常规SBR反应柱中好氧污泥颗粒化及其特性衷从强

常规SBR反应柱中好氧污泥颗粒化及其特性衷从强，尹东高，钟琴道，彭盛华，尹魁浩（国家环境保护饮用水水源地管理技术重点实验室，深圳市饮用水水源地安全保障重点实验室，深圳市环境科学研究院，广东深圳518001）［摘要］应用高径比为3.67的SBR反应柱R1培养好氧颗粒污泥，结果表明，经90d培养即可获得粒径主要分布在0.5~1.0mm、形状规则、结构密实的好氧颗粒污泥。R1中颗粒污泥MLSS为5500mg/L，SVI30为36mL/g，好氧颗粒污泥沉降性能明显优于常规活性污泥。应用培养的好氧颗粒污泥处理实际集成电路工业综合废水，废水COD、氨氮、TP和TN去除率分别在85%、80%、60%和47%以上。通过污泥产率分析得出，好氧颗粒污泥比活性污泥污泥原位减量41.5%。［关键词］好氧颗粒污泥；集成电路工业废水；污泥原位减量［中图分类号］X703［文献标识码］A［文章编号］1005-829X（2017）10-0039-05GranulationofaerobicsludgeinconventionalSBRreactioncolumnanditscharacteristicsZhongCongqiang，YinDonggao，ZhongQindao，PengShenghua，YinKuihao（StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofDrinkingWaterSourceManagementandTechnology，ShenzhenKeyLaboratoryofDrinkingWaterSourceSafetyControl，ShenzhenResearchAcademyofEnvironmentalSciences，Shenzhen518001，China）Abstract：Thesequencingbatchbioreactor（SBR）reactioncolumnR1withheight⁃to⁃diameterratioof3.67hasbeenusedforcultivatingaerobicgranularsludge（AGS）.Theresultsshowthataftercultivatedfor90days，theAGSwhichmainlydistributeson0.5-1.0mm，andhaveregularshapeanddensestructurecanbeobtained.TheR1granularsludgeMLSSis5500mg/LandSVI3036mL/g，thesedimentationperformanceofAGSisobviouslybetterthanthatofconventionalactivatedsludge.SincethecultivatedAGShasbeenappliedtothetreatmentofrealinte⁃gratedcircuitindustrialcomprehensivewastewater，theremovingratesofwastewaterCOD，ammonianitrogen，TPandTNare85%，80%，60%and47%above，respectively.Obtainedbymeansofsludgeyieldanalysis，41.5%ofin⁃situAGSisreduced，incomparisonwithactivatedsludge.Keywords：aerobicgranularsludge；integratedcircuitindustrialwastewater；sludgeinsitureduction第37卷第10期2017年10月工业水处理IndustrialWaterTreatmentVol.37No.10Oct.