不同工藝條件下污泥培養(yǎng)及其性能研究

凌琪，劉明亮，伍昌年，張賢芳，唐玉朝，潘法康，曾麒峰，方濤，趙秋燕，鮑超

(安徽建筑大學(xué) 水污染控制與廢水資源化實(shí)驗(yàn)室 安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

A2/O 工藝是典型的活性污泥法工藝，具有同步脫氮除磷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、總水力停留時(shí)間短、運(yùn)行費(fèi)用低和不易產(chǎn)生污泥膨脹等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城市污水處理［1-3］。活性污泥性能會(huì)直接影響A2/O 工藝脫氮除磷的效果和降解有機(jī)物的能力，是A2/O 工藝穩(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)鍵。目前活性污泥培養(yǎng)分為自然培養(yǎng)和接種培養(yǎng)，自然培養(yǎng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，不利于實(shí)際應(yīng)用，接種培養(yǎng)是目前污水處理廠(chǎng)啟動(dòng)調(diào)試優(yōu)先考慮的方法。

活性污泥是一種集復(fù)雜性與生物多樣性于一體的微生物生態(tài)系統(tǒng)，接種培養(yǎng)條件會(huì)影響污泥性能和對(duì)污水的處理效果［4］。但工藝條件不同的接種培養(yǎng)污泥，對(duì)污泥性能及去除污水中的污染物效率的研究未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

本文根據(jù)A2/O 工藝運(yùn)行特點(diǎn)，分別采用間歇式和連續(xù)式培養(yǎng)污泥，對(duì)污泥培養(yǎng)至A2/O 工藝運(yùn)行的全過(guò)程進(jìn)行比較，考察污泥性能(MLSS、MLVSS、SV30和微生物相)和對(duì)污染物(COD、TN 和TP)的去除效能，以期為實(shí)際應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

氯化銨、碳酸氫鈉、磷酸二氫鉀、六水氯化鎂、二水氯化鈣、五水硫酸銅、硼酸、七水硫酸亞鐵、六水二氯化鈷、四水氯化錳等均為分析純;蔗糖，市售;模擬污水，水質(zhì)(mg/L)COD 300 ～550，NH3-N 26 ～35，TP 5.4 ～6.5，MgSO4·7H2O 180，CaCl2·2H2O 14，NaHCO3適 量，pH 6.8 ～8.5，微 量 元 素 混 合 液0.3 mL/L［5］;接種污泥，取自合肥某污水廠(chǎng)好氧池，污泥濃度(MLSS)為5 400 mg/L，SV30為32%，污泥活性良好，含有大量鐘蟲(chóng)、線(xiàn)蟲(chóng)和少量輪蟲(chóng)。

HACH HQ 30d 溶氧儀;PHS-3C 型pH 計(jì);XSP-2008CA 光學(xué)顯微鏡;T6 新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);TU1901 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì);MS104S 電子天平。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1，由水箱、厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池組成，屬于常規(guī)的A2/O 工藝。反應(yīng)器總有效容積120 L，厭氧池、缺氧池、好氧池的容積比為1 ∶1 ∶2，沉淀池的容積為36 L。缺氧池和好氧池安裝曝氣裝置供氧，厭氧池和缺氧池安裝攪拌裝置混合液體。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Digram of experimental setup

采用兩套相同的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別編號(hào)為1#(間歇式)和2#(連續(xù)式)，向兩個(gè)反應(yīng)器好氧池中各加入15 L 經(jīng)過(guò)1 d 悶曝后的污泥接種。1#反應(yīng)器加入污水至60 L，按照進(jìn)水、曝氣、靜沉和排水(排出體積為好氧池有效容積的1/3)的過(guò)程運(yùn)行，培養(yǎng)的污泥將用于A2/O 工藝運(yùn)行。2#反應(yīng)器加入污水至60 L 處，通過(guò)蠕動(dòng)泵對(duì)泥水混合液進(jìn)行分配，好氧池保留30 L 的混合液，連續(xù)進(jìn)出水，按照A2/O 工藝運(yùn)行。污泥培養(yǎng)完成后，逐漸增加污水處理量，直至滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。A2/O 工藝運(yùn)行參數(shù)如下:總HRT 為12 h，厭氧池、缺氧池和好氧池水力停留時(shí)間比為1∶1 ∶2，污泥回流比為60%，硝化液回流比200%。

