圖2 曝氣量對廢水處理效果的影響

隨曝氣量的增加，廢水DO逐漸增加。在曝氣量為0.10 m3/h的條件下連續(xù)運(yùn)行1 d，污泥開始發(fā)黑，這是由于反應(yīng)器內(nèi)DO較低，溶解氧無法進(jìn)入顆粒內(nèi)部，顆粒污泥內(nèi)形成了厭氧環(huán)境，厭氧微生物大量繁殖，污泥變黑；將曝氣量調(diào)至0.38 m3/h運(yùn)行兩個周期后，污泥恢復(fù)正常?？梢姾醚躅w粒污泥形態(tài)及污染物去除性能均與水力條件密切相關(guān)。

2.3 曝氣時間對廢水處理效果的影響

曝氣時間對廢水處理效果的影響見圖3。由圖3可見：曝氣5.5 h后，反應(yīng)器內(nèi)各種污染物濃度降至較低水平；繼續(xù)延長曝氣時間，污染物濃度降低不明顯。

由圖3還可見，COD的去除主要集中在曝氣初期的1.5 h，而TN則在曝氣2.5～5.5 h過程中逐漸降低。這是由于，反應(yīng)液與顆粒污泥內(nèi)部存在污染物濃度差，且顆粒污泥具有良好的吸附性能，因此污染物會向顆粒污泥內(nèi)部快速滲透，導(dǎo)致運(yùn)行初期COD快速下降。被吸附后的COD一部分被異養(yǎng)微生物利用，合成細(xì)胞物質(zhì)；另一部分則以糖元或PHB的形式在微生物體內(nèi)存儲起來，糖元或PHB會在外界碳源缺乏時為微生物的生長和代謝提供能量；另外還有部分吸附在顆粒污泥上的COD未被利用，因此即使在液相中COD很低時，反硝化菌一方面可利用內(nèi)碳源進(jìn)行反硝化，另一方面可利用吸附的有機(jī)物進(jìn)行反硝化。在曝氣初期的1.5 h內(nèi)，PHB含量快速升高；之后隨運(yùn)行時間的延長，COD迅速下降，PHB含量逐漸降低。這證明了反硝化過程所需的碳源是由胞內(nèi)儲存物PHB提供的。

圖3 曝氣時間對廢水處理效果的影響

2.4 接種好氧顆粒污泥的SBR對味精廢水的處理效果

在進(jìn)水COD、ρ（NH3-N）和TN分別為1 000.00～1 300.00，70.00～130.00，100.00～200.00 m g/L的條件下，接種好氧顆粒污泥的SBR對COD、ρ（NH3-N）、TN的去除效果見圖4～圖6。由圖4可見，在46 d的運(yùn)行過程中，隨運(yùn)行時間的延長，出水COD略有升高，COD去除率略有下降，但基本維持在90%以上。由圖5可見，雖然進(jìn)水ρ（NH3-N）變化較大，但反應(yīng)器對NH3-N的去除率一直維持在99%以上。由圖6可見，運(yùn)行35 d后，反應(yīng)器對TN的去除率穩(wěn)定在85%以上，由此可見，反應(yīng)器對味精廢水具有較好的反硝化效果。

圖4 接種好氧顆粒污泥的SBR對COD的去除效果

圖5 接種好氧顆粒污泥的SBR對NH3-N的去除效果

圖6 接種好氧顆粒污泥的SBR對TN的去除效果

2.5 普通SBR與接種好氧顆粒污泥的SBR處理味精廢水效果的對比

普通SBR與接種好氧顆粒污泥的SBR運(yùn)行參數(shù)及味精廢水處理效果的對比見表1。

表1 普通SBR與接種好氧顆粒污泥的SBR處理味精廢水效果的對比

由表1可見，接種好氧顆粒污泥的SBR對味精廢水的處理效果優(yōu)于普通SBR，尤其TN去除率可基本穩(wěn)定在85%以上。

3 結(jié)論

a） 采用接種好氧顆粒污泥的SBR處理味精廢水，在進(jìn)水COD、ρ（NH3-N）和TN分別為1 000.00～1 300.00，70.00～130.00，100.00～200.00 mg/L的條件下，COD、NH3-N和TN的去除率可分別維持在90%、99%和85%以上，實現(xiàn)了味精廢水的高效脫氮處理。

b） 通過研究發(fā)現(xiàn)前置缺氧段對反應(yīng)器脫氮效果影響較小，脫氮過程主要是在好氧段實現(xiàn)。

c） 接種好氧顆粒污泥的SBR曝氣段的最佳工藝條件為：曝氣量0.38 m3/h，曝氣時間5.5 h。實驗結(jié)果表明，有機(jī)物主要在曝氣初期的1.5 h內(nèi)被去除，其在微生物體內(nèi)以PHB形式儲存，以提供反硝化過程中所需要的碳源。

d） 與普通SBR相比，接種好氧顆粒污泥的SBR對味精廢水的處理效果更好，尤其TN去除率可基本穩(wěn)定在85%以上。

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［6］ 于魯冀，何青，王震. 好氧顆粒污泥的培養(yǎng)及處理味精廢水研究［J］. 環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（4）：189 -195.

［7］ 原國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會. 水和廢水監(jiān)測分析方法［M］. 第4版. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：211-213，279-281，271-274，259-261，255-257.

［8］ 王景峰，王暄，季民，等. 顆粒污泥膜生物反應(yīng)器同步硝化反硝化［J］. 中國環(huán)境科學(xué)，2006，26（4）：436 - 440.

Treatment of M onosodium G lutamate Production W astewater by Aerobic Granular Sludge Process

Zhao Qing1，He Qing2，Yu Luji2，Wang Zhen2，Yang Qiang2

（1. College of Civil Engineering and Architecture，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450052，China；2. College of Hydraulic and Environmental Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450002，China）

Monosodium glutamate production wastewater was treated by aerobic granular sludge process. The experimental results show that：The effect of the pre-setting anoxic section on denitrification is little，and the denitrification process is mainly realized in the aerobic section；The optimum operation conditions in aerobic section are aeration rate 0.38 m3/h and aeration time 5.5 h；When COD，ρ(NH3-N) and TN of the influent are 1 000.00-1 300.00，70.00-130.00，100.00-200.00 mg/L，the removal rates of COD，ρ(NH3-N) and TN can reach more than 90%，99% and 85% respectively；The organic compounds are mainly removed during the first 1.5 h of aeration，and they are stored in microorganism cells in the form of poly-β-hydroxybutyrate， which is the carbon source for denitrification. Comparing with the conventional SBR，the aerobic granular sludge process has a higher effect on the treatment of monosodium glutamate production wastewater.

aerobic granular sludge；monosodium glutamate；simultaneous nitrification and denitrification；denitrification；poly-β-hydroxybutyrate；wastewater treatment

X703

A

1006-1878（2012）04 - 0325 - 04

2012 - 02 - 06；

2012 - 03 - 24。

趙晴（1979—），女，湖南省懷化市人，碩士，講師，主要從事水污染控制方面研究。電話 13938545600，電郵 zhqing2008@163.com。

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2009zx07201-002-002.1）。

（編輯 王 馨）