污泥齡對(duì)SBR處理含HA和Cu2+廢水的影響

施萍，劉智萍，2，3，方芳，2，3，武文會(huì)，茍凱

污泥齡對(duì)SBR處理含HA和Cu2+廢水的影響

施萍1，劉智萍1，2，3，方芳1，2，3，武文會(huì)1，茍凱1

（1.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶400045；2.重慶大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400045；3.重慶大學(xué)低碳綠色建筑國(guó)際聯(lián)合研究中心，重慶400045）

以模擬生活污水為對(duì)象，研究SRT分別為10、15、20、25 d的情況下，SBR系統(tǒng)對(duì)COD、NH4+-N、HA和Cu2+的去除效果以及TTC-ETS的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明：SRT為20 d時(shí)，SBR系統(tǒng)處理含有10mg/LHA和2mg/LCu2+的模擬生活污水效果較好，此時(shí)COD、NH4+-N、HA、Cu2+去除率分別為92.65%、99.42%、96.98%、95.55%。SRT的變化并未明顯改變TTC-ETS的趨勢(shì)，呈現(xiàn)出先下降再上升最后下降的變化。與空白組相比，試驗(yàn)組的TTC-ETS受到HA和Cu2+的抑制。在單周期內(nèi)0、2、4、6、8、10 h TTC-ETS的抑制率分別為26.13%、76.39%、79.50%、79.61%、49.59%、39.31%。

活性污泥；污泥齡；腐殖酸；含HA和Cu2+廢水；SBR

在金屬加工、電鍍、采礦等行業(yè)產(chǎn)生大量含銅廢水。Cu2+可以通過食物鏈積累，對(duì)人體和動(dòng)植物造成潛在的危害〔1〕。Cu2+污染問題日益引起人們的重視。活性污泥作為一種吸附劑，已廣泛應(yīng)用于各種重金屬〔2〕以及腐殖酸〔3〕的吸附。另外，腐殖酸（HA）也是自然水體中常見的污染物質(zhì)，不易被微生物降解去除。但HA對(duì)重金屬的遷移轉(zhuǎn)化卻有著重要作用。近年來，HA引起致癌物的形成，影響水體感官指標(biāo)以及水體酸化等問題，引起了人們的重視〔4〕。目前，盡管活性污泥或HA吸附金屬離子以及活性污泥吸附HA已經(jīng)有較多研究，但是Cu2+、HA和活性污泥三者相互作用的報(bào)道相對(duì)較少。

污泥齡（SRT）是SBR中一個(gè)重要參數(shù)，與出水水質(zhì)以及污泥負(fù)荷等直接相關(guān)，過長(zhǎng)或者過短的SRT均會(huì)對(duì)污泥濃度和出水效果造成影響，難以維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)。SBR通過排泥來改變SRT，而不同的排泥量會(huì)導(dǎo)致不同的污泥濃度。污泥濃度的不同會(huì)使得SBR中的吸附點(diǎn)位不同〔5〕，最終影響HA和Cu2+的吸附去除量。現(xiàn)階段，不同的SRT對(duì)于SBR同時(shí)處理HA和Cu2+廢水的研究較少。因此筆者通過調(diào)整SBR系統(tǒng)中的SRT，考查SRT對(duì)SBR吸附去除HA和Cu2+廢水的影響；同時(shí)通過NH4+-N和COD的去除效果以及TTC-ETS在SRT變化過程中的特性分析，確定最佳SRT，為活性污泥處理系統(tǒng)穩(wěn)定和高效簡(jiǎn)便地控制出水中的金屬離子和HA提供理論指導(dǎo)。

1　試驗(yàn)材料、儀器與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1反應(yīng)器運(yùn)行

