好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液的效能

书书书好氧颗粒污泥处理垃圾渗滤液的效能孙　鑫１，　李金城１，２，　郑华燕１，　许丹丹１，　徐芝芬１，　吴　蕾１，　邓富勇１（１．桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林５４１００４；２．广西环境工程与保护评价重点实验室，广西桂林５４１００４）　　摘　要：　利用ＳＢＲ反应器，以曝气量作为主要控制条件、以垃圾渗滤液作为培养基质来培养好氧颗粒污泥，研究好氧颗粒污泥的培养以及对垃圾渗滤液的处理效果。结果表明：在０．０８、０．００３ｍ３／ｈ两种曝气量下均成功培养出好氧颗粒污泥，但其形态存在较大差别，高曝气量下形成的颗粒污泥结构紧密、粒径小、沟壑和孔道较多，而低曝气量下形成的颗粒污泥结构松散、沟壑和孔道较少，但粒径较大。当进水ＣＯＤ为９００～１２００ｍｇ／Ｌ时，低曝气量系统对ＣＯＤ的去除率可达９３％左右，高曝气量系统的为８０％；在不同的曝气量下，对ＴＰ的去除率均在６０％左右；曝气量对硝化的影响较大，高曝气量下好氧颗粒污泥对氨氮的去除率能达到９０％，高于低曝气量下对氨氮的去除率；与低曝气量下形成的颗粒污泥相比，高曝气量下形成的好氧颗粒污泥能更好地适应垃圾渗滤液中的高浓度游离氨。　　关键词：　好氧颗粒污泥；　曝气量；　垃圾渗滤液中图分类号：Ｘ７０３　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１０００－４６０２（２０１１）０１－００２９－０４　　基金项目：广西高校人才小高地建设“环境工程”创新团队计划项目（桂教人［２００７］７１号）；　广西科技厅项目（桂科攻１０１２４００２－３）；　广西环境工程与保护评价重点实验室主任基金资助项目（桂科能０７０１ｚ０１０）；　广西教育厅科研项目（桂教科研２００９１１ＬＸ１２５）ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＬａｎｄｆｉｌｌＬｅａｃｈａｔｅｗｉｔｈＡｅｒｏｂｉｃＧｒａｎｕｌａｒＳｌｕｄｇｅＳＵＮＸｉｎ１，　ＬＩＪｉｎｃｈｅｎｇ１，２，　ＺＨＥＮＧＨｕａｙａｎ１，　ＸＵＤａｎｄａｎ１，　ＸＵＺｈｉｆｅｎ１，　ＷＵＬｅｉ１，　ＤＥＮＧＦｕｙｏｎｇ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｕｓｉｎｇａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｓａｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｎｄｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅａｓｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｗａｓｃｕｌｔｉｖａｔｅｄｉｎＳＢＲｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃｕｌｔｉｖａｔｅｄａｔａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆ０．０８ｍ３／ｈａｎｄ０．００３ｍ３／ｈｉｎＳＢＲｓｙｓｔｅｍ，ｗｉｔｈａｇｒｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｓｌｕｄｇｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｆｏｒｍｅｄａｔｈｉｇｈａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｈａｓｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ，ｍｏｒｅｇｕｌｌｙａｎｄｃｈａｎｎｅｌ，ｗｈｉｌｅｔｈａｔｆｏｒｍｅｄａｔｌｏｗａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｈａｓｌｏｏｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｌｅｓｓｇｕｌｌｙａｎｄｃｈａｎｎｅｌａｎｄｌａｒｇｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ．ＷｈｅｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｔＣＯＤｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓ９００ｔｏ１２００ｍｇ／Ｌ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＣＯＤｉｓ９３％ａｔｌｏｗａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄ８０％ａｔｈｉｇｈａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．ＴｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＴＰｉｓａｌｌ６０％ａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｅｒａｔｉｏｎ·９２·第２７卷　第１期２０１１年１月　　　　　　　　　　　　中国给水排水ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１１ｒａｔｅｓ．ｔｈｅａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆＮＨ３－Ｎｒｅａｃｈｅｓ９０％ａｔｈｉｇｈａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ，ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔａｔｌｏｗａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅａｔｌｏｗａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ，ａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅａｔｈｉｇｈａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｉｓｍｏｒｅａｄａｐｔａｂｌｅｔｏｈｉｇｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｆｒｅｅａｍｍｏｎｉａ．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅ；　ａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅ；　ｌａｎｄｆｉｌｌｌｅａｃｈａｔｅ　　垃圾渗滤液属于成分复杂的高浓度有机废水，其ＣＯＤ、ＢＯＤ５浓度分别可达９００００、４５０００ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３－Ｎ浓度至封场时可达１００００ｍｇ／Ｌ以上［１］。对于垃圾渗滤液的处理，通常采用生物加物化的方法［２］，物化方法虽然处理效果很好，但成本较高。好氧颗粒污泥具有沉降性能好、抗冲击负荷能力强、生物活性高以及能实现同步硝化反硝化等优点［３］，是近年来水处理领域的研究热点之一［４］。对于好氧颗粒污泥的培养，沉降时间与进水有机负荷一直被认为是最重要的控制条件［５、６］，同时水力剪切力与溶解氧也是值得关注的因素［７］。但是，利用ＳＢＲ系统以垃圾渗滤液作为培养基质，通过改变曝气量来考察好氧颗粒污泥的培养与形成的研究还未见报道。笔者以垃圾渗滤液为营养基质，通过控制曝气量为０．００３和０．０８ｍ３／ｈ使１＃、２＃ＳＢＲ反应器中的溶解氧分别维持在１～２ｍｇ／Ｌ和４～６ｍｇ／Ｌ，考察了曝气量对好氧颗粒污泥的形成与性能的影响，以期为该技术的应用提供依据。１　材料与方法１１　试验装置试验装置如图１所示。!##$%&’()#*##+!#$%!+&’+(&)%+*&+$+,-+(+.&+!+/01’+234)+5&6#*+57+##+89:图１　ＳＢＲ试验装置Ｆｉｇ．１　ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＳＢＲａｐｐａｒａｔｕｓＳＢＲ反应器由有机玻璃制成，有效容积为３Ｌ，换水率为５０％。废水由反应器底部进入，由中部出水口排出，采用曝气头曝气，通过转子流量计调节曝气量，通过水浴控制水温为（２５±２）℃。反应器的运行周期为１２ｈ，分为进水、曝气、沉淀、排水和闲置５个工序，不进行单独排泥，剩余污泥随排水排出。不同阶段的时间安排见表１。表１　运行工况Ｔａｂ．１　ＯｐｅｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＳＢＲｍｉｎ项　目进水曝气沉淀排水闲置阶段Ⅰ５６３０２０５６０阶段Ⅱ５６３０１０５７０阶段Ⅲ５６３０２５７８１２　接种污泥与原水水质接种污泥为厌氧颗粒污泥，取自某啤酒厂的ＵＡＳＢ池，用分样筛筛除大块状杂质后静置，去除上清液后投入反应器，再经过３ｄ的“空曝”后进入正常的启动运行阶段。试验用水采用桂林市冲口垃圾填埋场新鲜垃圾渗滤液经过吹脱塔／ＡＢＲ反应器处理后的出水，其ＣＯＤ为４００～１５００ｍｇ／Ｌ，ＮＨ３－Ｎ为８０～４００ｍｇ／Ｌ，ＴＰ为１～５ｍｇ／Ｌ。１３　分析方法ＣＯＤ：微波密封消解法；氨氮：纳氏试剂分光光度法；总磷：钼锑抗分光光度法；ＮＯ－２－Ｎ：Ｎ－（１－萘基）－乙二胺光度法；ＮＯ－３－Ｎ：紫外分光光度法；ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳ：重量法［８］。