1.3 分析方法

溶解氧用溶氧儀測(cè)定，pH 用pH 計(jì)測(cè)定，微生物用光學(xué)顯微鏡鏡檢，COD、TN 和TP 均采用分光光度法測(cè)定，MLSS 和MLVSS 用重量法測(cè)定［6］。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性污泥性能的變化

實(shí)驗(yàn)歷時(shí)44 d，系統(tǒng)MLSS、MLVSS 和SVI 的變化情況見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)分為A、B 和C 3 個(gè)階段:污泥培養(yǎng)階段(第1 ～19 d)、啟動(dòng)階段(19 ～29 d)和運(yùn)行階段(29 ～44 d)。

圖2 活性污泥性能的變化Fig.2 The variation of activated slduge performance

由圖2 可知，A 階段1#和2#的MLSS、MLVSS 和SVI 隨時(shí)間逐漸增加，第19 d，兩個(gè)反應(yīng)器(1#和2#)MLSS、MLVSS 和SVI 分別為5 400 mg/L，2 850 mg/L，119 mL/g，3 580 mg/L，2 100 mg/L，92 mL/g。1#的MLSS 和MLVSS 增長(zhǎng)速度比2#快，由于穩(wěn)定的好氧環(huán)境(1#)與厭氧、缺氧和好氧(2#)不斷交替變化的環(huán)境相比，更有利于微生物增殖。B 階段時(shí)，逐步提高進(jìn)水量至有機(jī)負(fù)荷，F(xiàn)/M(有機(jī)負(fù)荷)從0.18 kg COD/(kg MLSS·d)提高至0.31 kg COD/(kg MLSS·d)，活性污泥快速增加，而進(jìn)水量增加后，污泥濃度降低，但污泥總量增加。第29 d 時(shí)，兩個(gè)反應(yīng)器(1#和2#)MLSS、MLVSS 分別為3 700 mg/L，2 030 mg/L 和3 520 mg/L，2 000 mg/L。C 階段時(shí)，反應(yīng)器進(jìn)入運(yùn)行階段，受F/M 和DO 限制，MLSS 和MLVSS 分別在3 400～3 800 mg/L 和2 000 ～2 400 mg/L，MLSS 及MLVSS增加緩慢。B、C 階段，1#的SVI 一直增加至155 mL/g左右，2#的SVI 緩慢降低后趨于穩(wěn)定，維持在82 mL/g 左右。SVI 的巨大差異是由于活性污泥是一種種群豐富的微生物生態(tài)系統(tǒng)，活性污泥培養(yǎng)符合“選擇與適應(yīng)”的原理，不同的培養(yǎng)條件會(huì)導(dǎo)致微生物的群落的不同，最終導(dǎo)致污泥的性能的不同［4，7-8］。

圖3 是污泥鏡檢照片。

圖3 C 階段污泥鏡檢照片(×400)Fig.3 Photos of sludge in C stage (×400)

由圖3 可知，1#絲狀菌菌絲伸出菌膠團(tuán)外，將菌膠團(tuán)串聯(lián)在一起，形成片狀污泥，微型動(dòng)物以游泳型纖毛蟲(chóng)、鐘蟲(chóng)和少量輪蟲(chóng)組成。2#污泥以菌膠團(tuán)為主體，少量絲狀菌穿插其中，形成絮粒大、邊緣清淅、結(jié)構(gòu)緊密、呈球狀的污泥，固著行纖毛蟲(chóng)清晰可見(jiàn)。鏡檢結(jié)果表明，2#污泥比1#污泥更密實(shí)，絲狀菌菌絲更短，生物相更豐富，反映2#沉降性能更好。

