不同換水方式在污泥培養(yǎng)馴化中的比較及在倒置A2 /O 啟動研究

凌琪，曾麒峰，伍昌年，張賢芳，唐玉朝，陶勇，劉明亮，方濤，趙秋燕，鮑超

(安徽建筑大學 水污染控制與廢水資源化實驗室安徽省重點實驗室，安徽合肥 230601)

隨著我國對污水排放要求的提高，對氮磷提出了更嚴格的要求［1］。傳統(tǒng)A2/O 工藝采用厭氧/缺氧/好氧的布置形式，達到了一定脫氮除磷的效果，但是還有許多待解決問題［2-4］，比如回流污泥硝酸鹽對厭氧環(huán)境中磷的釋放產(chǎn)生抑制作用、缺氧段碳源不足造成反硝化不充分。張波等提出了將缺氧/厭氧倒置的理論［5］，大量實踐運行［6-8］表明倒置A2/O 工藝解決了常規(guī)A2/O 工藝存在的部分問題，明顯改善了脫氮除磷效果，并且運行穩(wěn)定。應用活性污泥法的生物脫氮除磷工藝中，活性污泥的培養(yǎng)和馴化是整個工藝穩(wěn)定運行的前提，合理的培養(yǎng)馴化會減少工藝啟動時間，節(jié)約運行成本，并能快速有效的開始處理污水。常用的培養(yǎng)馴化方式有接種培養(yǎng)和自然培養(yǎng)［9-12］。在培養(yǎng)馴化換水方式上又可分為連續(xù)換水和間歇換水，對于不同的換水方式在不同工藝培養(yǎng)上的應用已有大量研究，也有將兩者結(jié)合起來運用。而關于兩種不同換水方式的比較，并未有特別詳細的文獻報道。本文采用兩種換水方式在倒置A2/O 工藝反應器中培養(yǎng)和馴化污泥，基于微生物對污染物的去除速率和污泥性能分析，比較兩種換水方式對污泥培養(yǎng)和馴化的影響，為實際工程應用提供一定的實驗依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

乙酸鈉、氯化銨、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉、二水氯化鈣、五水硫酸銅、六水氯化鎂、七水硫酸亞鐵、六水二氯化鈷、四水氯化錳等均為分析純;接種污泥，取自合肥市塘西河污水廠的好氧池。

TU1901 雙光束紫外可見分光光度計;T6 新世紀紫外可見分光光度計;雷磁PHS-3C pH 計;XSP-2008CA 光學顯微鏡;MS104S 電子天平;HACH HQ 30d 便攜式溶解氧儀。

1.2 培養(yǎng)裝置及其運行方法

試驗裝置如圖1 所示。設有兩套相同裝置，由水箱、缺氧池、厭氧池、好氧池4 個部分組成，材質(zhì)均為有機玻璃。裝置有效容積為120 L，其中缺、厭、好氧池的容積分別為30，30，60 L。缺氧、厭氧池中設有攪拌器，確保泥水均勻混合;好氧池底部設有兩個石英砂曝氣裝置。

圖1 實驗裝置圖Fig.1 Schematic diagram of the experimental setup

取接種污泥60 L，混合人工配水加至裝置有效容積?？刂埔欢ㄆ貧饬?，連續(xù)悶曝24 h。連續(xù)換水培養(yǎng)開始由水箱持續(xù)加入人工配水，由沉淀池排水;間歇換水培養(yǎng)由人工填加配水，只進行曝氣、靜沉、排水3個過程，反復循環(huán)。培養(yǎng)馴化過程中不排泥。實驗中分別考察反應器運行2，15，40 d 和55 d 時污染物去除速率。每次都是在進水后，連續(xù)取樣5 h，出水取樣頻率為1 次/h，并測定水樣的COD、NH3-N、TP。

1.3 試驗污泥及用水

兩反應器的接種污泥MLSS 約為5 000 mg/L，SV30 為31%，污泥呈黑棕色，鏡檢下只能觀察到少量的微生物。本試驗采用人工配水，乙酸鈉339 ～412 mg/L，NH4Cl 24.6 ～50.2 mg/L，KH2PO44.7 ～14.3 mg/L，CaCl2·2H2O、CuSO4·5H2O、MgCl2·6H2O、FeSO4·7H2O、COCl2·6H2O、MnCl2·4H2O均為微量;加入碳酸氫鈉調(diào)節(jié)pH。

