用味精生產廢水培養好氧顆粒污泥

王 震 ，柏義生，孔德芳，范 錚，劉 培

（1. 鄭州大學 水利與環境學院，河南 鄭州 450002；2. 鄭州大學 環境政策規劃評價研究中心，河南 鄭州 450002；3. 鄭州大學 環境技術咨詢工程公司，河南 鄭州 450002）

好氧顆粒污泥是在特定的好氧條件下通過微生物自凝聚作用形成的顆粒狀活性污泥。與普通活性污泥相比，它具有不易發生污泥膨脹、生物量高、能承受高有機負荷等特點［1-3］。近年來，好氧顆粒污泥廢水處理工藝已逐步發展成為廢水處理的新型工藝，眾多研究者在好氧顆粒污泥的形成、特性以及影響因素等方面做了大量研究［4-8］。但這些研究基本是以人工配水作為處理對象，而以實際廢水培養好氧顆粒污泥的研究報道相對較少。

本工作以某味精廠味精生產廢水作為處理對象，以厭氧顆粒污泥為接種污泥，采用SBR培養好氧顆粒污泥，研究好氧顆粒污泥的培養過程，考察其對基質的降解特性，為好氧顆粒污泥處理味精生產廢水的實際應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

接種污泥取自某味精廢水處理廠厭氧反應器，污泥質量濃度為6 000～7 000 mg/L，MLVSS/MLSS=0.75，粒徑0.5～3.0 mm。接種的厭氧顆粒污泥呈黑色，結構緊密，形狀不規則。

實驗用廢水為某味精廢水處理廠味精生產廢水，廢水水質見表1。

表1 味精生產廢水水質

1.2 實驗裝置

實驗裝置示意見圖1。為提高味精生產廢水可生化性、后續脫氮效率和穩定廢水pH，實驗前對廢水進行預曝氣處理。自制SBR由φ9 cm×100 cm的有機玻璃柱制成，有效容積6.32 L，排水體積為反應器有效體積的1/2。由微電腦時控開關控制整個運行周期中進水、曝氣、沉淀、排水和靜置的自動運行。實驗在室溫（25～30 ℃）下進行，采用直流泵（流量50 L/min）從反應器底部進水，出水由電磁閥控制。采用空氣壓縮機連接微孔曝氣頭曝氣，使反應器內曝氣更加均勻，由氣體流量計控制曝氣量。

圖1 實驗裝置示意

表2 培養好氧顆粒污泥的最佳運行參數

1.3 培養方法

整個培養過程可以分為啟動階段、出現階段和成熟階段3個階段。在啟動階段初期，為保證反應器內的污泥濃度，設置較長的運行周期和沉淀時間；隨反應器中污泥沉降性能的改善和處理效果的增強，縮短運行周期并減少沉淀時間。在出現階段進一步減少沉淀時間，以促進顆粒化進程。在成熟階段，適當提高有機負荷。經過近95 d的運行和監測，以及對運行參數進行調整［9］，得到培養好氧顆粒污泥的最佳運行參數，見表2。

1.4 分析方法

分析方法見表3。

表3 分析方法

2 結果與討論

2.1 顆粒化過程中污泥形態的變化

不同培養階段污泥試樣的光學顯微鏡照片見圖2。由圖2可見：在水力剪切力作用下，厭氧顆粒污泥逐漸解體變小并留下內核，經過15 d的培養污泥顏色變淺，呈黃色，污泥形態為塊狀絮體；在出現階段，反應器中的污泥不斷生長，并出現大量細小的好氧顆粒污泥，污泥顏色仍為黃色。該反應器中好氧顆粒污泥的出現時間比Liu等［11］和Ivanov等［12］研究的好氧顆粒污泥出現的時間晚，可能是因為味精生產廢水的成分較為復雜。運行65 d后，顆粒污泥粒徑達0.3 mm左右，污泥顆粒化較為明顯。顆粒污泥粒徑增大的原因主要是：1）運行周期縮短使得反應器中微生物在內源呼吸期中的消耗量減少［13］；2）沉淀時間減少使得反應器中沉降性能較差的絮狀污泥排出，同時減少了反應器中營養物質的競爭；3）有機負荷提高豐富了反應器內的營養物質，為深層微生物的生長提供了較多的碳源［12］。

