進(jìn)水基質(zhì)對(duì)好氧顆粒污泥形成的影響及穩(wěn)定性研究

張琳潔,張玉蓉,沈　忱,李艾莉,張哲文(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院,甘肅蘭州　730050)

進(jìn)水基質(zhì)對(duì)好氧顆粒污泥形成的影響及穩(wěn)定性研究

張琳潔,張玉蓉,沈忱,李艾莉,張哲文
(蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院,甘肅蘭州730050)

以網(wǎng)板式SBR反應(yīng)器處理校園實(shí)際生活污水,考察了進(jìn)水基質(zhì)對(duì)好氧顆粒污泥培養(yǎng)過程的影響.通過試驗(yàn)對(duì)比實(shí)際生活污水與試驗(yàn)室人工合成生活污水對(duì)好氧顆粒污泥快速顆?；挠绊?結(jié)果表明:人工合成廢水培養(yǎng)出的顆粒污泥處理效果與實(shí)際生活污水處理效果相當(dāng),進(jìn)水基質(zhì)不同并不會(huì)明顯影響好氧顆粒污泥的形成及其穩(wěn)定性,但是由于校園生活污水中有機(jī)物種類豐富,有機(jī)負(fù)荷較大,取用方便.從實(shí)際可行的角度出發(fā),人工模擬合成廢水成本較高,因此以校園生活污水為培養(yǎng)基培養(yǎng)好氧顆粒污泥并運(yùn)行研究比人工模擬合成廢水進(jìn)行培養(yǎng)研究更有說服力和實(shí)際意義且可操作性更高.

好氧顆粒污泥;SBR;校園生活污水

引用格式:Zhang Linjie,Zhang Yurong,Shen Chen,et al．Influence of Influent Substrate to Formation of Aerobic GranG ular Sludge and Stability Study of Aerobic Granular Sludge[J]．Journal of Gansu Sciences,2016,28(2):101G105．[張琳潔,張玉蓉,沈忱,等．進(jìn)水基質(zhì)對(duì)好氧顆粒污泥形成的影響及穩(wěn)定性研究[J]．甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2016,28(2):101G105．]

近年來,隨著我國城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展,水環(huán)境受到前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),城鎮(zhèn)污水建設(shè)也受到重視,農(nóng)村生活污水無處理隨意排放引起點(diǎn)污染也隨之加劇,而生物降解法是去除污水中有機(jī)物最有效的辦法之一,且好氧顆粒污泥是近十幾年來發(fā)展的新工藝,好氧顆粒污泥可以看作是一種特殊的生物膜[1].大多數(shù)的研究者都是在序批式反應(yīng)器(SBR,seguencing batch reactor)中研究好氧顆粒污泥,通過SBR培養(yǎng)好氧顆粒污泥成功率高,具有沉降性好、容積負(fù)荷高等優(yōu)點(diǎn).同時(shí)好氧顆粒污泥在處理效果以及占地面積和操作費(fèi)用等方面都具有很大的優(yōu)勢(shì)[2G4],可以廣泛應(yīng)用于處理農(nóng)村生活污水,防止點(diǎn)源污染.影響好氧顆粒污泥形成的因素有很多,較短的沉降時(shí)間,較高的有機(jī)負(fù)荷,適當(dāng)?shù)乃羟辛Χ加欣谖勰囝w?；?污泥齡、水力停留時(shí)間以及進(jìn)水方式等也都影響著污泥顆粒化的進(jìn)程.高景峰等[5]將沉淀時(shí)間降低為6 min時(shí),出現(xiàn)了顆粒污泥,在沉淀時(shí)間降低為4 min的第6天,好氧顆粒污泥培養(yǎng)成熟,肉眼可見.從降低沉淀時(shí)間到好氧顆粒污泥培養(yǎng)成熟共耗時(shí)28天.在SBR系統(tǒng)中,瞬間進(jìn)水條件下反應(yīng)器內(nèi)的底物濃度出現(xiàn)富營養(yǎng)向貧營養(yǎng)的很快過渡,從而引發(fā)污泥中的生物體對(duì)基質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng),活性較好的微生物將基質(zhì)儲(chǔ)存到細(xì)胞內(nèi)部以便在貧營養(yǎng)條件下進(jìn)行內(nèi)源代謝[6].雖然荷蘭DHV公司已經(jīng)將AGS工程化[7],但是好氧顆粒污泥的快速培養(yǎng)和穩(wěn)定維持還存在很多問題.目前,許多關(guān)于對(duì)好氧顆粒污泥的研究都是通過人工模擬合成廢水進(jìn)行的,不利于好氧顆粒污泥技術(shù)廣泛應(yīng)用,以實(shí)際生活污水作為進(jìn)水基質(zhì)使污泥迅速顆?；难芯考坝嘘P(guān)顆粒特性的研究報(bào)道較少.試驗(yàn)通過維持相同的曝氣量、水力剪切力以及溫度等因素分別以人工模擬廢水和校園實(shí)際生活污水為進(jìn)水基質(zhì),分析研究不同的進(jìn)水基質(zhì)對(duì)好氧顆粒污泥的形成過程、穩(wěn)定性能等方面的影響.

