采用活性污泥富集与回收废水中碳源的实验研究

第+’卷第)期’(年)月环!!境!!科!!学,-./01-2,-34567/,-7,.8C+’$-8C)4DEC$’(采用活性污泥富集与回收废水中碳源的实验研究刘宏波$文湘华!$赵芳$梅益军’‘清华大学环境科学与工程系$环境模拟与污染控制国家重点实验室$北京!(((&)’’‘苏州科技学院环境科学与工程学院$苏州!’*(#摘要!以活性污泥为吸附剂$研究了城市污水中的有机物的强化富集与有效回收的方法与参数C在连续运行模式下$活性污泥对废水中的有机物具有较好的富集效果$71W平均吸附率达到%+i$且约*(i的溶解性碳源分布在细胞外部$在温和条件下就能被解吸’对氮(磷的吸附效果差异较大$磷的吸附量可达$%i$对氮的吸附量较小$氨氮吸附率仅+iC同时$实验还研究了常规D\p$‘*$’(r#(加热D\p$‘*$%(r#和碱性加热D\p$%(r#条件下$污泥水解对有机物(氮和磷的释放情况C结果表明$碱性加热条件更有利于碳源的释放$水解’);后$挥发性悬浮固体.66#对71W的释放率达到了+’(GUOU’但氮(磷的释放量有限$释放率水解&;$稳定#分别为&GUOU和’GUOUC利用活性污泥对污染物的吸附与解吸作用$能够实现废水中碳源的回收$且回收碳源中氮(磷浓度低$对回收碳源的再利用效果影响较小C关键词!活性污泥’污泥水解’碳源回收’71W’3V’富集中图分类号!_$(+‘!文献标识码!4!文章编号!(’*(F++(’(#()F()’F(%收稿日期#’((F()F’修订日期#’((F(*F’$基金项目#国家水体污染控制与治理科技重大专项’((#[_($++#作者简介#刘宏波#&(f#$男$博士后$主要研究方向为污水处理技术及设备的研发$,FGHB!AP:AEGAL’%‘M8G!通讯联系人$,FGHB!K;PA9L:NB9U;?HCA@?CM9:H&Z%,)+1)0%-H&3+(+#&7%’(bH,)%NH)%&3M)0%*,+&$)’+(H(*5%,+&$)’+(+17)’ZH)%*4#*9%5/X\89UFQ8$d,-_BH9UF;?H$[\41H9U$2,/YBFI?9’‘,6V76:H:A^A=]8B9:5HQ8EH:8E=$WADHE:GA9:8R,9SBE89GA9:H6MBA9MAH9@,9UB9AAEB9U$3NB9U;?HX9BSAENB:=$TABIB9U(((&)$7;B9H’’‘WADHE:GA9:8R,9SBE89GA9:H6MBA9MAH9@,9UB9AAEB9U$6?b;8?X9BSAENB:=8R6MBA9MAH9@3AM;988U=$6?b;8?’*($7;B9H#3,)&H7)!3;AMHEQ89N8?EMAB9G?9BMBDHPHN:APH:AEPHNH@N8EQA@Q=HM:BSH:A@N?@UAH9@:;A9;HESAN:A@:;E8?U;:;A;=@E8=NBN8RHM:BSH:A@N?@UAC0AN?:NB9@BMH:A@:;H:HM:BSH:A@N?@UA;H@;BU;HQN8EQB9UHQBB:=:8PHE@N8EUH9BMMHEQ89H9@D;8ND;8E?N?9@AEM89:B9?8?N8DAEH:B89G8@A$H9@:;AHSAEHUA71WH9@3VHQN8ED:B89EH:AEAHM;A@HN;BU;HN%+iH9@$%i$EANDAM:BSA=C28EA8SAE$HQ8?:*(i8R:;AN8?QAMHEQ89N8?EMAPHN8?:NB@A8R:;AN?@UAMAH9@M8?@QAEAAHNA@?9@AEGB@;=@E8=NBNM89@B:B89Cd;AEAHN:;AHQN8EQA@HG8?9:8R9B:E8UA9PHNEAH:BSA=8P$H9@:;AEAG8SHEH:A8RHGG89BHPHN89=+iC?E:;AEG8EA$:;AEAAHNAN8R8EUH9BMMHEQ89$9B:E8UA9H9@D;8ND;8E?NRE8G:;AN?