SBR法培养好氧颗粒污泥的实验研究

　　摘要：以沈阳市某污水处理厂普通絮状活性污泥为接种污泥，采用人工配制的模拟废水，在SBR反应器中进行好氧颗粒污泥培养实验研究。结果表明：通过运行方式的调整及参数的改变，在第33d培养出成熟的好氧颗粒污泥，污泥粒径在2~3mm左右；在一次曝气后增加静置缺氧段，有利于脱氮，系统中COD、NH-N去除率可分别达到93%和92%；好氧3颗粒污泥系统中含有大量的原生动物和后生动物，系统中污泥状态良好，处理效果好。采用逐步提高生活污水比例的方法对颗粒污泥进行驯化，当生活污水的比例达到100%时，系统出水COD＜50mg/L，NH-N＜5mg/L，达到3GB18918—2002一级A出水标准。　　关键词:好氧颗粒污泥；培养；去除率；MLSS；SVI　　中图分类号：X703文献标志码：AExperimentalStudyofCultivationofAerobicGranularSludgeinSBR12WangYunmei,ZhangHua(1.ShenyangAcademyofEnvironmentalSciences,Shenyang110016,China;2.SujiatunSub-bureauofShenyangEnvironmentalProtectionBureauofChina,Shenyang110101,China)Abstract:　　Inthisstudy,byuseofcommonflocculentactivatedsludgefromamunicipalwastewatertreatmentplantasinoculationsludgeandsyntheticdomesticwastewater,aerobicgranularsludgewascultivatedinasequencingbatchreactor(SBR).Theresultsshowedthatbyadjustmentofoperationmodeandchangeofparameters,matureaerobicgranularsludgewassuccessfullycultivatedonthethirty-thirdday,withsizeofabout2~3mm.AdditionofanoxicstationaryphaseafteronetimeofaerationwashelpfulfordenitrificationandtheremovalrateofCODandNH-Ncouldreachto93%and92%respectively.Theaerobicgranular3sludgecontainedalargeamountofprotozoaandmetazoan,indicatingthattheperformanceofsludgeandthetreatmenteffectwasgood.Then,theaerobicgranularsludgewasacclimatedbygradualincreasingofthedomesticsewageratio.Whenthesewageratioreachedto100%,CODandNH-Nintheeffluentwaslessthan50mg/Land5mg/L,meetingthelevelAeffluentlimitsregulatedin3GB18918-2002.　　Keywords:AerobicGranularSludge;Cultivation;RemovalRate;MLSS;SVI　　CLCnumber:X703收稿日期：2014-11-26基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2012ZX07202-005-003）基金资助王允妹（1976-），女，硕士、高级工程师。研究方向：水污染防治。作者简介：第41卷　第3期2015年6月环境保护科学　EnvironmentalProtectionScienceVol.41　No.3Jun.2015,83~87好氧颗粒污泥技术是上世界90年代发展起来的一种新型微生物自固定化技术，是在好氧污水处理系统中培养出来的颗粒状微生物自凝[1-2]聚体。相对于传统活性污泥絮体松散、尺寸在0.02～0.2mm范围的特点，好氧颗粒污泥具有粒径大，约为絮状活性污泥粒径的100倍左右，颗粒紧实、表面光滑，密度大等优点。由于颗粒粒径大，每个颗粒污泥中的微生物种群丰富,所以颗粒污泥可使反应器中的污泥浓度高，沉降速[3]度快，耐冲击负荷，从而减小反应器的容积。文章以沈阳市某污水处理厂的普通絮状活性污泥为接种污泥，采用人工配制的模拟废水，在自制的SBR反应器中进行试验研究。SBR法培养好氧颗粒污泥的实验研究12王允妹，张　华(1.沈阳环境科学研究院，辽宁　沈阳　110016;2.沈阳市环境保护局苏家屯分局，辽宁　沈阳　110101)第41卷84环境保护科学　1　材料与方法1.1　试验装置试验用SBR反应器为圆柱形，内径100mm，有效高度1100mm，高径比11，有效容积为8.64L，每周期换水量为4.7L。进水：采用管道泵提升；排水：由PLC控制电磁阀，依靠重力自动排水；曝气：由空压机将空气通入到反应器的底部，经微孔曝气头释放，对反应器进行充氧以使反应器内的微生物与底物达到充分的混合；排泥：由反应器底部排泥阀手动重力排泥。进水量及曝气量由转子流量计控制。SBR装置工艺流程，见图1。图1　SBR装置工艺流程1.2　试验废水　　初期培养好氧颗粒污泥的试验废水采用人工合成模拟废水，以乙酸钠为碳源，NHCl为氮4源，KHPO为磷源，同时，为保证所培养的微24生物生长、繁殖需要，加入适当微量元素作为补充，微量元素主要成分及浓度参考文献[4-5]。模拟废水水质组成见表1。-1表1　模拟废水水质组成mg·L生活污水取自化粪池，主要污染指标COD为180～250mg/L，NH-N为18～31mg/L。