，2017衷从强，等［基金项目］深圳市科技应用示范项目（KJYY20150430175426620）；深圳市科技基础研究项目（JCYJ20150730155600636）好氧颗粒污泥技术是于1990年在厌氧颗粒污泥形成机理研究中得到启发而发展起来的一项新技术〔1〕。与传统的活性污泥相比，好氧颗粒污泥不仅具有出色的沉降性能、较强的抗毒性能力，因其特殊的生物结构还能够进行同步硝化反硝化，具有良好的脱氮能力〔2-6〕。20多年来，在好氧颗粒污泥的培养方式、形成条件、形成机理、结构组成以及对市政废水、垃圾渗滤液及工业废水处理等方面的研究均取得了一定的成果〔7-9〕。好氧颗粒污泥法作为近10年发展起来的高效污水处理技术，因具有处理高效、成本较低及污泥产量小等特点，越来越受到关注。目前，国内对该技术的研究主要集中在好氧颗粒污泥形成机理、条件控制及污水处理方面，且大多采用高径比10的SBR反应柱作为反应器。较大高径比的反应器有利于产生一个较长的环流轨迹，这将会加强流体对微生物聚合体的水力摩擦作用，有利于好氧颗粒污泥的形成。但大高径比反应器限制了颗粒污泥的大规模实际工程应用，因此，对常规SBR反应柱中好氧颗粒污泥的培养及应用展开研究具有重要意义。--39工业水处理2017-10，37（10）试验研究本研究应用模拟生活污水在高径比为3.67的常规SBR反应柱中培养好氧颗粒污泥，研究了好氧颗粒污泥的物理性能，重点研究了好氧颗粒污泥对集成电路工业综合废水的处理效果、污泥原位减量情况及机理，以期为更好地将好氧颗粒污泥应用于污水处理厂中试研究及实际工程提供基础支撑。1实验部分1.1接种污泥接种污泥取自南山污水处理厂二沉池的剩余污泥，污泥颜色呈黑褐色，活性较差。经闷曝2d后，取700mL活性已恢复的污泥接种到SBR反应器中，接种后反应器内的MLSS为2630mg/L，SVI为136mL/g。1.2废水水质本研究采用模拟生活污水培养好氧颗粒污泥。应用培养成熟的好氧颗粒污泥处理集成电路综合废水，该废水为深圳某芯片生产厂家排放的综合废水。实验所用废水水质见表1。表1废水水质废水名称模拟生活污水集成电路综合废水COD300~800100~160氨氮25~4520~35TP3~61~3TN33~5932~46pH6~96~9重金属—低于地表Ⅲ类水指标注：除pH外，其余项目单位均为mg/L。1.3实验装置及参数设置实验采用2个相同的SBR反应器（R1和R2），高55cm，内径15cm，有效体积7L，排水口设在距反应器底部26cm处，排水量为3.5L。反应器采用自动控制模式，通过时间控制器控制。小试装置见图1。反应器R1、R2运行参数设置：240~360min为一周期，1~3min进水、225~342min曝气、3~12min沉降和5min排水。1.4实验分析方法实验过程中水质监测的主要指标有COD、氨氮、TP和TN等，污泥的监测指标有MLSS、MLVSS和SVI30等，均按标准方法测定；pH利用多参数分析仪（VersaStar）测定；废水中的重金属采用ICP（Optima8000）测定；污泥的外观形态用光学显微镜（OlympusCX22）分析；利用PCR-Illumina高通量测序技术研究微生物多样性。2结果与讨论2.1好氧颗粒污泥物理性能分析2.1.1好氧颗粒污泥外观形态变化好氧颗粒污泥镜检外观形态随运行时间的变化如图2所示。图2好氧颗粒污泥镜检外观形态随运行时间的变化关系图1好氧颗粒污泥小试装置500μm65d90d500μm好氧颗粒污泥45d500μm25d500μm500μm0d--40工业水处理2017-10，37（10）衷从强，等：常规SBR反应柱中好氧污泥颗粒化及其特性从图2可以看出，培养初期，污泥逐渐由絮状向颗粒状转变，在第25天出现了细小的块状污泥，其中絮状活性污泥较多，块状污泥之间没有明显分开。随着反应系统的不断运行，在第45天形成了粒径在0.1~0.3mm的初期好氧颗粒污泥，该污泥粒径小，形状不规则，主要呈现棒状或椭球状，同时其结构也较为松散。