腐殖SBR降解大分子有機(jī)物時(shí)污泥性能的研究

曹　楠　趙　可

（吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院 吉林長(zhǎng)春 130118）

引言

城市污水是由復(fù)雜的有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)組成的，通常用溶解態(tài)，膠體態(tài)，大型膠體態(tài)和可沉降態(tài)來(lái)區(qū)分污水中的物質(zhì)。根據(jù)Martins研究得知，有機(jī)物是以能否通過(guò)0.45μm的濾膜來(lái)劃分的，能通過(guò)的稱(chēng)之為溶解性有機(jī)物，不能通過(guò)的稱(chēng)之為顆粒態(tài)有機(jī)物。在污水廠(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中顆粒態(tài)有機(jī)物的處理方法主要有沉淀，過(guò)濾，混凝和生物處理。有報(bào)道稱(chēng)污水中顆粒態(tài)有機(jī)物對(duì)活性污泥的沉降性有促進(jìn)作用[1]，也有的學(xué)者發(fā)現(xiàn)污水中顆粒態(tài)有機(jī)物的減少影響了活性污泥的反硝化作用[2]，眾多報(bào)道指出顆粒態(tài)有機(jī)物對(duì)活性污泥特性以及污水處理效能都有著重要影響。

本試驗(yàn)引入了一種新型的污水處理工藝-腐殖土活性污泥工藝，是在傳統(tǒng)SBR工藝基礎(chǔ)上增設(shè)腐殖土反應(yīng)器，提高了污水的處理效率[3]。本文筆者主要研究了腐殖活性污泥在降解大分子有機(jī)物過(guò)程中對(duì)污泥沉降性和脫水性以及胞外聚合物組成成分的影響[4-8]。為污水處理工藝的改進(jìn)與穩(wěn)定運(yùn)行及城市污水處理提供一種新的設(shè)計(jì)依據(jù)及方案。

1　試驗(yàn)裝置與方法

1.1　試驗(yàn)裝置與運(yùn)行條件

試驗(yàn)采用兩組SBR反應(yīng)器，均內(nèi)置腐殖土填料，SBR反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制成，內(nèi)經(jīng)為20cm，高度為50cm，有效容積為13L。反應(yīng)器裝有增力攪拌器，在非曝氣缺氧狀態(tài)時(shí)，保持泥水混合均勻。

試驗(yàn)使用的原水均為人工配置，采用淀粉和葡萄糖為基質(zhì)，以硫酸銨和磷酸二氫鉀作為氮源和磷源，加入適量的自來(lái)水稀釋配制成原水。配水時(shí)將稱(chēng)好的藥劑溶解在40L的水箱中，用碳酸氫鈉調(diào)整pH。通過(guò)激光粒度儀（Malvern MS-2000）分析，以淀粉為基質(zhì)的有機(jī)污水中粒徑大于2μm的有機(jī)物為顆粒態(tài)有機(jī)物。在進(jìn)水前取500ml配置的原水對(duì)其進(jìn)行顆粒態(tài)有機(jī)物含量的分析，經(jīng)檢測(cè)粒徑大于2μm的有機(jī)物占96.86%。葡萄糖為易溶解的有機(jī)物。配制的兩類(lèi)污水主要成分為：pH在7左右，COD 450～500mg/L，NH4+-N 30～40mg/L，TP 8～10mg/L。

圖1　內(nèi)置腐殖土SBR反應(yīng)器

將人工配制的兩類(lèi)污水在水箱中充分混合均勻后，加入到兩個(gè)反應(yīng)器中，采用多空石曝氣，用空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量，溫控儀檢測(cè)水溫。

實(shí)驗(yàn)采用的污泥接種于長(zhǎng)春市某城市污水處理廠(chǎng)，在實(shí)驗(yàn)室條件下，接種于投加腐殖土填料的SBR系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)和馴化，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，污泥由棕黑色變成棕褐色，形成具有良好沉降性能的活性污泥后開(kāi)始試驗(yàn)。

兩個(gè)SBR反應(yīng)器運(yùn)行周期為10h，其中曝氣為6h，初始溶解氧在1～2mg/L，缺氧運(yùn)行2h，靜沉2h后排水。每3-4天取一次取一次污泥樣品進(jìn)行檢測(cè)，污泥樣品當(dāng)天取當(dāng)天測(cè)。

1.2　試驗(yàn)方法

EPS采用超聲波，高速離心和水浴加熱法提取。以多糖，蛋白質(zhì)和DNA總含量來(lái)表征EPS的含量。多糖使用蒽酮法測(cè)定，蛋白質(zhì)使用Folin-酚法測(cè)定，DNA使用二苯胺法測(cè)定。

活性污泥沉降性用SVI來(lái)表征。脫水性用毛細(xì)吸水時(shí)間（CST，CAPILLARY SUCTION TIME）來(lái)表征，一般CST值越大，表明活性污泥的脫水性能越差。CST值用英國(guó)Triton毛細(xì)吸水時(shí)間測(cè)定儀（TYPE 304B CAPILLARY SUCTION TIMER）測(cè)定。