@UAHQN8EQB9UD8?:H9:NB9:;APHN:APH:AEPAEAN:?@BA@CT=M8GDHEB9U@BRRAEA9:;=@E8=NBNM89@B:B89N8R98EGHD\$‘*$’(r#$;AH:B9UD\$‘*$%(r#H9@:;AHJHB9A;AH:B9UD\$%(r#$:;AHN:89ADEANA9:A@:;A8D:BG?G;=@E8=NBNARRBMBA9M=CX9@AEP;BM;$:;AEAAHNAEH:A8R71WM8?@EAHM;+’(GUOUHR:AE’);8?EN$P;AEAHN9B:E8UA9H9@D;8ND;8E?NI?N:8Q:HB9A@8PEAAHNAEH:AN8R&GUOUH9@’GUOU$EANDAM:BSA=C0AN?:NB9@BMH:A:;H::;AMHEQ89N8?EMAB9PHN:APH:AEM8?@QA;HESAN:A@Q=:;AH@N8ED:B89H9@@AN8ED:B898RHM:BSH:A@N?@UA$H9@:;AM89MA9:EH:B89N8R9B:E8UA9H9@D;8ND;8E?NHEA8PH9@P8?@98:B9R?A9MA:;AEA?NA8R:;A;HESAN:A@MHEQ89N8?EMACA%MN+&*,!HM:BSH:A@N?@UA’N?@UA;=@E8=NBN’MHEQ89;HESAN:’71W’3V’?DFM89MA9:EH:B89!!活性污泥絮凝体是高度亲水的极性物质$其絮凝体上的菌胶团对污染物物质有强烈的吸附性能$当污染物与活性污泥絮凝体接触时$污染物即被吸附*+C国内外许多学者对于活性污泥吸附理论及其应用作了大量工作$2A;GA:等*’+研究了活性污泥对\U##和VQ##的吸附效果$结果表明$活性污泥对\U##和VQ##的吸附主要是通过离子交换来实现的’]?BA9等*++采用超声波对活性污泥进行预处理$并用处理后的污泥吸附7@##和7?##$发现活性污泥的表面积和结合面的增加$有利于7@##等重金属的吸附$而对7?##和有机物的吸附影响不大’28?EH等*)+比较了粉碎后的活性污泥与活性炭的吸附效果$实验表明$粉碎后的活性污泥与活性炭具有相似的色度和染料吸附能力’THNBQ?=?J等**+研究了活性污泥对染料的吸附动力学$发现污泥对染料的吸附更符合拟二阶速率模型C前期实验显示$活性污泥对污水中的悬浮物(重金属(难降解有机物等都有良好的吸附效果$且利用活性污泥的吸附作用回收废水中有机物的研究也有报道$^BG等*%+采用加碱和-射线辐照的方法对剩余)期刘宏波等!采用活性污泥富集与回收废水中碳源的实验研究污泥进行水解$并将水解释放的碳源用于反硝化碳源$同时实现了污泥减量化和生物脱氮效果的提高C我国南方地区城市污水水质呈现低碳氮比的现象十分普遍$如何在进水易生物降解有机物EQ71W#和挥发性脂肪酸.4N#低的情况下有效去除氮(磷营养物是目前污水生物处理的难题之一C常采用外加碳源来弥补反硝化碳源的不足$如谭佑铭等*$+通过外加甲醇来提高固定化反硝化菌的脱氮效果’张立卿等*&+采用乙酸钠为外加碳源来提高反硝化聚磷菌的脱氮除磷效果’邵留等*#+还分别对不同种类外加碳源的优缺点进行了归纳$并指出使用外加碳源普遍存在操作复杂$成本很高$容易造成二次污染的缺点C因此$开发出适量,潜在-的EQ71W和.4N$可能是解决生物脱氮除磷过程碳源不足的有效方法$而污泥水解就是一种开发,潜在-内碳源的新技术C目前所开展的污泥水解研究$主要以减少剩余污泥排放或提高污泥预处理为目地的$史吉航等*(+采用超声破解法提高污泥的厌氧消化效率’郑正等*+通过-射线对污泥进行预处理’何玉凤等*’+研究了污泥热解$(r#时$碱性条件D\约+#对污泥水解的影响C但是$简单地水解活性污泥来获得碳源$产碳率较低*+f%+C笔者提出将活性污泥吸附与污泥水解释碳结合$在生物处理工艺前端增加一个吸附单元$提高对进水中碳源的富集效率$减少去除有机物的能耗$并将这部分碳源有效回收$用于反硝化或其它用途C这将有利于降低系统整体能耗与物耗$提高废弃碳源的利用率$符合污水处理新工艺的发展要求C本实验重点研究了活性污泥对碳源的富集效果和富集碳源的水解释放COP材料与方法OQO!