1.4 測試方法

測試指標COD、NH3-N、TP、SV30、MLSS 均采用國家標準方法進行測定［13］。pH 采用pH 計進行測定?；钚晕勰嗟纳镧R檢采用光學顯微鏡檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 對污染物的去除速率

在進水0 ～5 h，COD 去除得很快，有機底物的濃度也較高，活性污泥在此階段處于對數(shù)增長期，5 h后，有機底物的平均濃度已經(jīng)在50 mg/L 以下。Eckenfelder 模型由W W Eckenfelder Jr 對間歇反應器內(nèi)微生物生長情況進行觀察后提出的［14］。Eckenfelder 公式［15］指出了有機物在微生物對數(shù)增殖期的去除規(guī)律:

式中 Y——產(chǎn)率系數(shù);

該公式表達了不同培養(yǎng)時間后有機物的去除速率常數(shù)K 和常數(shù)C，以考察培養(yǎng)中污泥對有機物的去除規(guī)律。COD 去除速率擬合方程見表1。

表1 不同換水方式COD 去除速率擬合方程Table 1 The fitted regression equation between COD degradation rate in different way of change water

隨著培養(yǎng)時間的延長，間歇換水培養(yǎng)方式中COD 去除速率常數(shù)K 先增加后降低，第2 d 去除速率為－ 0. 160 2，在第40 d 左右K 達到最大值－0.489 1后在55 d 降到了－0.376 8;連續(xù)培養(yǎng)方式中COD 去除速率常數(shù)K 在持續(xù)增大，40 d 時為－0.490 9，55 d 去除速率常數(shù)為－0.498 8。在不同培養(yǎng)時間下，連續(xù)換水的COD 去除速率常數(shù)都比間歇換水的高。實驗數(shù)據(jù)擬合趨勢與王長生等［16］的研究相符合。隨著培養(yǎng)時間的增加，活性污泥的MLSS 也隨之增加，去除速率隨污泥的MLSS 的增加而增加，在間歇換水培養(yǎng)馴化方式中，活性污泥的成熟期較連續(xù)式換水方式更早達到，在40 d 達到頂峰后，速率開始下降;而連續(xù)換水方式還未完全達到污泥成熟期，去除速率仍在緩慢增加。連續(xù)換水方式在COD 去除速率上占一定優(yōu)勢，COD 的去除速率并非隨培養(yǎng)時間的增長而無限增加的，在一定時間，兩種不同培養(yǎng)方式的去除速率都會達到峰值，此時活性污泥的活性最強。

氨氮、總磷的去除與時間成線性關系。去除速率常數(shù)可用下式［17］表示:

式中 N0——起始氨氮/總磷濃度，mg/L;

表2 不同換水方式NH3-N 去除速率擬合方程Table 2 The fitted regression equation between NH3-N degradation rate in different way of change water

表3 不同換水方式TP 去除速率擬合方程Table 3 The fitted regression equation between TP degradation rate in different way of change water

通過表2 中的擬合方程可知，第2 d 去除速率常數(shù)分別為－4. 070 和－4. 337，間歇換水方式的NH3-N 去除速率趨勢與COD 一致，速率常數(shù)同樣先增大后下降;不同的是，連續(xù)換水方式的NH3-N 去除速率趨勢去COD 不一致，并沒有持續(xù)增長，在40 d達到峰值－9.814 后，便開始下降，55 d 降到了－6.188，比間歇式方式55 d 的－7.123 還要低。這與張傳義等［18］在研究中發(fā)現(xiàn)相符合，在DO 偏高的環(huán)境中，對氨氮的去除更有利，在DO 偏低環(huán)境中，則相反。在間歇換水方式中DO 的含量比連續(xù)換水方式DO 的含量高，在55 d 時，間歇方式中氨氮的去除速率高于連續(xù)方式中氨氮的去除速率。由擬合表3 得知，兩不同換水方式的總磷去除速率與COD 的去除規(guī)律一致，不過存在較小的差異，COD 去除速率常數(shù)從開始，連續(xù)換水方式就一直大于間歇方式，在TP 去除方面，經(jīng)過55 d 的培養(yǎng)馴化，連續(xù)方式的速率常數(shù)雖然還在持續(xù)增長，但最大的速率常數(shù)－2.209也比間歇換水方式的極值－2.309 小。

