SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性

第30卷第7期2017年7月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciencesV〇1.30,N〇.7July,2017管蕾，信欣，朱辽东，等.SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性[J].环境科学研究,2017,30(7):1129-1137.GUANLei,XINXin,ZHULiaodong,eial.Cultivationandstableoperationperformanceofcarbon-basedaerobicgranularsludgeinSBR[J].ResearchofEnvironmentalSciences,2017,30(7)：1129-1137.SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性管蕾，信欣'朱辽东，袁劲桢，陈凡成都信息工程大学资源环境学院，四川成都610225摘要：为探究粉末活性炭和钙离子的投加对污泥颗粒化进程的影响，在300LSBR(序批式反应器）中接种普通絮状污泥，投加1.0g/L粒径约75pm的PAC(粉末活性炭）及35mg/L的Ca2+以促进污泥颗粒化进程，并研究其稳定运行特性.结果表明：常温下反应器在14d内开始形成具有良好沉降性能的AGS(好氧颗粒污泥），至第18天污泥颗粒化程度达到80.0%左右；在此后运行的100d内，AGS基本能保持其结构完整性.同时，反应器内p(MLSS)(污泥浓度）由接种时的3300mg/L升至4050mg/L，污泥SVI(体积指数）由接种时的120mL/g变为35mL/g.«;(PS)(PS为胞外多糖）较少且变化量小；《;(PN)(PN为胞外蛋白）在反应器启动及稳定运行阶段内都在提高，最终达到240mg/g(以每gMLVSS中含PS的质量计），PN/PS(质量比）最终稳定在15.00左右.稳定运行期间，反应器对污水中C0D&、TN、TP的平均去除率分别达到82.0%、76.5%和96.0%.研究显示，投加的PAC与普通絮状污泥间的吸附作用，促进了污泥的颗粒化进程；同时，PAC作为AGS的惰性成核物质，避免了AGS因内源呼吸从颗粒内部解体，提高了AGS的稳定性.关键词：粉末活性炭；污泥颗粒化；稳定性；好氧颗粒污泥中图分类号：X703.1文章编号：1001-6929(2017)07-1129-09文献标志码：ADOI：10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.29CultivationandStableOperationPerformanceofCarbon-BasedAerobicGranularSludgeinSBRGUANLei,XINXin*,ZHULiaodong,YUANJinzhen,CHENFanCollegeofResourcesandEnvironment,ChengduUniversityofInformationTechnology,Chengdu610225,ChinaAbstract：Anewmethodtoacceleratethegranulationprocessbyinoculating1.0g/Lpowderactivatedcarbon(PAC)withparticlesize75(jumtogetherwith35mg/LofCa2+insequencingbatchreactor(SBR)wasstudied,aswellasthepilotscalecultivationandstableoperationperformanceofcarbon-basedaerobicgranularsludge(AGS).Theresultsshowedthataerobicgranularsludgewithagoodsettlingperformancewasformedwithin14daysinthereactor,andthedegreeofsludgegranulationreached80.0%in18daysatnormaltemperature.Duringthestabilizationphaseof100d,AGScouldmainlyremainincompleteforms.Atthesametime,themixedliquorsuspendedsolids(MLSS)rangedfrom3300mg/Lto4050mg/L,andthesluggedvolumeindex(SVI)changedfrom120mL/gto35mL/g.Inaddition,polysaccharides(PS)contentwaslowandchangedlittle,buttheproteins(PN)concentrationkeptimprovinginthecultivationperiodandstableoperationphases,finallyreaching240mg/gMLVSS,andthePN/PSremainedatapproximately15.00.Meanwhile,duringthewholestableoperationphase,theaverageremovalrateofchemicaloxygendemand,totalnitrogenandtotalphosphorusreached82.0%,76.5%and96.0%,respectively.TheresultsshowedthattheadsorptionandshearforcebetweenordinaryflocculentsludgeandPACacceleratedthegranulationprocess；meanwhile,thePACactedasaninnercorewhichkepttheAGSstableandpreventeditfrombeingdisintegrated.Keywords：powderactivatedcarbon；granulation；stabilization；aerobicgranularsludge收稿日期：2016-10-26修订日期：2017-03-02基金项目：成都市科技惠民技术研发项目（2015-HM01-00477-SF);成都信息工程大学中青年学术带头人科研基金项目（J201614)作者筒介：管蕾（1992-)，女，山东潍坊人，[e-mail].