試驗(yàn)采用4個(gè)SBR反應(yīng)器，如圖1所示。

每個(gè)反應(yīng)器直徑20 cm，高50 cm，總體積15.7 L，有效體積為10 L。排水比為1∶2，每次排水5 L。反應(yīng)器頂部進(jìn)水，底部出水，曝氣管連接于反應(yīng)器底部，內(nèi)置曝氣砂頭裝置。利用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制SBR中的曝氣量。經(jīng)前期試驗(yàn)確定反應(yīng)器運(yùn)行周期為10 h時(shí)去除效果最好，因此試驗(yàn)的運(yùn)行周期為10 h，其中進(jìn)水10min，曝氣490min，靜置60min，排水10min，閑置30min。運(yùn)行期間pH范圍為6～8，溫度為室溫?？刂?個(gè)反應(yīng)器的SRT分別為10、15、20、25 d，連續(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)出水的COD、NH4+-N等指標(biāo)。

1.1.2試驗(yàn)水質(zhì)與接種污泥

試驗(yàn)用水為人工配制的生活污水，即在自來水中加入適量的葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4，使COD為320～420mg/L，NH4+-N為30～40mg/L。加入適量的NaHCO3，調(diào)節(jié)pH至6～8。

接種污泥取自重慶市雞冠石污水處理廠的曝氣池。將活性污泥運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室，并在SBR系統(tǒng)中以試驗(yàn)用水進(jìn)行培養(yǎng)。

1.1.3HA溶液的配制

HA為商業(yè)HA（C-HA，化學(xué)純，天津市津科精細(xì)化工研究所，灰分10%，水分＜8%，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.3%）。

稱取1.0 g HA，投入到1 L的去離子水中，滴加適量的0.1mol/LNaOH使其溶解，再使用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH為7.2，用0.45μm濾膜濾去不溶物〔6〕。

1.1.4Cu2+儲(chǔ)存液的配置

稱取3.781 3 g的Cu（NO3）2·3H2O溶解于適量的去離子水中，定容到1 000mL的容量瓶，得到Cu2+質(zhì)量濃度為1.00 g/L的儲(chǔ)備液。

1.1.5其他材料

HA（C-HA），天津市津科精細(xì)化工研究所；硝酸銅，成都市科龍化工試劑廠；氫氧化鈉，重慶川東化工有限公司；甲醛，重慶博藝化學(xué)試劑有限公司；TTC、次氯酸鈉、丙酮，成都市科龍化工試劑廠，以上試劑均為分析純。

1.2水質(zhì)分析方法

MLSS采用重量法測(cè)定；Cu2+使用日立Z-5000原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定；COD和NH4+-N分別采用COD快速測(cè)定儀和納氏試劑分光光度法測(cè)定；溶解氧采用YSIProfessional ODOTM溶解氧儀測(cè)定；TTC-ETS測(cè)定方法見參考文獻(xiàn)〔7-8〕。HA濃度以TOC、UV254表征。計(jì)算Cu2+和HA時(shí)用溶液中的Cu2+和HA濃度值減去空白溶液中的Cu2+和HA濃度。

2　結(jié)果與分析

SBR反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)月后，在不同SRT下考察系統(tǒng)處理含有10mg/LHA以及2mg/LCu2+模擬生活污水的效果以及污泥活性變化的趨勢(shì)。

2.1SRT對(duì)SBR處理常規(guī)指標(biāo)的影響

SBR出水中COD、NH4+-N的去除效果如表1所示。

表1　出水中COD和NH4+-N的去除效果

由表1可見，SBR反應(yīng)器在不同SRT下COD和NH4+-N的去除率均較高，并且不同SRT之間的COD和NH4+-N的去除率差異較小。

2.2SRT對(duì)SBR去除HA的影響

不同SRT對(duì)SBR去除HA的效果如表2所示。

表2　不同SRT時(shí)SBR對(duì)HA的去除效果

由表2可見，由TOC、UV254表征HA的去除結(jié)果趨勢(shì)大致相同。但以UV254表征HA的去除率高于以TOC表征的去除率。這是由于UV254代表芳香性腐殖質(zhì)有機(jī)物中的C=C雙鍵的含量〔3〕，間接反映水中非飽和鍵有機(jī)物的含量；而TOC表示的是溶液中總的有機(jī)物濃度，不僅包括腐殖類物質(zhì)，還包括生物降解釋放的有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和核酸類物質(zhì)，這些均難以去除，導(dǎo)致去除率較低。