1　材料和方法

1．1試驗(yàn)裝置及運(yùn)行流程

設(shè)置SBR為圓柱形反應(yīng)器,高度為1．2 m,內(nèi)徑為17 cm,為提高顆粒所受的水力剪切在系統(tǒng)中架設(shè)水平網(wǎng)板,網(wǎng)板直徑為16 cm,孔間距為5 mm,孔徑為8 mm,網(wǎng)板之間的間距為20 cm,反應(yīng)器有效容積為27 L,其裝置如圖1所示.

圖1　網(wǎng)板式SBRFig．1　Screen type SBR

1．2試驗(yàn)用水

分別采用校園生活污水和人工模擬廢水培養(yǎng)好氧顆粒污泥,其中校園生活污水,COD為500~ 1 800 mg?L－1、NH4GN為100~220 mg?L－1、TP為4~25 mg?L－1.人工模擬廢水,即以乙酸鈉為碳源,NH4Cl為氮源,KH2PO4為磷源,添加少量微量元素,反應(yīng)器的進(jìn)水、曝氣、沉降、出水、閑置等各階段都通過時(shí)間繼電器自動(dòng)變換控制.配比成分見表1.

1．3接種污泥

接種污泥均采用蘭州市安寧區(qū)污水廠二沉池的污泥.污泥為黑色絮狀體.

1．4試驗(yàn)方法

為落實(shí)上述目標(biāo)，方案從完善可持續(xù)籌資政策、提高貧困人口待遇水平、促進(jìn)就醫(yī)公平可及、優(yōu)化基層公共服務(wù)、加強(qiáng)醫(yī)療服務(wù)管理等方面提出了一系列重點(diǎn)措施，貫穿醫(yī)保參保繳費(fèi)、待遇支付、保障標(biāo)準(zhǔn)、管理服務(wù)、就醫(yī)結(jié)算等全過程。

設(shè)置兩組SBR作對(duì)比試驗(yàn)并且進(jìn)行水質(zhì)分析.據(jù)水質(zhì)檢測(cè)分析標(biāo)準(zhǔn)[8,9],COD的測(cè)定采用重鉻酸鉀法,NO2GN的測(cè)定用乙二胺光度法,NO3GN的測(cè)定用酚二磺酸光度法,NH4GN的測(cè)定用納氏試劑分光光度法,TP的測(cè)定用鉬銻抗分光光度法.

表1　模擬生活污水組成Table 1　Simulation of constitution of domestic sewage

1．5試驗(yàn)運(yùn)行分析

試驗(yàn)周期為6 h,每個(gè)周期包括進(jìn)水1 min,曝氣5．5 h,沉淀,靜置,出水3 min,共5個(gè)過程,通過沉淀時(shí)間加快顆粒污泥的形成,使穩(wěn)定的顆粒保存下來,在試驗(yàn)溫度為18~25℃的室內(nèi)環(huán)境溫度下進(jìn)行.

2　結(jié)果與分析

2．1好氧顆粒污泥顆?；倪^程

利用光學(xué)數(shù)碼顯微鏡對(duì)污泥的表面形態(tài)進(jìn)行觀察,接種污泥為黑色絮狀體,培養(yǎng)10天后在SBR系統(tǒng)內(nèi)形成小的顆粒污泥,但污泥中絮體占比例較大,在第35天時(shí)觀察污泥形態(tài)并且發(fā)現(xiàn)污泥形成顆粒,呈現(xiàn)致密光滑橢球型,但粒徑較小.

人工模擬廢水培養(yǎng)出好氧顆粒污泥,在SBR中污泥培養(yǎng)7天時(shí),有小的顆粒污泥,在系統(tǒng)運(yùn)行30天時(shí),發(fā)現(xiàn)較多的顆粒污泥.在試驗(yàn)后期,少數(shù)顆粒污泥發(fā)生膨脹.