當培養(yǎng)時間為2，15，40 d 和55 d 時，氨氮在間歇和連續(xù)換水方式上去除速率常數(shù)K 分別為－4.070，－5. 547，－7. 235，－7. 123 和－4. 337，－6.318，－9.814，－6.188;TP 在間歇和連續(xù)換水方式上去除速率常數(shù)K 分別為:－0.502，－0.871，－2.309，－1. 956 和－0. 585，－1. 138，－1. 595，－2.209。間歇換水方式能更快使污泥活性達到最佳值，但是如果不排泥，會導致活性污泥的老化，從而活性開始降低，在一定時間下，去除速率常數(shù)也會隨之降低。

2.2 不同換水培養(yǎng)方式的污泥特性

2.2.1 污泥濃度和沉降性 污泥培養(yǎng)馴化期間兩反應器的MLSS 和SVI 值見圖2。

由圖2 可知，在55 d 的污泥培養(yǎng)馴化期間，間歇換水和連續(xù)換水的活性污泥的MLSS 均隨運行時間的增加而逐漸升高，從開始培養(yǎng)的約2 400 mg/L分別增長到了5 800 mg/L 和4 900 mg/L，在25 d 之前，連續(xù)換水方式的MLSS 高于間歇，在25 d 后，連續(xù)方式的MLSS 增長緩慢，間歇換水方式的MLSS 開始加速增長，最終，在相同的培養(yǎng)條件下，間歇換水培養(yǎng)方式的MLSS 高于連續(xù)換水培養(yǎng)方式。隨著馴化時間的增加，兩反應器內(nèi)的SV30均有所增加，間歇換水方式活性污泥的SV30從13%增加到了36%，連續(xù)換水方式活性污泥的SV30從12%增加到32%，因為反應器內(nèi)的MLSS 大幅度上升，導致了SV30的上升。從兩種方式的污泥指數(shù)SVI 分析，范圍分別為48 ～70 mL/g 和43 ～84 mL/g，說明在培養(yǎng)馴化期間兩反應器都沒有出現(xiàn)污泥膨脹的現(xiàn)象，而且處于一個污泥狀態(tài)較好的范圍。

圖2 污泥特性變化Fig.2 Variation of sludge performance

2.2.2 生物相觀測 在污泥培養(yǎng)馴化期間，對接種污泥和經(jīng)過40 d 培養(yǎng)的污泥進行了微生物相的觀察。圖3 是兩種換水方式分別得到污泥的微生物鏡檢照片。

圖3 活性污泥微生物相照片F(xiàn)ig.3 Photos of activated sludge microorganisms a.間歇式;b.連續(xù)式

對接種污泥用顯微鏡檢測，并未發(fā)現(xiàn)后生動物和原生動物。污泥培養(yǎng)馴化40 d 后，對間歇式換水培養(yǎng)和連續(xù)式換水培養(yǎng)的活性污泥做鏡檢，均能發(fā)現(xiàn)大量的原生動物和后生動物，種類也較多，以輪蟲、鐘蟲為主，表現(xiàn)十分活躍。污泥絮體規(guī)則排列，并且密集。說明兩種換水方式均能培養(yǎng)出較好的活性污泥。

3 結(jié)論

隨著培養(yǎng)時間增加，采取兩種不同的換水方式培養(yǎng)，均能培養(yǎng)出較好的活性污泥。在有機物去除上，間歇換水培養(yǎng)會在40 d 達到最快去除速率常數(shù)－0.489 1，連續(xù)換水培養(yǎng)的污泥去除速率稍快，但沒有顯著差異，在相同時間為－0.490 9，后續(xù)還在緩慢增漲，50 d 時為－0.498 8;去除速率并不是隨著培養(yǎng)時間增加而增加，間歇換水培養(yǎng)在達到峰值后開始下降。在脫氮除磷上，間歇換水培養(yǎng)方式同樣先達到最佳去除速率。連續(xù)換水培養(yǎng)方式在去除速率上沒有太大優(yōu)勢，間歇換水培養(yǎng)方式能更快使污泥成熟，在正常運作啟動上節(jié)省了時間。在倒置A2/O 工藝啟動上采用間歇換水培養(yǎng)方式更佳，目前大多數(shù)水廠啟動也多采用間歇換水培養(yǎng)方式。

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