SRT分別為10、15、20、25 d時(shí)，HA去除率分別為79.20%、91.84%、96.98%、68.39%?？梢?，SRT為20 d時(shí)，HA去除率最高。這是由于活性污泥對(duì)于HA的去除主要是吸附作用而非降解〔3〕，當(dāng)SRT從10 d增加為20 d時(shí)，污泥濃度逐漸增加，吸附HA的位點(diǎn)也逐漸增加，表現(xiàn)為HA去除率也逐漸增加。當(dāng)SRT從20 d增加為25 d時(shí)，出水HA反而下降，這可能是由于SRT為25 d時(shí)，污泥負(fù)荷更低，污泥處于內(nèi)源呼吸階段，大量的惰性物質(zhì)釋放到出水中〔9〕，活性污泥釋放的腐殖質(zhì)類的物質(zhì)大于吸附的HA，所以在SRT為25 d時(shí)，HA的吸附率減小。

2.3SRT對(duì)SBR處理Cu2+的影響

考察不同SRT對(duì)SBR處理Cu2+的影響。結(jié)果表明，活性污泥對(duì)于Cu2+的去除率先增大后減少，并且在SRT為20 d時(shí)，達(dá)到最大值。在SRT分別為10、15、20、25 d時(shí)，出水Cu2+分別為0.141、0.125、0.089、0.110 mg/L，Cu2+去除率分別為92.95%、93.75%、95.55%、94.50%。這可能是因?yàn)殡S著SRT的增加，污泥濃度逐漸增加。因此，逐漸增加的位點(diǎn)促進(jìn)了活性污泥對(duì)Cu2+的吸附。當(dāng)污泥濃度增加到一定值時(shí)，由于污泥點(diǎn)位之間的相互遮掩，導(dǎo)致Cu2+的吸附率反而下降。

2.4SRT對(duì)SBR污泥活性的影響

不同SRT下，SBR污泥的TTC-ETS變化趨勢(shì)如圖2所示。

圖2　TTC-ETS的變化趨勢(shì)

由圖2可見，不同SRT，污泥的TTC-ETS呈現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。反應(yīng)開始時(shí)，各SRT的TTC-ETS均保持在較高水平。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，各組污泥TTCETS均出現(xiàn)急劇下降。到8 h時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)停止曝氣，各組的TTC-ETS出現(xiàn)上升，隨后TTC-ETS又開始下降。由前面的試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)SRT為20 d時(shí)，出水中的COD、NH4+-N、HA和Cu2+濃度均達(dá)到較低水平，因此選擇SRT為20 d為最佳SRT。

SRT為20d時(shí)，對(duì)SBR處理含HA和Cu2+生活污水試驗(yàn)組與空白組的TTC-ETS在一周期內(nèi)的變化情況進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見，空白組的污泥活性TTC-ETS均普遍高于試驗(yàn)組，但其變化趨勢(shì)相同。試驗(yàn)開始時(shí)，與空白組相比，試驗(yàn)組TTC-ETS由113.97mg/（g·h）降至84.18mg/（g·h），抑制率為26.13%，說明當(dāng)SBR系統(tǒng)加入HA和Cu2+后，對(duì)微生物產(chǎn)生了抑制。在2 h之前，SBR系統(tǒng)中TTC-ETS主要表征異養(yǎng)菌的活性〔10〕，此期間隨著可降解COD逐漸減少，異養(yǎng)菌活性逐漸下降，這是由于基質(zhì)的不斷消耗而造成的。但由表1可知，出水COD均未超過50mg/L，這可能是由于異養(yǎng)菌的世代周期較短，在污泥齡為20 d時(shí)，異養(yǎng)菌均會(huì)出現(xiàn)大量、有效的積累，導(dǎo)致出水COD較低。