2．2顆粒污泥的穩(wěn)定性能

表2　顆粒污泥穩(wěn)定性能Table 2　Stability of granular sludge

從表2中的相關(guān)數(shù)據(jù)可以看出,實(shí)際污水培養(yǎng)的好氧顆粒污泥的MLSS在第35天時(shí)為5 910 mg/L,而SV30為17%,污泥的沉降性能較之前變好.人工污水培養(yǎng)的顆粒污泥在第30天時(shí),MLSS為4 030 mg/L,SV30為18．5%.從肉眼觀察,二者在試驗(yàn)中期,都有顆粒污泥形成,結(jié)構(gòu)較密實(shí).通過對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在實(shí)際的污水培養(yǎng)的顆粒污泥的沉降性能率只是略高于人工污水培養(yǎng)的,二者差別不大,這說明進(jìn)水基質(zhì)的不同對(duì)好氧顆粒污泥的形成沒有太大的影響.

2．3反應(yīng)器運(yùn)行情況

在人工污水培養(yǎng)好氧顆粒污泥的前提下,王瑛等[10]考察反應(yīng)器中架設(shè)網(wǎng)板對(duì)污泥顆粒化影響的研究表明,有網(wǎng)板的反應(yīng)器對(duì)污水中COD以及脫氮除磷的效果較好.試驗(yàn)在有網(wǎng)板的反應(yīng)器中,采用實(shí)際校園生活污水對(duì)好氧顆粒污泥進(jìn)行培養(yǎng)研究.高負(fù)荷下進(jìn)水COD去除率的效果對(duì)比如圖2所示.

圖2　高負(fù)荷進(jìn)水COD的處理效果Fig．2　Treatment effect of COD of highGload intake water

從圖3的數(shù)據(jù)可以看出,在試驗(yàn)培養(yǎng)顆粒污泥的階段,氨氮的進(jìn)水質(zhì)量濃度在170~190 mg/L之間,去除效果并不理想,在試驗(yàn)進(jìn)行30天后,去除效果逐漸上升,在試驗(yàn)進(jìn)行到45天時(shí),氨氮的進(jìn)水濃度大幅度減小,但氨氮的脫氮效果并沒有受到影響,處理效果平穩(wěn)上升.初步分析是由于校園生活污水中COD充足,能夠維持硝化菌和反硝化菌在脫氮過程中的碳源,同時(shí),試驗(yàn)過程中保持曝氣量充足,能夠保證硝化菌對(duì)氧的需求,從而維持菌群活性,使得脫氮過程能夠順利進(jìn)行.因此,在這個(gè)過程中,好氧顆粒污泥能去除校園生活污水中的氨氮,同時(shí)在氨氮濃度變化的情況下保證一定的去除率.

一般而言,在處理污水的過程中,對(duì)磷的去除是利用聚磷菌來完成的.首先,大量的微生物通過外部環(huán)境來攝取磷,并將磷以聚合的形態(tài)來貯存在菌體內(nèi),形成高磷污泥,排出系統(tǒng)外,達(dá)到除磷的效果.好氧顆粒污泥對(duì)TP去除率的效果對(duì)比如圖4所示.

由圖2可以看出,人工模擬的污水培養(yǎng)的顆粒污泥在前10天時(shí),污泥處于培養(yǎng)馴化階段,處理效果不穩(wěn)定,在25~30天時(shí),顆粒污泥絮體不穩(wěn)定,導(dǎo)致處理效果跨度較大.而實(shí)際生活污水培養(yǎng)的好氧顆粒污泥處理效果穩(wěn)定上升,且并沒有因?yàn)楦哓?fù)荷下的進(jìn)水濃度、外界環(huán)境的沖擊等因素使顆粒污泥發(fā)生膨脹,因此實(shí)際生活污水培養(yǎng)的好氧顆粒污泥穩(wěn)定性更好.

在處理校園生活污水的過程中,好氧顆粒污泥的脫氮主要進(jìn)行的是傳統(tǒng)的脫氮過程,即亞硝酸鹽菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽,再由硝酸鹽菌將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽,然后通過反硝化作用脫氮.處理效果見圖3.