31.3　试验污泥采用沈阳市某污水处理厂二沉池普通絮状污泥为接种污泥，MLSS为4000mg/L，比重约为1.005，SVI为125mL/g。1.4　运行方式SBR反应器内，好氧颗粒污泥的培养驯化初期，采用方式1：进水−曝气−沉淀−排水−闲置的运行方式，每天4个周期，每周期6h。运行2周后，将运行方式调整为方式2：进水−曝气−静置−二次曝气−沉淀−排水−闲置的运行方式，每天3个周期，每周期8h。在随后的培养中根据情况不断减少沉淀时间，造成选择压，排出沉降性能差的絮状污泥，最终沉淀时间降至5min。两种运行方式时间分配见表2。表2　两种运行方式时间分配表运行方式的调整是根据以往工程经验及参考文献[1]确定的，改变运行方式（即方式2），由于增加了缺氧段，系统在缺氧段内发生反硝化反应，并经过二次曝气及不断缩短时间的沉淀过程，将更有利于具有脱氮功能的好氧颗粒污泥的快速形成。1.5　分析方法　　COD：重铬酸钾法；NH-N：纳氏试剂分光Cr3光度法；NO-N：紫外分光光度法；NO-N：N-32(1-萘基)-乙二胺光；DO：DO测试仪；颗粒污泥外观：生物电镜。第3期852　好氧颗粒污泥培养采用沈阳市某污水处理厂二沉池的普通絮状污泥作为接种污泥，人工配制的模拟废水作为试验废水，自制的PLC控制系统对反应器的周期运行进行自动控制。2.1　好氧颗粒污泥培养期污泥物理特性变化　　在培养驯化初期，为了使污泥适应模拟水质的环境，采用方式1运行，运行至第3d污泥状态趋向好转，由原来的黑色变为褐色。运行至第7d，随着反应器选择压及曝气剪切力的作用，沉降性差的絮状体被洗出，丝状菌大大减少，沉降性有明显提高。并有部分污泥趋向于颗粒化状态，形成颗粒化污泥的雏形。这种初始的颗粒污泥为微生物提供了固定并保留于反应系统内的载体，随后改变运行方式，并逐渐提高进水负荷，初始颗粒内的各种微生物在颗粒内寻找适合自身生长增殖的生态位，并通过竞争与次级增长而衍生出新的代谢互补关系，由此进一步充实了颗粒污泥，经历33d，最终形成了结构紧密、外形规则的成熟颗粒污泥。MLSS与SVI均是反应器内污泥状态的重要指示指标。MLSS值越高，SVI值越低，说明反应器内的污泥越密实，污泥量越多，也间接体现颗粒化效果越好。在好氧颗粒污泥培养期间，反应器内的MLSS与SVI有着较大的变化，见图2。图2　反应器内MLSS及SVI变化曲线在颗粒污泥培养的前7d，属于适应性驯化阶段，此阶段反应器中的污泥浓度有所增加，SVI略有下降。从第8d开始污泥完全适应SBR系统，随着沉淀时间的缩短，系统内沉降性差的污泥被排出。在第14d左右MLSS达到最小值2900mg/L。从第15d起，改为方式2运行，系统内开始出现大量1~3mm长的絮状污泥及由絮状污泥缠绕连接已形成密实污泥核的小颗粒，反应器内污泥生长速度超过短时间沉淀所排出的污泥。在第21d时，反应器内污泥颗粒增大，絮状污泥减少，但颗粒污泥外层仍然是絮状，MLSS回升到3200mg/L左右，SVI降到75~80mL/g。第28d时，好氧颗粒污泥大量出现，此时SVI降到60mg/L左右。在系统运行至第33d，形成完全成熟的好氧颗粒污泥，粒径、形态达到最佳，MLSS稳定在4200mg/L左右，SVI则达到最低49mL/g。2.2　好氧颗粒污泥培养期污水处理效果及分析好氧颗粒污泥培养期对COD去除情况见图3，对NH-N的去除情况见图4。3图3　好氧颗粒污泥培养期COD浓度及去除率图4　好氧颗粒污泥培养期NH-N浓度及去除率3由图3、4可见，在培养启动阶段，为使污泥适应新的环境，模拟污水的浓度较低，进水COD在200mg/L左右，NH-N则保持在12mg/L左33右。曝气量控制在0.1m/h。按照方式1连续运行7d后COD和NH-N的去除率可分别达到79%和35000450040003500300025002000150010005000-1MLSS/mg·L运行时间/d13579111315171921232527293133140120100806040200-1SVI/mL·g7006005004003002001000-1COD/mg·L进水出水出除率120100806040200去除率/%运行时间/d13579111315171921232527293133进水出水出除率运行时间/d13579111315171921232527293133706050403020100-1NH-N/mg·L3120100806040200去除率/%王允妹　等：SBR法培养好氧颗粒污泥的实验研究第41卷86环境保护科学　57%，反应器中污泥颜色由黑色变为浅黄色，污泥的沉降性有明显改观，但系统内仍存在大量浅黄色细小、分散的絮状污泥且很难沉降（基本呈悬浮状态）。减少沉淀时间至20min，增加进水COD浓度至400mg/L左右，NH-N浓度至20mg/L左右，3连续运行1周后COD和NH-N的去除率可分别达3到90%和70%，反应器中污泥出现大量中心粒径1mm，周围缠绕着絮状污泥的小颗粒状的污泥，同时仍有大量絮状、难沉降的污泥存在，此时颗粒污泥的雏形形成。说明在培养初期减少沉淀时间，将沉降性差的絮状污泥排出反应器，有利于颗粒污泥的形成；提高进水负荷，为微生物的生长提供充足的养分，也有利于颗粒污泥的形成。将运行方式设置为方式2，增加一次曝气后的静置缺氧段，与此同时不断缩短沉淀时间，进水COD浓度400mg/L左右，NH-N浓度30mg/L左3右，连续运行1周后COD和NH-N的去除率可分3别达到90%和85%，反应器内污泥颜色偏白，污泥颗粒增多、增大，悬浮絮状污泥明显减少，与相同进水浓度，按方式1运行的结果比较，增加静置缺氧段后，NH-N去除率显著提高，是因为3缺氧段提供了反硝化的环境，反硝化的进行有助于硝化反应的进一步进行，使脱氮进行的比较彻底。按照方式2继续运行，不断提高进水的COD和NH-N浓度，根据反应器内污泥状态逐渐减少沉淀3时间。至第33d时，COD浓度达630