2　結(jié)果與討論

2.1　活性污泥脫水性比較

如圖2為兩個(gè)腐殖SBR系統(tǒng)的CST對(duì)比。

圖2　兩組SBR反應(yīng)器CST值對(duì)比

在腐殖污泥降解顆粒態(tài)有機(jī)物的系統(tǒng)中污泥的CST值在70s-85s之間，平均值在75s左右；而反觀腐殖污泥降解溶解態(tài)有機(jī)物的系統(tǒng)中污泥的CST值在20s-35s之間，平均值在29s左右。兩組反應(yīng)器的CST值相差很大，顆粒態(tài)的是溶解態(tài)的2.5倍左右。

2.2　活性污泥沉降性比較

兩組反應(yīng)器的活性污泥除脫水性能的差異以外，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在活性污泥的沉降性方面也有不同（如圖3所示）。

圖3　兩組SBR的SVI比較

從圖中可以看出，在腐殖污泥降解顆粒態(tài)有機(jī)物的反應(yīng)器中污泥的SVI值在60-90mL/g之間，平均值在75mL/g左右；在腐殖污泥降解溶解態(tài)有機(jī)物的反應(yīng)器中污泥的SVI值在20-60mL/g之間，平均值在44mL/g左右。由此可以看出，在腐殖SBR系統(tǒng)運(yùn)行條件相同時(shí)，降解溶解態(tài)有機(jī)物的腐殖污泥的沉降性能要優(yōu)于降解顆粒態(tài)有機(jī)物的腐殖污泥，而主要原因可能是兩組腐殖SBR系統(tǒng)中活性污泥所具有不同的結(jié)構(gòu)。

2.3　 EPS組分及其含量變化分析

圖4為某一個(gè)周期內(nèi)兩組腐殖SBR系統(tǒng)活性污泥中EPS及其各主要組成部分含量比較。試驗(yàn)結(jié)果顯示，兩組反應(yīng)器活性污泥中EPS的含量分別為EPS溶解態(tài)256.86mg/L和EPS顆粒態(tài)389.29mg/L。而兩組反應(yīng)器活性污泥中占EPS含量最多的物質(zhì)是蛋白質(zhì)，分別為蛋白質(zhì)溶解態(tài)159.2mg/L和蛋白質(zhì)顆粒態(tài)260.87mg/L，后者大約是前者的1.6倍，分別占其EPS總含量的62%和67%。反觀多糖和DNA的含量相差不是很大，分別為多糖溶解態(tài)80.7mg/L和DNA溶解態(tài)16.95mg/L；多糖顆粒態(tài)90.18mg/L和DNA顆粒態(tài)38.24mg/L。多糖的含量分別占其EPS總含量的31%和23%，而DNA的含量分別占其EPS總含量的7%和10%左右。

圖4　某一周期兩組SBR反應(yīng)器中胞外聚合物組分比較

結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)采用兩組平行運(yùn)行的序批式腐殖活性污泥反應(yīng)器，分別以葡萄糖和淀粉為主要污染物，考察了顆粒態(tài)和溶解態(tài)有機(jī)物在降解過(guò)程中對(duì)腐殖活性污泥性能的影響和對(duì)胞外聚合物組分及其含量變化的影響。主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）腐殖污泥在降解溶解態(tài)有機(jī)物過(guò)程中污泥脫水性和沉降性能均優(yōu)于顆粒態(tài)的，CST和SVI值均小于后者。

（2）顆粒態(tài)有機(jī)物在水解的過(guò)程中使活性污泥EPS中蛋白質(zhì)和多糖的含量升高。

[1]Martins,A.M.P.,Karahan,van Loosdrecht,M.C.M..Effect of Polymeric Substrate on Sludge Settleability[J].Water Res.,2011,45:263-273.

[2]余夢(mèng)宇.顆粒有機(jī)物在脫氮除磷工藝中的水解及產(chǎn)物供碳效能研究[D].江蘇?。簱P(yáng)州大學(xué)，2016.

[3]劉一威,劉崢.腐殖土活性污泥工藝研究進(jìn)展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì).2013(02).

[4]虞敏達(dá)，何小松，檀文炳，席北斗，張慧.污水廠(chǎng)出水顆粒態(tài)與溶解態(tài)有機(jī)物的紅外和熒光光譜特征 [J].光譜學(xué)與光譜分析.2017.

[5]吳磊，尹軍，韓相奎，劉志生，馬臻.腐殖活性污泥生化特征及處理效能[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2014（04）

[6]王丹.污水顆粒有機(jī)物在脫氮除磷過(guò)程中的雙重影響[D].江蘇?。簱P(yáng)州大學(xué)，2016.

[7]邵錫斌，吳瑩，胡俊，鮑紅艷.顆粒態(tài)有機(jī)物在長(zhǎng)江口及其鄰近海域的夏季分布和影響因素初析 [J].海洋與湖沼.2014.

[8]余肖峰.顆粒有機(jī)物對(duì)A～2/O工藝脫氮除磷的影響[D].江蘇省：揚(yáng)州大學(xué)，2014.