２　结果与讨论２１　曝气量对颗粒污泥形成及其特性的影响系统运行３ｄ后，１＃和２＃反应器内污泥的ＳＶ３０分别为５５．１％和６２．９％，这是由于厌氧颗粒污泥全部转化为絮状污泥，沉降性能很差。１＃和２＃反应器的ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值在初期相差不大，均为０．３５左右（见图２）。１８ｄ后，系统从阶段Ⅰ进入阶段Ⅱ，沉降时间从２０ｍｉｎ缩短到１０ｍｉｎ，污泥严重流失，ＳＶ３０值也随之降低，ＭＬＳＳ迅速从１２ｇ／Ｌ降至６ｇ／Ｌ左右，在此阶段，沉降性能不好的污泥被洗出，出现了小颗粒污泥，粒径在０．４ｍｍ左右。从第２８天开始，污泥量出现上升，１＃和２＃反应器的ＳＶ３０分别降到２１．５％和３３．８％，ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值则分别增加到０．５８和０．５６。５０ｄ后系统进入阶段Ⅲ，沉降时间从１０ｍｉｎ缩短到２ｍｉｎ，此时１＃反应器的ＳＶ３０由·０３·第２７卷　第１期　　　　　　　　　　　　　　中国给水排水　　　　　　　　　　　　ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ２５．７％增加到２９．８％，而２＃反应器的ＳＶ３０则由２５．８％下降到１９．５％，ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值均有所增长，这说明曝气量越大，对颗粒污泥的水力冲击越大，进而影响到颗粒污泥的形成。!#$%&%’(%)*!#$+,-.-/-&-(0*1*.(.&$/!!+2*34501(34501*367544+6744(367544+6744%&!!+%&!!图２　１＃和２＃反应器中ＳＶ３０和ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ值的变化Ｆｉｇ．２　ＳＶ３０ａｎｄＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆａｅｒｏｂｉｃｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅｉｎ１＃ａｎｄ２＃ｒｅａｃｔｏｒｓ系统运行５０ｄ左右后，絮状污泥在水力剪切力的作用下不断生长，并随着沉淀时间的缩短被洗出系统。运行约６０ｄ后，污泥颗粒化基本完成。此时１＃反应器中颗粒的平均粒径在１．２ｍｍ左右，多为黑色和灰色；２＃反应器中颗粒污泥的平均粒径在０．８ｍｍ左右，也为黑色和灰色，偶有白色颗粒，相比以生活污水或人工配水培养出来的好氧颗粒污泥［９］则颜色差异较大。测定显示，１＃和２＃反应器中的颗粒形状各异，其中１＃反应器中的颗粒周围有相对较多的胞外分泌物，且结构较松散，而２＃反应器中的颗粒污泥相对较密实，这是其沉降性能更好的重要原因。两反应器中的颗粒污泥表面均较粗糙，存在大小不一的沟壑和孔道，颗粒污泥通过这些通道运送营养物质与ＤＯ到颗粒内部。相比较而言，２＃反应器的颗粒污泥结构更加紧凑，沟壑和孔道较多（见图３）。１＃和２＃反应器中颗粒污泥的表面均以球菌与杆菌为主。!!#!#$%#!$图３　颗粒污泥的扫描电镜照片Ｆｉｇ．３　ＳＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｇｒａｎｕｌａｒｓｌｕｄｇｅ２２　对去除污染物的影响２２１　对有机物的去除效果在两种曝气量下形成的好氧颗粒污泥对垃圾渗滤液中的ＣＯＤ都具有良好的去除效果，在进水ＣＯＤ从４００ｍｇ／Ｌ提升到９００ｍｇ／Ｌ时，１＃反应器的出水ＣＯＤ浓度波动略小于２＃反应器出水的，这是因为１＃反应器的污泥浓度高，具有较强的抗冲击负荷能力。当进水ＣＯＤ维持在７００～９００ｍｇ／Ｌ时，１＃反应器对ＣＯＤ的去除率较２＃反应器对ＣＯＤ的去除率高，这是因为１＃反应器中的颗粒污泥粒径大、浓度高。在进水ＣＯＤ为９００～１２００ｍｇ／Ｌ时，１＃反应器对ＣＯＤ的去除率达到９３％左右，高于２＃反应器的去除率（７５％～８０％），这说明曝气量对去除有机物有较大影响。当维持进水ＣＯＤ在１２００ｍｇ／Ｌ左右时，１＃反应器的处理效果更稳定。２２２　硝化效果对氨氮的去除效果见图４。!#$%&%%’$(%%$%%(%%!)!*+,!#-%./0%&%1./$-’-!&!.$/2$-%!34#$#%$$#%$#&’($#&’(&’(5671&%10%图４　曝气量对去除ＮＨ３－Ｎ的影响Ｆｉｇ．４　ＶａｒｉａｔｉｏｎｏｆＮＨ３－Ｎｒｅｍｏｖａｌｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｓ当前在处理垃圾渗滤液中，对ＮＨ３－Ｎ的去除是关键。氨氮的去除主要是在好氧条件下通过硝化菌将氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮［１０］。在前１０ｄ，进水氨氮为５０ｍｇ／Ｌ，两个反应器对氨氮基本