用水与分析方法实验进水采用无锡市某污水处理厂旋流沉沙池出水$污水的平均71W(-\o)F-(3-和3V浓度分别为*#$‘*(’)‘#()(‘和#‘+&GUO5C用于监测污水和污泥特征的分析项目和方法主要包括!66(2566(.66采用称重法测定’371W$671W测定用标准重铬酸钾法’D\采用DTF(精密D\计测定’总氮采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法测定’氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定’硝酸氮测定使用紫外分光光度法测定’总磷采用钼锑抗分光光度法测定*$+COQE!实验方法OQEQO!吸附实验采用一套中试装置$研究了活性污泥对废水中碳源的吸附效果C如图所示$在连续运行模式下$污水进入吸附池$完成吸附反应后$进入沉淀池$实现泥水分离$上清液流入下一个处理单元硝化池#$污泥大部分回流$少部分进入水解池C吸附池污泥浓度保持在+(((GUO5左右$\03为+%GB9$603为(;’并通过监测进出水中71W(-\o)F-(3-和3V等指标$评价活性污泥对污水中污染物的吸附效果C图OP活性污泥对废水中碳源的吸附流程示意BUC!6M;AGH:BM@BHUEHG8RMHEQ89HQN8ED:B89Q=HM:BSH:A@N?@UAOQEQE!解吸实验采用静态小试研究了吸附碳源后的活性污泥富碳污泥#的水解释碳效果C如图’所示$分别取定量富碳后的污泥污泥浓度为(UO5#于+个不同的*((G5锥形瓶中$并用磁力搅拌机持续搅拌$使污泥处于悬浮状态C在水解过程中$采用D\计实时监测水解液D\$并及时补充-H1\’实验所使用的磁力搅拌机自带有加热系统$可以同时给水解液进行加热$且通过恒温仪将水解污泥的温度控制在%(rC在不同的反应时间点$取定量水解液样品$过滤后测量其有机物(氨氮(总氮和总磷等指标$研究污泥水解过程中对污染物的释放情况C为了确保实验的可重复性$污泥的解吸实验采用+组实验平行进行CEP结果与讨论EQOP活性污泥对废水中主要污染物的富集活性污泥对污水中有机物的降解包括’个过程!吸附和稳定*&+C在吸附阶段$主要是有机物转移到活性污泥表面$而稳定阶段才是微生物对有机物的真正降解’改变运行参数$将活性污泥对有机物控制在吸附阶段$然后快速地解吸$就可实现对废水中+)(环!!境!!科!!学+’卷图EP富碳污泥热碱性水解示意BUC’!6M;AGH:BM@BHUEHG8RHJHB9A:;AEGH;=@E8=NBN8RHM:BSH:A@N?@UA碳源的回收CEQOQO!碳源的富集效果实验采用连续进水$通过控制水力停留时间和污泥有机负荷$缩短反应时间$减少污泥对有机物的降解$实现活性污泥对废水中碳源的有效富集C在前期实验中$以回收有机物量为指标$获得了优化的反应时间与污泥浓度C本研究在此条件下$研究了连续运行过程中$有机物的富集效果$结果如图+所示C虽然进水71W浓度波动较大$平均值为)#$‘*GUO5$通过污泥吸附后$出水中71W浓度稳定$平均值为%‘$GUO5$去除率为%&iC孔海霞等*#+小试研究表明$在间歇式进水模式下$活性污泥对71W的吸附率可以达到&+‘’iC这种差别主要是因为在连续运行模式下$吸附与沉淀总体时间长于间歇实验$污泥也没有进行淘洗C图RP活性污泥对废水中碳源的吸附效果BUC+!4QN8ED:B898RMHEQ89N8?EMAB9PHN:APH:AEQ=HM:BSH:A@N?@UAEQOQE!氮的富集效果如图)所示$活性污泥对氨氮的吸附作用较小$平均去除率仅+iC且原水中氮的主要存在形式一般都是氨氮$所以总氮