圖3　SBR單周期內(nèi)TTC-ETS的變化趨勢(shì)和抑制率變化

在2、4、6 h內(nèi)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，空白組和試驗(yàn)組的TTC-ETS繼續(xù)降低，主要是由于反應(yīng)器內(nèi)的基質(zhì)不斷減少而造成的。但與空白組相比，試驗(yàn)組在2、4、6 h時(shí)的抑制率均大于79%，這是由于微生物對(duì)Cu2+的毒性敏感〔11〕。但由表1中數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)組NH4+-N去除率仍然大于97%，這可能是由于當(dāng)添加HA后，能夠緩解Cu2+對(duì)硝化菌的毒害作用，所以硝化菌依舊能夠去除NH4+-N〔12〕。

在8 h時(shí)，反應(yīng)器停止曝氣，試驗(yàn)組以及空白組TTC-ETS均有上升。隨著反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，試驗(yàn)組以及空白組的TTC-ETS隨著反應(yīng)基質(zhì)的降低而繼續(xù)降低。在10 h時(shí)，TTC-ETS的抑制率為39.31%，在整個(gè)周期中抑制率僅高于試驗(yàn)開始時(shí)的抑制率，這可能是由于在周期的最后階段，反應(yīng)器中的溶解性Cu2+含量隨著反應(yīng)的進(jìn)行逐漸減少，而微生物的活性僅受到溶解性的Cu2+影響〔13〕，因此使得微生物的活性抑制率減小。

3　結(jié)論

（1）SBR處理含2mg/L的Cu2+和10mg/L的HA的模擬生活污水，當(dāng)SRT為20 d時(shí)處理效果較好，系統(tǒng)出水COD、NH4+-N、TN、HA、Cu2+的質(zhì)量濃度較低，分別為23、0.20、14.23、0.12、0.089mg/L，去除率分別為92.65%、99.42%、58.75%、96.98%、95.55%。

（2）SRT的變化并未明顯改變TTC-ETS的趨勢(shì)。試驗(yàn)組與空白組在0、2、4、6、8、10h的TTC-ETS的抑制率分別為26.13%、76.39%、79.50%、79.61%、49.59%、39.31%。

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Influences ofSRT on the treatm entofwastewater containing HA and Cu2+by SBR

ShiPing1，Liu Zhiping1，2，3，F(xiàn)ang Fang1，2，3，WuWenhui1，Gou kai1
（1.Faculty of Urban Construction＆EnvironmentalEngineering，Chongqing University，Chongqing400045，China；2.Key Laboratory ofGorgesReservoirRegion’s Eco-Environment，Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing 400045，China；3.National Centre for InternationalResearch of Low-Carbon and Green Buildings，Chongqing University，Chongqing400045，China）

Taking simulated domestic sewage as the research target，the influencesof SRTsystem on COD，NH4+-N，HA and Cu2+removing effects and the change of TTC-ETShave been studied，when SRT is under the conditions of 10，15，20，25 d，respectively.The resultsshow thatwhen SRT is20 d，SBR system hasagood removingeffecton the simulated domestic sewagecontaining10mg/LofHA and 2mg/LofCu2+，meanwhile，the removing ratesofCOD，NH4+-N，HA and Cu2+are 92.65%，99.42%，96.98%，95.55%，respectively.The change of SRT does not significantly change the trend of TTC-ETS，showing the change as declining firstly，rising next，and declining finally.Compared with theblank group，the TTC-ETS in theexperimentgroup hasbeen inhibited by HA and Cu2+.The inhibition rates of TTC-ETSin single cycle0，2，4，6，8，10 h are26.13%，76.39%，79.50%，79.61%，49.59%，39.31%，respectively.

activated sludge；sludge age；humic acid；wastewater containing HA and Cu2+；SBR

X703.1

A

1005-829X（2016）09-0076-04

施萍（1991—），碩士。E-mail：123417435@qq.com。

2016-06-14（修改稿）