溶解氧對好氧顆粒污泥處理城市污水的影響

張顏，金文博，付麗麗，梁紀靈，鹿欽禮，張倫秋

溶解氧對好氧顆粒污泥處理城市污水的影響

張顏，金文博，付麗麗，梁紀靈，鹿欽禮，張倫秋

（遼寧石油化工大學 土木工程學院，遼寧 撫順 113001）

溶解氧； 好氧顆粒污泥； 同步硝化反硝化； 生物除磷； SBR

1 試驗部分

1.1 試驗裝置及方案

選取質地為PMMA的SBR反應器，其有效高度為110 cm，在反應器側壁距底部33～77 cm處預留出5個出水口，相鄰出水口間距11 cm。反應器側壁為雙層結構，內壁直徑為9 cm，內外壁之間為恒溫循環(huán)熱水浴套管，用于保證適宜的試驗溫度。下部以半徑為9 cm的半球形設備作為泥斗，泥斗的可利用容積為7 L。系統(tǒng)進水通過設置高位水箱實現(xiàn)，依靠重力勢能進行排水。利用空氣壓縮機向SBR反應器中供給空氣使水體獲得溶解氧，采用微型小孔曝氣器，進氣量通過空氣流量計控制。試驗裝置如圖1所示。SBR反應器每天運行兩個周期，每個運行周期內各工序運行時長見表1。試驗裝置設置微電腦計時器自動控制系統(tǒng)，設置好進水、曝氣和排水的起止時間，自動開關電磁閥，從而實現(xiàn)進水、出水和曝氣各工序的全自動運行。

圖1　試驗裝置示意圖

表1　周期內各工序運行時長

1.2 原水水質

進水采用人工配水模擬實際城市污水，分別以無水CH3COONa、NH4Cl和KH2PO4作為碳源、氮源和磷源，其質量濃度見表2。

表2　試驗用水成分及其質量濃度

為促進微生物生長，進水中按1 mL/L的比例加入營養(yǎng)液，營養(yǎng)液成分及其質量濃度見表3。

表3　營養(yǎng)液成分及其質量濃度

1.3 溶解氧的控制

A.Mosquera-Corral等[19]在研究中發(fā)現(xiàn)，當系統(tǒng)中DO質量濃度過低時，AGS系統(tǒng)的穩(wěn)定性會受到影響，形成的污泥顆粒容易破碎。楊麒[20]發(fā)現(xiàn)，當DO質量濃度小于1 mg/L時，容易導致由絲狀菌膨脹引起的AGS解體，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

本文通過改變曝氣量來控制SBR中DO質量濃度。曝氣量一方面影響DO質量濃度，另一方面影響水力剪切力。較大的水力剪切有利于胞外多糖的產生，促進絲狀菌緊密纏繞，形成結構密實的顆粒污泥，其穩(wěn)定性也較高，但高水力剪切力和高溶解氧也意味著高能耗[21-23]。所以，通過改變曝氣量控制SBR中的DO質量濃度：3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L、1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L（在每個DO質量濃度控制范圍內運行7 d），研究DO質量濃度對SBR反應器中AGS系統(tǒng)處理效果的影響。

1.4 試驗分析方法

每天任意選取SBR反應器一個周期的出水，對出水中的各污染物指標進行檢驗測量。監(jiān)控測量的項目、分析方法及儀器見表4。

表4　監(jiān)控測量的項目、分析方法及儀器

2 結果與分析

2.1 AGS的形成和馴化

2.1.1AGS的形成機理及影響因素 AGS的形成過程是一個物理、化學和生物共同作用的復雜過程，受進水底物的類型、COD負荷、碳氮比、水力剪切力、SBR反應器的高徑比和沉淀時間等諸多因素的影響[24-26]。對AGS形成的機理并沒有統(tǒng)一的認識，現(xiàn)有的假說分類[27]見表5。

表5　AGS形成的機理分類

2.1.2AGS的形成培養(yǎng)和馴化 接種絮狀污泥在SBR反應器中經(jīng)過一周左右的適應時間，將沉降時間從30 min逐漸降低，最后控制在3 min，將沉降性能不好的污泥洗出SBR反應器，以改善污泥的沉降性能。各階段AGS的外部形態(tài)變化如圖2所示。