圖2 不同培養階段污泥試樣的光學顯微鏡照片

隨著反應器的運行，好氧顆粒污泥的粒徑進一步增大，顆粒化明顯且反應器中以顆粒污泥為主。培養95 d后，好氧顆粒污泥顏色為黃褐色，顯微鏡檢驗發現顆粒污泥表面和周圍存在大量原生動物，如輪蟲、累枝蟲等，顆粒污泥粒徑達0.6 mm左右。

2.2 顆粒化過程中污泥性能的變化

顆粒化過程中MLSS和SVI的變化見圖3。由圖3可見：反應器中接種污泥的MLSS為6.43 g/L，SVI為59.12 mL/g；啟動階段反應器中接種污泥逐漸解體，運行15 d后污泥的MLSS略有降低，SVI增至96.20 mL/g；運行20 d后，反應器中MLSS為7.85 g/L，SVI降至67.51 mL/g，污泥沉降性能相比啟動階段有明顯提高；運行60 d后，反應器中MLSS升至9.11 g/L，污泥的沉降性能顯著提高；運行95 d后，SVI穩定在30.00 mL/g左右，MLSS達到8.00 g/L。

圖3 顆粒化過程中MLSS和SVI的變化

2.3 好氧顆粒污泥對污染物的去除效果

培養過程中COD的去除效果見圖4。

圖4 培養過程中COD的去除效果

由圖4可見：運行初期系統對COD的去除率有較大波動；經過15 d的培養馴化，進入出現階段后，系統對COD的去除率基本維持在80%～90%，出水COD為70～90 mg/L；成熟階段，系統的有機負荷由1.2 kg/（m3·d）提高至2.0 kg/（m3·d），而出水COD低于80 mg/L，去除率達到90%以上，并基本穩定。可見好氧顆粒污泥對味精生產廢水中有機物具有較高的代謝活性。這主要是因為好氧顆粒污泥可在短時間內迅速吸附系統內有機物，并以聚合物的形態儲存于體內，隨著反應的進行，所吸附的有機物被微生物逐漸分解利用［14-15］。

培養過程中NH3-N的去除效果見圖5。由圖5可見，出水ρ（NH3-N）從初期的10 mg/L左右降至后期的2 mg/L左右，去除率也從80%左右升至95%以上，表明系統對NH3-N具有較好的去除效果。

圖5 培養過程中NH3-N的去除效果

培養過程中ρ（NO3--N）、ρ（NO2--N）和DO的變化見圖6。

圖6 培養過程中ρ（NO3--N）、ρ（NO2--N）和DO的變化

由圖6可見：NH3-N在硝化過程中產生的氧化產物基本上以NO3--N形式存在，且大量積累，濃度逐漸增加，系統對NH3-N基本實現了完全轉化，但反硝化作用效果不好。主要是因為脫氮效果受溶解氧飽和度和顆粒粒徑的限制［16-17］。在本實驗條件下，反應器中DO較高，粒徑相對較小，顆粒污泥比表面積較大，可以較快地擴散到顆粒表面，為NH3-N的快速氧化提供充足的氧，硝化反應進行的較為充分；同時溶解氧向顆粒內部擴散，能夠提供反硝化的缺氧區域較小，反硝化作用受到了抑制，導致最終反硝化效果不理想。

3 結論

a）在SBR中以厭氧顆粒污泥為接種污泥，以味精生產廢水為進水底物，通過運行參數的不斷調整，最終實現了好氧顆粒污泥的培養。運行95 d后顆粒污泥趨于成熟，粒徑可達0.6 mm，顏色為黃褐色，表面和周圍存在大量原生動物。

b）運行95 d后MLSS由原來的6.43 g/L提高至8.00 g/L，SVI由59.12 mL/g穩定降低至30.00 mL/g左右。成熟的好氧顆粒污泥對味精生產廢水具有較好的處理效果且運行穩定。出水COD低于80 mg/L，COD去除率達90%以上；出水ρ（NH3-N）穩定在2 mg/L左右，NH3-N去除率達到95%以上。

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