CN比对好氧颗粒污泥性能的影响

第6卷　第11期环境工程学报Vol.6,No.112012年11月ChineseJournalofEnvironmentalEngineeringNov.2012C/N比对好氧颗粒污泥性能的影响赵　霞1,2　冯辉霞1　雒和明1　陈忠林2　姜　峰1　赵阳丽1(1.兰州理工大学石油化工学院,兰州730050;2.哈尔滨工业大学市政环境工程学院城市水资源与水环境国家重点实验室,哈尔滨150090)摘　要　在SBR内接种活性污泥,研究了进水C/N比对好氧颗粒污泥的影响。结果表明,在高C/N比的条件下污泥不易快速颗粒化,沉降性能差,低C/N比有利于反应器内微生物的积累,MLSS最高可达8740mg/L,然而过低的C/N比将导致颗粒粒径增加,结构疏松以致解体,丝状微生物过度繁殖,不利于系统的稳定。对有机物的去除受进水C/N比的影响不明显,颗粒初步形成后对COD的去除率基本维持在87%左右;在C/N比为6．67~2．86之间时,除磷效果较好,平均去除率稳定在80%以上,而C/N比过高或过低,污泥颗粒化程度差,体系内缺乏除磷所需的微观环境,不利于磷的去除;进水C/N比对NH+4-N的去除效果影响明显,C/N比为10时,好氧颗粒污泥具有良好的脱氮效果,NH+4-N的平均去除率达90．59%,但低C/N比能抑制硝化菌和反硝化菌的活性,当进水C/N比由5降低至2时,反应器对NH+4-N的去除率由65．23%下降到38．77%。关键词　SBR　颗粒污泥　C/N比　物理性能　除污效能中图分类号　X703　　文献标识码　A　　文章编号　1673-9108(2012)11-3928-05EffectofC/NratioonpropertiesofaerobicgranularsludgeZhaoXia1,2　FengHuixia1　LuoHeming1　ChenZhonglin2　JiangFeng1　ZhaoYangli1(1．CollegeofPetrochemicalTechnology,LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou730050,China;2．StateKeyLaboratoryofUrbanWaterResourceandEnvironment,SchoolofMunicipal&EnvironmentalEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)Abstract　FlocculentactivatedsludgewasusedastheinoculatedsludgeandtheeffectofinfluentC/Nratioonthepropertiesofgranularsludgewasstudiedinsequencingbatchreactor(SBR).Theresultsindicatedthattheactivatedsludgecouldn’tgranulaterapidlyandhadapoorsettlingabilityathighinfluentC/Nratio.MicrobeaccumulatedeasilyinthereactoratlowC/Nratioandthemixedliquorsuspendedsolid(MLSS)couldbeupto8740mg/L.However,theexcessivelowC/Nratiowouldleadtotheincreaseofparticlediameter,thedisinte-grationofdispersionsludgeparticlesandthebulkingoffilamentousmicrobe,andthesewerenotconducivetothestabilityofthesystem.TheinfluentC/Nratiohadlittleinfluenceontheremovaloforganism,andtheCODre-movalremainedatabout87%aftersludgeparticlesformedpreliminarily.Theaveragephosphorusremovaleffi-ciencyremainedabove80%whenC/Nratiowasbetween6．67and2．86．WhilethelowerorhigherC/Nratiocouldresultinpoorgranulationandthelackofmicro-environment,thesewerenotusefulforthephosphorusre-moval.Ontheotherhand,theinfluenceofinfluentC/Nratioontheammonianitrogenremovalefficiencywasobvious.Aerobicgranularsludgehadgoodsimultaneousnitrificationanddenitrificationperformances,andtheaverageNH+4-Nremovalcouldreach90．59%whenC/Nratiowas10．However,wheninfluentC/Nratiowasdecreasedfrom5to2inthereactor,theactivitiesofnitrificationbacteriaanddenitrificationbacteriawereinhibi-tedobviously,theNH+4-Nremovalratewouldreducefrom65．23%to38．