圖2　各階段AGS的外部形態(tài)變化

由圖2可見，30 d后污泥顏色由深褐色逐漸變?yōu)橥咙S色，并出現(xiàn)一些細小的顆粒；90 d后，原來的絮狀污泥幾乎全部轉變成橙黃色、小米粒狀的顆粒狀污泥。在較高的進水負荷下繼續(xù)培養(yǎng)，120 d后，好氧顆粒污泥顏色由淺黃色逐漸變?yōu)槌赛S色，外部輪廓規(guī)則，表面光滑，近似球形或橢球形，粒徑均勻，平均粒徑為1～2 mm，結構密實，標志著好氧顆粒污泥成熟。

2.2 對COD去除效果的影響

在不同DO質量濃度下，對AGS進水和出水的COD進行檢測，結果如圖3所示。

圖3　DO質量濃度對COD去除效果的影響

由圖3可知，在3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時，進水COD質量濃度為300～400 mg/L，COD的平均去除率分別為92.22%、92.34%和91.85%，均高于90%，處理效果均很好且無明顯差異。這說明，只要SBR中的DO質量濃度保持在1 mg/L以上，對COD的去除率影響不大。這主要有三方面的原因：一是試驗進水COD采用乙酸鈉作為碳源，乙酸鈉為小分子碳源，容易被生物降解；二是在完全好氧條件下，好氧顆粒污泥中的好氧區(qū)域足夠大，存在大量的異養(yǎng)菌，以乙酸鈉作為碳源進行生命代謝消耗碳源，從而去除城市污水中的COD；三是為了保證一定的DO質量濃度，需要向SBR系統(tǒng)中曝氣，曝氣過程產生的水力剪切力有利于EPS（胞外聚合物）的形成，EPS對COD也有很好的吸收效果。

2.3 對NH-N去除效果的影響

圖4　DO質量濃度對NH-N去除效果的影響

2.4 對TN去除效果的影響

在不同DO質量濃度下，對AGS進水和出水的TN質量濃度進行檢測，結果如圖5所示。

圖5　DO質量濃度對TN去除效果的影響

由圖5可知，當3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時，進水TN質量濃度為40～50 mg/L，AGS系統(tǒng)的平均出水TN質量濃度分別為17.198、12.832、8.189 mg/L，在三個不同DO質量濃度下，出水TN質量濃度差異較大。當3 mg/L≤

圖6　不同DO質量濃度下的出水NH-N、NO-N和NO-N質量濃度

2.5 對P去除效果的影響

在不同DO質量濃度下，對AGS進水和出水的P質量濃度進行檢測，結果如圖7所示。

圖7　DO質量濃度對P處理效果的影響

由圖7可知，在3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時，進水P質量濃度為8～12 mg/L，P的去除效果無明顯變化，去除率為73.62%～77.95%，平均去除率為75.80%。這可能是因為：DO質量濃度雖然影響聚磷菌好氧吸磷的速率，但只要保證足夠的好氧時間，聚磷菌的吸磷量可以得到保證，因此在好氧時間足夠的條件下，DO質量濃度對出水中P的質量濃度影響不大，出水中P質量濃度為3 mg/L左右。

3 結 論

（2） TN去除效果受DO質量濃度的影響顯著，當3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時，TN去除率分別為62.14%、71.81%和82.11%。

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Effect of Dissolved Oxygen on Municipal Sewage Treatment by Aerobic Granular Sludge

Zhang Yan， Jin Wenbo， Fu Lili， Liang Jiling， Lu Qinli， Zhang Lunqiu

（College of Civil Engineering， Liaoning Petrochemical University， Fushun Liaoning 113001， China）

Dissolved oxygen； Aerobic granular sludge； Synchronous nitrification denitrification； Biological phosphorus removal； SBR

X52

A

10.3969/j.issn.1672-6952.2021.04.005

1672-6952（2021）04-0028-06

http：//journal.lnpu.edu.cn

2020-09-10

2020-11-25

遼寧省自然科學基金項目（L2019005）。

張顏（1986-），女，碩士，從事污水處理與利用方面的研究；E-mail：747176778@qq.com。

梁紀靈（1985-），女，博士，講師，從事油泥砂固化/穩(wěn)定化和含油污水處理研究；E-mail：l2j418@126.com。

（編輯 宋錦玉）