*责任作者，信欣（1976-)，女，河北衡水人，教授，博士，主要从事水污染控制及资源化研究，[e-mail].⑶AGS(好氧颗粒污泥）是由相互聚集的、多物种的微生物自凝聚构成的团体，具有自我平衡的能力.相比于传统的普通活性污泥，AGS具有微生物量大、沉降性能好、抗有毒物质、耐冲击负荷等优点[1_2]，成为污水处理界学者们研究的热点.因此，AGS技术被认为是目前最有前途的废水生物处理1130环境科学研究第30卷技术之一[3].近年来，许多研究者对AGS理化结构特性、形成机理、基础应用等方面开展了大量研究[4~，但目前研究发现AGS的培养形成要求的条件比较苛刻、形成较慢且稳定运行效果差[74°]，大大限制了AGS技术在工程上的广泛应用.近年来，许多研究者针对AGS的瓶颈难题进行了不断的探究.1^1等[11_12]在活性污泥系统投加活性炭或纳米材料形成结构较密实、污泥湿密度高的颗粒污泥，能避免因传质阻力引起的颗粒内部分裂，从水力选择压的角度保证颗粒污泥系统的稳定.但上述研究尚处实验室小试阶段，并未进行放大试验.涂响等[13]在中试SBR(序批式活性污泥反应器）工艺条件下，接种厌氧硝化污泥，经过210d连续运行形成了平均粒径为330jjim的AGS，但该试验中颗粒化周期太长，不适合在工程上进一步放大应用[14]，而且该试验只探讨了培养过程，并未研究AGS在中试SBR中的稳定运行工况.此外，目前大多数研究都集中于恒温下进行，这无法更好地满足工程应用需要的常温环境.因此，该文在常温条件下，构建300L规模的SBIU妾种絮状活性污泥，投加75pm的粉末活性炭，以缩短好氧污泥的颗粒化进程及提高其稳定性为主要目的，分析污泥颗粒化过程和稳定运行期间SVI(污泥体积指数）、污泥粒径、污泥形貌特征、污泥EPS(胞外聚合物）及关键组分PN(胞外蛋白）和PS(胞外多糖）的变化规律；同时分析反应器运行期间进出水水质指标的变化特征，以期为AGS进一步应用提供可靠的试验依据.1材料与方法1.1试验装置试验装置流程见图1，进水调节池有效容积为1000L，主体反应器为SBR，以钢化玻璃和钢架结构加工制成，高1.2m，底面边长0.5m，有效容积为300L，通过曝气泵和底部中心共4个曝气盘提供曝气，以空气转子流量计控制曝气量.图1装置流程示意Fig.1Schematicdiagramofexperimentdevice1.2试验材料接种污泥为双流县西航港污水处理厂曝气池污泥;试验用水以校园实际生活污水为主要进水水质，试验过程根据需求外加碳源（葡萄糖、淀粉）、碳酸氢钠等进行调节.试验进水水质指标:p(C0DQ.)为120〜240mg/L，p(TN)为40〜50mg/L，p(TP)为2〜4mg/L，p(NH4+-N)为35〜45mg/L，pH维持在7.0〜7.2，同时添加35mg/L的Ca2+.1.3试验方法反应器运行方式为序批式进水，每天运行两个周期，一个周期包括：进水40min,曝气480min,沉降15〜3min(随着污泥颗粒化程度的升高逐步缩短沉降时间），排水30min,静置（剩余时间）.污泥接种量约为反应器有效容积的40%，启动时污泥p(MLSS)(混合液悬浮固体浓度）为3300mg/L，SVI为120mL/g，在接种污泥的同时，投加1.〇g/L粒径约为75jjim的粉末活性炭.反应器控制p(DO)约为4.0mg/L，污泥龄为15d，自然温度环境（15〜30°C)下运行.整个反应器运行情况分成AGS启动培养阶段（阶段I，1〜30d)和稳定运行阶段（阶段II，31〜120d).1.4分析方法水质指标P(⑶DCi.)、p(TN)、p(TP)、p(NH4+-N)、p(N03_-N)、p(N02_-N)以及主要的污泥指标p(MLSS)、SV3Q、p(MLVSS)(混合液中可挥发性悬浮固体浓度）等的测定均采用国家标准方法[15];EPS的提取采用甲醛-氢氧化钠法[16];w(PS)(以每gMLVSS中含PS的质量计）采用蒽酮-硫酸法测定[17];一PN)(以每gMLVSS中含PN的质量计）采用Folin-酚法测定[18].AGS粒径分析采用湿筛分法[19](从采样口提取1〇〇mL的污泥样品，使其通过不同粒径的标准筛，将截流在不同孔径筛网的颗粒污泥进行收集，测其质量并计算出各粒径下的质量占总质量的比例分数）.用数码相机记录污泥外观，用光学显微镜观察并拍照保存污泥微观形态.2结果与讨论2.1反应器运行过程中污泥特性变化2.1.1污泥形态变化阶段I(1〜30d)反应器内污泥形态的变化如图2所示.接种的絮状污泥较为松散（见图2(a)，并未发生聚集；反应器运行5d时，污泥逐渐以活性炭为核心凝聚于其周围，开始由最初的松散变得相对密实，同时有大量轮虫出现〔见图2(b)〕；第9天颗粒第7期符蕾等：SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性1131污泥开始成型〔见图2(c)〕，但较为松散；第13天污泥颗粒化明显，颗粒开始变得密实〔见图2(d)〕，反应器内AGS数量开始增多.反应器运行18d时，已经形成较光滑的成熟AGS污泥〔见图2(e)〕，反应器内污泥颗粒化程度达到了80%.第23天反应器内污泥颗粒达到更高的强度，结构致密，颜色较深，表面光滑〔见图2(f)〕.在整个反应器启动阶段，污泥生长趋势良好，颗粒化进程明显.⑻第1天（b)第5天（c)第9:⑷第13天⑷第18天（f)第23天图2阶段I中污泥形态照片Fig.2Morphologicalo