随着周期、沉淀时间的缩短以及进水有机负荷的逐渐提高，污泥粒径逐渐增大，最终在第65天形成了形状规则、粒径分布均匀、结构密实的好氧颗粒污泥。之后污泥粒径继续逐步增大，在第90天好氧颗粒污泥的粒径主要集中于0.5~1.0mm，并保持稳定。2.1.2好氧颗粒污泥沉降性能变化当进水COD从300mg/L逐渐升高至800mg/L，氨氮从25mg/L逐渐升高至45mg/L，运行周期从6h降低到4h，沉淀时间从10min逐步降低到3min时，反应器内污泥浓度和污泥沉降性能的变化如图3所示。图3好氧颗粒污泥沉降性能随反应器运行时间的变化由图3可知，在培养初期由于污泥仍处于适应期，污泥浓度下降明显，第10天后随着沉淀时间的缩短，部分沉降性能差的污泥被排出，污泥浓度仍有所下降。随后，沉降性能好的污泥在反应器中逐渐占据优势并大量增殖，污泥浓度也逐渐上升，在第65天以后MLSS保持在5500mg/L左右，MLVSS/MLSS达到85%左右。MLVSS/MLSS是衡量污泥中活性微生物浓度的重要指标，一般为70%~80%。同时，在污泥浓度逐渐增加的情况下，污泥体积指数（SVI30）却逐渐下降，最终稳定在36mL/g。SVI30值是判断污泥沉降浓缩性能的重要参数，一般认为当SVI30150mL/g时，污泥有良好的沉降性。K.Muda等〔10〕在应用好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液时，培养出的颗粒污泥MLSS也呈先下降后上升的变化趋势，并在培养66d后MLSS达到7000mg/L左右，与本实验研究结果类似。2.2处理集成电路工业实际综合废水集成电路工业在生产过程中排出大量废水，因清洗材料时用到大量有机溶剂，导致排放废水中含有醇类、酮类等有机物，不经处理将严重污染环境。现应用好氧颗粒污泥对深圳某集成电路工业废水处理厂的综合废水进行小试处理研究。所用反应柱同图1中的SBR反应柱，好氧颗粒污泥采用培养出的粒径为0.5~1.0mm的污泥，曝气量控制在4L/min。好氧颗粒污泥对集成电路工业综合废水的处理效果如图4所示。图4好氧颗粒污泥对集成电路工业实际综合废水的处理效果由图4（a）可知，随着反应器运行时间的增加，COD去除率增大，运行10d时，COD去除率达到74.4%，表明培养的好氧颗粒污泥对实际工业废水具有较强的适应能力；运行25d后，COD去除率保持在85%以上。由图4（b）可知，好氧颗粒污泥对氨氮的去除能力较强，运行25d后，氨氮去除率稳定在80%以上。由图4（c）可知，好氧颗粒污泥对TP的去除能力有限，稳定运行后，TP去除率均在62%以内。由图4（d）可知，在运行的前5天，好氧颗粒污泥对TN基本没有去除能力，但对氨氮去除能力较强，表明反应器启动初期好氧颗粒污泥反硝化能力有限。随着运行时间的增加，TN去除率得到提高，运行20d时，TN去除率达47.5%，之后保持稳定。相对于活性污泥对TN的去除，好氧颗粒污泥有较强的TN去除能力，这可以解释为好氧颗粒污泥由外到内分为好氧层、缺氧层和厌氧层，缺氧层为反硝化细菌提供了良好的生长条件，当反应器运行一定时间后，反硝化菌得到适应，硝态--41工业水处理2017-10，37（10）试验研究氮得到去除，从而TN降低。2.3污泥原位减量效果评估2.3.1污泥产率分析污泥产率是去除单位基质所生成细胞物质的数量。应用好氧颗粒污泥处理实际集成电路工业综合废水，在稳定运行后通过反应柱R1与R2进出水COD、反应柱污泥浓度的变化来分析污泥产率。经计算得出，R1柱、R2柱污泥产率分别为0.283、0.484kgMLSS/kgCOD。同样的运行时间，R1柱中的好氧颗粒污泥相对R2柱中的活性污泥污泥减量41.5%。这可解释为，一方面好氧颗粒污泥中的微生物浓度高，微生物多样性丰富，其原后生动物较多，可强化生物捕食，减少了污泥的产生；另一方面好氧颗粒污泥自身由外到内分成好氧、缺氧和厌氧层，缺氧及厌氧类微生物生长较慢，从而整体上可降低反应器中微生物的自身增殖速率，从而达到污泥原位减量效果〔11〕。2.3.2污泥原位减量机理研究为分析