圖3　好氧顆粒污泥對(duì)氨氮處理效果Fig．3　Treatment effect of granules to ammonia nitrogen

圖4　好氧顆粒污泥對(duì)TP的處理效果Fig．4　Treatment effect of granules to TP

從圖4中可以發(fā)現(xiàn),不論進(jìn)水濃度的高低,顆粒污泥對(duì)于TP的去除呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的趨勢(shì),尤其是校園生活污水培養(yǎng)的顆粒污泥沒有受到外界環(huán)境的影響,最高去除率達(dá)到73%,平均去除率達(dá)到62．57%.而對(duì)于人工模擬的污水的顆粒污泥,效果上下幅度較大,最高達(dá)到79%.在外界沖力較大時(shí),污泥的去除能力下降,平均去除率61．59%.由于好氧顆粒污泥自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),顆粒污泥由外到內(nèi)呈好氧、厭氧、缺氧的氧濃度梯度,外部的好氧區(qū)有利于聚磷菌在好氧階段吸收磷,而內(nèi)部的厭氧區(qū)利于聚GβG羥丁酸的富集,在外部碳源不足的情況下,聚磷菌可以將聚GβG羥丁酸作為碳源利用,進(jìn)而有利于聚磷菌的富集,從而有助于除磷的過程.而相比于模擬污水,校園污水正是有這樣的特點(diǎn),模擬污水成分少,碳源比較單一,不利于氧濃度梯度的形成.而校園生活污水有機(jī)物種類豐富,有利于聚磷菌富集,碳源種類多,在碳源不夠的情況下,有機(jī)物種類利于聚GβG羥丁酸產(chǎn)生,從而有助于除磷過程的順利進(jìn)行.

在網(wǎng)板式SBR中,雖然在個(gè)別時(shí)間段內(nèi)人工模擬的污水顆粒污泥對(duì)有機(jī)物去除率要比實(shí)際校園生活污水的處理效果好,但校園生活污水培養(yǎng)的好氧顆粒污泥整體處理效果較好.試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3.

表3　好氧顆粒對(duì)COD,NH4GN,TP的去除效果對(duì)比Table 3　Removal effect contrast of aerobic granules to COD,NH4GN and TP%

通過以上數(shù)據(jù)的分析,從兩者的處理效果來看,雖然人工模擬的污水培養(yǎng)的顆粒污泥最高的去除率比校園生活污水較好,但是整體去除率略低.這說明校園生活污水培養(yǎng)的顆粒污泥具有良好的脫氮除磷效果,能夠較好的處理生活污水或有機(jī)廢水.

實(shí)際生活污水成分復(fù)雜,微生物相豐富,進(jìn)水濃度不穩(wěn)定,但經(jīng)馴化后成功培養(yǎng)的好氧顆粒污泥的穩(wěn)定性更強(qiáng),選擇藥品進(jìn)行人工配比來實(shí)現(xiàn)污泥迅速顆粒化會(huì)導(dǎo)致水體二次污染,購買藥品成本較高、人工配比的水成分單一,濃度穩(wěn)定,顆粒污泥抗沖擊性能較差,在高負(fù)荷下或試驗(yàn)的后期,污泥會(huì)發(fā)生膨脹、解體等不理想的效果.

3　結(jié)論

(1)進(jìn)水基質(zhì)并不是好氧顆粒污泥形成的必要條件.

(2)實(shí)際生活污水培養(yǎng)好氧顆粒污泥處理有機(jī)廢水的可行性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了人工模擬廢水,更加高效、節(jié)能,在處理污水過程中更具有實(shí)際意義.

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Influence of Influent Substrate to Formation of Aerobic Granular Sludge and Stability Study of Aerobic Granular Sludge

Zhang Linjie,Zhang Yurong,Shen Chen,Li Aili,Zhang Zhewen
(School of Civil Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China)

The influence of influent substrate to cultivation process of the aerobic granular sludge was inG vestigated in treatment of real domestic wastewater of campus by using screen type SBR reactor．Through experimental comparison the influences of the real domestic wastewater and the synthetic domestic wastewater in lab to quick granulation of the aerobic granular sludge,the result showed that the treatment effect of the granular sludge cultivated from synthetic wastewater was equivalent to that of the real domesG tic wastewater,and the formation of the aerobic granular sludge and stability of the same should not be inG fluenced obviously when different influent substrates are applied;however,the domestic wastewater of campus had great organic load and convenient access as a result of rich varieties of organic substances．The synthetic wastewater is featured with high cost from the practical and feasible point;therefore,the cultivaG tion and research of aerobic granular sludge taking the domestic wastewater of campus as culture medium shall be more persuasive and have actual significance and higher operability than those of synthetic wastewater．

Aerobic granular sludge;Seguencing batch reactor;Domestic wastewater of campus

X703

A

1004G0366(2016)02G0101G05

10．16468/j．cnkii．ssn1004G0366．2016．02．022．

2015G01G04;

2015G04G26．

張琳潔(1988G),女,河南省漯河人,碩士,研究方向?yàn)槲鬯幚砑盎赜茫瓻Gmail:609810945＠qq．com．