2.2 對(duì)污染物(COD、TN 和TP)的去除效果

活性污泥在間歇式和連續(xù)式培養(yǎng)條件下培養(yǎng)19 d 后，用于A2/O 工藝運(yùn)行，經(jīng)過(guò)25 d 的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)污染物(COD、TN 及TP)有較好的去除能力，見(jiàn)圖4。

圖4 活性污泥對(duì)污染物去除情況Fig.4 Effect of activated sludge on the pollutants removal a.COD;b.TN;c.TP

由圖4 可知，A 階段，活性污泥對(duì)COD、TN 和TP 的去除率逐漸增加，中間有波動(dòng);在B 和C 階段，污泥對(duì)COD、TN 和TP 的去除效果隨著運(yùn)行時(shí)間逐漸增加至穩(wěn)定。污泥培養(yǎng)到第19 d，COD、TN 和TP的去除率分別為90%，60%和85%，表明污泥培養(yǎng)馴化完成。B 和C 階段，改變污泥負(fù)荷F/M:0.18 ～0.31 kg COD/(kg MLSS·d)，1#和2#反應(yīng)器中污泥對(duì)COD 的去除效率分別為89.5%和91.2%，此時(shí)出水COD 分別為44.5，43.2 mg/L，說(shuō)明分別以間歇式和連續(xù)式方式培養(yǎng)的污泥用于A2/O 工藝運(yùn)行，對(duì)COD 均有高的去除率。1#和2#的TN、TP 的去除率分別為72%，87%和83%，92%，出水TN、TP分別為8.3 ～9.2，0.76 ～1.05，3.9 ～5.5，0.38 ～0.7 mg/L。兩個(gè)反應(yīng)器對(duì)TN、TP 的去除率相差較大，2#的脫氮除磷效果更好。

在相同曝氣量和底物濃度的條件下，間歇式污泥培養(yǎng)會(huì)引入大量與硝化細(xì)菌競(jìng)爭(zhēng)DO 和有機(jī)物的微生物，進(jìn)而表現(xiàn)為間歇式培養(yǎng)的污泥脫氮除磷效果不如連續(xù)式培養(yǎng)得到的污泥。相同曝氣量條件下，1#和2#好氧池中DO 分別為1.4 ～2.2 mg/L 和2～2.8 mg/L，Rusulr 等［9］研究認(rèn)為，好氧區(qū)DO 在1.5 ～2.5 mg/L 時(shí)，硝化細(xì)菌能快速完成硝化。吳昌永等［10］研究表明，DO 在1 ～4 mg/L 時(shí)，硝化效果隨DO 降低而降低。1#的脫氮效率低于2#，是由于DO 偏低，硝化不完全導(dǎo)致的。吳昌永等［10］研究也表明，DO ＜2 mg/L 的條件下運(yùn)行A2/O，將導(dǎo)致除磷效率下降，本次實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果與吳昌永等的研究結(jié)論相一致。

3 結(jié)論

(1)接種培養(yǎng)污泥的工藝條件對(duì)MLSS 和MLVSS 的增長(zhǎng)速度有明顯影響，間歇式的污泥增長(zhǎng)速度大約是連續(xù)式的2 倍，培養(yǎng)完成時(shí)，MLSS、MLVSS 分別為5 400，2 850，3 580，2 100 mg/L。

(2)A2/O 工藝運(yùn)行表明，連續(xù)式工藝條件培養(yǎng)的污泥的沉降性能優(yōu)于間歇式，兩者SVI 相差近1倍，分別為82，155 mL/g。在除污效果上，兩種方式對(duì)COD、TN 和TP 都有良好的去除效果，但連續(xù)式脫氮除磷效果優(yōu)于間歇式，其中COD 的去除率分別為89.5%和91.2%，TN 去除率分別為72%，83%，TP 的去除率分別為87%和92%。結(jié)合間歇式和連續(xù)式的特點(diǎn)，先間歇后連續(xù)培養(yǎng)污泥能縮短污水廠(chǎng)的啟動(dòng)時(shí)間，提高對(duì)污水中氮磷的去除效果。

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