77%.Keywords　sequencingbatchreactor;granularsludge;C/Nratio;physicalperformance;decontaminationefficiency基金项目:国家创新研究群体科学基金资助项目(51121062);国家自然科学基金资助项目(5126803);兰州理工大学优秀青年教师培养计划(1005ZCX016)收稿日期:2011-11-21;修订日期:2011-12-26作者简介:赵霞(1977~),女,博士研究生,副教授,主要从事废(污)水处理技术研究与资源化利用研究工作。E-mail:[e-mail]　　好氧颗粒污泥的研究始于20世纪90年代[1],作为新一代生物水处理技术,相对于传统活性污泥法,具有良好的沉降性能,可在反应器内保持高密度的生物量,同时兼具了好氧、厌氧的微观环境等优点[2-4],是一种由微生物自固定化的特殊生物膜,而成为废水生物处理领域的研究热点。第11期赵　霞等:C/N比对好氧颗粒污泥性能的影响培养微生物所必需的碳源是构成微生物细胞的含碳物质(碳架)和供给微生物生长、繁殖及运动所需要的能量,而氮源是合成蛋白质的主要原料[5,6]。污水中的C/N比过大或过小都会影响微生物生长繁殖,进而影响到颗粒污泥性能。已有关于基质匮乏[7]、高有机负荷[8]、高氨氮[9]对好氧颗粒污泥的影响等方面的研究,然而关于C/N比对好氧颗粒污泥的影响研究鲜有报道。鉴于以上原因,作者在SBR里接种活性污泥,逐步降低C/N比培养好氧颗粒污泥,研究C/N比对好氧污泥颗粒化过程、降解有机物及脱氮除磷能力的影响,以期为好氧颗粒污泥的实际推广应用提供一定的理论参考。1　材料与方法1．1　实验装置及运行工况反应器为有机玻璃制成(图1),内径为8cm,总高度为60cm,有效容积为3L,每周期换水量为1．47L。采用KG316T型微电脑时控开关分别控制进水蠕动泵(BT01-100)、出水电磁阀(2W系列)和电磁式空压机(ACO-002)的开关,实现进水、曝气、沉淀、排水和静置过程的自动控制。由转子流量计控制表观上升气速为1．6cm/s,维持水中DO为4mg/L,采用电加热棒控制水温在(22±3)℃;系统每天运行8个周期,每个周期进水6min,曝气140~169min,沉淀30~1min,排水1min,静置3min,其中具体沉淀时间根据污泥沉降性能而定。图1　SBR装置示意图Fig．1　SchematicdiagramofSBRsystem1．2　实验用水进水采用人工配水,以C6H12O6、CH3COONa为综合碳源,NH4Cl为氮源,KH2PO4和K2HPO4为综合磷源,其中COD为1300mg/L左右,保持C/P比为50;根据除污效果及污泥颗粒化程度,C/N比由起始的20逐步降低为2,不同运行时间下C/N比的变化情况如表1所示;采用NaHCO3调节pH为7左右,同时向其中加入适量的MgSO4·7H2O、FeSO4、CaCl2以及提供微生物生长所必需的微量元素。表1　不同运行时间下C/N比的变化情况Table1　C/Nratiochangesunderdifferentoperationtimes运行时间(d)C/N比运行时间(d)C/N比1~52034~383．336~131039~432．8614~196．6744~482．520~26549~532．2227~33454~5921．3　接种污泥接种污泥取自青岛啤酒(甘肃)污水处理厂,呈黑褐色且含有大量杂质,活性较差。经80目不锈钢筛网过滤去除杂质后,闷曝24h取1L活性已恢复的污泥接种。镜检发现接种污泥中有大量的菌胶团及原生动物,其中原生动物以钟虫为主,并伴随有变形虫和半眉虫等。1．4　分析测定方法每隔8个周期于反应器运行排水阶段取出水混合液,并与进水混合液分别用定性滤纸过滤,目的在于消除混合液内悬浮物对分析结果的影响,随后再进行分析;如有必要可随时监测各指标。检测项目主要有COD、NH+4-N、TP、MLSS、MLVSS和SV30等,均按标准方法测定[10]。2　结果与讨论2．1　C/N比对好氧颗粒污泥形态结构的影响采用数码照相机对污泥颗粒在不同C/N比培养条件下得外观形态进行观察。结果发现,在培养初期,C/N比为20时,反应器内的污泥由接种的细小絮体聚集到一起而形成大絮体并呈辐射状生长(图2a);将C/N比降为10时,出现了少量的成形污泥颗粒,结构疏松,以及少量颗粒晶核,呈白色,水体中絮体附着于其上,同时,原来大而轻的絮体变的小而密实(图2b);C/N比为5时,反应器内的污泥基本已形成了明显的污泥颗粒,但此时的颗粒形状并不十分规则,轮廓模糊(图2c),水体中存在大量的丝状微生物致使出水呈糊状;直至C/N比为3．339293环境工程学报第6卷时,颗粒表面开始变得光滑致密,不再被絮体所缠绕,且形状都较规则呈球状或椭球型,呈现出良好的生长态势,出水清澈(图2d);逐步降低C/N比至2,颗粒粒径持续增大,如图2e所示,大多数颗粒中间形成空腔,已解体,呈淡黄色;图2f为反应器运行至40d时成熟好氧颗粒污泥在2000倍放大倍数下的扫描电镜图片,从图中可以看出,由丝状微生物构成了成熟颗粒污泥的主体部分,并有一些粘液层附着于其上,同时还有大量的孔径存在。因此,实验表明,在高C/N比的条件下,污泥不易快速颗粒化,所形成的污泥颗粒轮廓不清晰,同时过低的C/N比将导致颗粒粒径增加,结构疏松以致解体,丝状微生物过度繁殖,不利于系统的稳定。分析其原因可能由于其结构松散而有利于营养物向颗粒内部传递和代谢产物向外排泄,因此为污泥颗粒的粒径增加提供了条件。图2　不同C/N比下污泥形态及电镜图Fig．2　GranulesimageunderdifferentC/Nratiosandelectronmicroscopephotos2．2　C/N比对颗粒污泥物理性能的影响当进水C/N比由20逐步降低为2时,反应器内微生物量和污泥的沉降性能如图3所示。图3　反应器运行过程中SVI和MLSS的变化Fig．3　VariationsofSVIandMLSSduringexperiment颗粒化初期,由于逐步缩短沉降时间所