腐殖SBR降解大分子有機物時污泥性能的研究

曹　楠　趙　可

（吉林建筑大學市政與環境工程學院 吉林長春 130118）

引言

城市污水是由復雜的有機和無機物質組成的，通常用溶解態，膠體態，大型膠體態和可沉降態來區分污水中的物質。根據Martins研究得知，有機物是以能否通過0.45μm的濾膜來劃分的，能通過的稱之為溶解性有機物，不能通過的稱之為顆粒態有機物。在污水廠運行過程中顆粒態有機物的處理方法主要有沉淀，過濾，混凝和生物處理。有報道稱污水中顆粒態有機物對活性污泥的沉降性有促進作用[1]，也有的學者發現污水中顆粒態有機物的減少影響了活性污泥的反硝化作用[2]，眾多報道指出顆粒態有機物對活性污泥特性以及污水處理效能都有著重要影響。

本試驗引入了一種新型的污水處理工藝-腐殖土活性污泥工藝，是在傳統SBR工藝基礎上增設腐殖土反應器，提高了污水的處理效率[3]。本文筆者主要研究了腐殖活性污泥在降解大分子有機物過程中對污泥沉降性和脫水性以及胞外聚合物組成成分的影響[4-8]。為污水處理工藝的改進與穩定運行及城市污水處理提供一種新的設計依據及方案。

1　試驗裝置與方法

1.1　試驗裝置與運行條件

試驗采用兩組SBR反應器，均內置腐殖土填料，SBR反應器采用有機玻璃制成，內經為20cm，高度為50cm，有效容積為13L。反應器裝有增力攪拌器，在非曝氣缺氧狀態時，保持泥水混合均勻。

試驗使用的原水均為人工配置，采用淀粉和葡萄糖為基質，以硫酸銨和磷酸二氫鉀作為氮源和磷源，加入適量的自來水稀釋配制成原水。配水時將稱好的藥劑溶解在40L的水箱中，用碳酸氫鈉調整pH。通過激光粒度儀（Malvern MS-2000）分析，以淀粉為基質的有機污水中粒徑大于2μm的有機物為顆粒態有機物。在進水前取500ml配置的原水對其進行顆粒態有機物含量的分析，經檢測粒徑大于2μm的有機物占96.86%。葡萄糖為易溶解的有機物。配制的兩類污水主要成分為：pH在7左右，COD 450～500mg/L，NH4+-N 30～40mg/L，TP 8～10mg/L。

圖1　內置腐殖土SBR反應器

將人工配制的兩類污水在水箱中充分混合均勻后，加入到兩個反應器中，采用多空石曝氣，用空氣轉子流量計調節曝氣量，溫控儀檢測水溫。

實驗采用的污泥接種于長春市某城市污水處理廠，在實驗室條件下，接種于投加腐殖土填料的SBR系統內進行培養和馴化，當系統達到穩定狀態時，污泥由棕黑色變成棕褐色，形成具有良好沉降性能的活性污泥后開始試驗。

兩個SBR反應器運行周期為10h，其中曝氣為6h，初始溶解氧在1～2mg/L，缺氧運行2h，靜沉2h后排水。每3-4天取一次取一次污泥樣品進行檢測，污泥樣品當天取當天測。

1.2　試驗方法

EPS采用超聲波，高速離心和水浴加熱法提取。以多糖，蛋白質和DNA總含量來表征EPS的含量。多糖使用蒽酮法測定，蛋白質使用Folin-酚法測定，DNA使用二苯胺法測定。

活性污泥沉降性用SVI來表征。脫水性用毛細吸水時間（CST，CAPILLARY SUCTION TIME）來表征，一般CST值越大，表明活性污泥的脫水性能越差。CST值用英國Triton毛細吸水時間測定儀（TYPE 304B CAPILLARY SUCTION TIMER）測定。

2　結果與討論

2.1　活性污泥脫水性比較

如圖2為兩個腐殖SBR系統的CST對比。

圖2　兩組SBR反應器CST值對比

在腐殖污泥降解顆粒態有機物的系統中污泥的CST值在70s-85s之間，平均值在75s左右；而反觀腐殖污泥降解溶解態有機物的系統中污泥的CST值在20s-35s之間，平均值在29s左右。兩組反應器的CST值相差很大，顆粒態的是溶解態的2.5倍左右。

2.2　活性污泥沉降性比較

兩組反應器的活性污泥除脫水性能的差異以外，經過試驗發現在活性污泥的沉降性方面也有不同（如圖3所示）。

圖3　兩組SBR的SVI比較

從圖中可以看出，在腐殖污泥降解顆粒態有機物的反應器中污泥的SVI值在60-90mL/g之間，平均值在75mL/g左右；在腐殖污泥降解溶解態有機物的反應器中污泥的SVI值在20-60mL/g之間，平均值在44mL/g左右。由此可以看出，在腐殖SBR系統運行條件相同時，降解溶解態有機物的腐殖污泥的沉降性能要優于降解顆粒態有機物的腐殖污泥，而主要原因可能是兩組腐殖SBR系統中活性污泥所具有不同的結構。

2.3　 EPS組分及其含量變化分析

圖4為某一個周期內兩組腐殖SBR系統活性污泥中EPS及其各主要組成部分含量比較。試驗結果顯示，兩組反應器活性污泥中EPS的含量分別為EPS溶解態256.86mg/L和EPS顆粒態389.29mg/L。而兩組反應器活性污泥中占EPS含量最多的物質是蛋白質，分別為蛋白質溶解態159.2mg/L和蛋白質顆粒態260.87mg/L，后者大約是前者的1.6倍，分別占其EPS總含量的62%和67%。反觀多糖和DNA的含量相差不是很大，分別為多糖溶解態80.7mg/L和DNA溶解態16.95mg/L；多糖顆粒態90.18mg/L和DNA顆粒態38.24mg/L。多糖的含量分別占其EPS總含量的31%和23%，而DNA的含量分別占其EPS總含量的7%和10%左右。

圖4　某一周期兩組SBR反應器中胞外聚合物組分比較

結語

本試驗采用兩組平行運行的序批式腐殖活性污泥反應器，分別以葡萄糖和淀粉為主要污染物，考察了顆粒態和溶解態有機物在降解過程中對腐殖活性污泥性能的影響和對胞外聚合物組分及其含量變化的影響。主要得出以下幾點結論：

（1）腐殖污泥在降解溶解態有機物過程中污泥脫水性和沉降性能均優于顆粒態的，CST和SVI值均小于后者。

（2）顆粒態有機物在水解的過程中使活性污泥EPS中蛋白質和多糖的含量升高。

[1]Martins,A.M.P.,Karahan,van Loosdrecht,M.C.M..Effect of Polymeric Substrate on Sludge Settleability[J].Water Res.,2011,45:263-273.

[2]余夢宇.顆粒有機物在脫氮除磷工藝中的水解及產物供碳效能研究[D].江蘇省：揚州大學，2016.

[3]劉一威,劉崢.腐殖土活性污泥工藝研究進展及應用現狀[J].環境保護與循環經濟.2013(02).

[4]虞敏達，何小松，檀文炳，席北斗，張慧.污水廠出水顆粒態與溶解態有機物的紅外和熒光光譜特征 [J].光譜學與光譜分析.2017.

[5]吳磊，尹軍，韓相奎，劉志生，馬臻.腐殖活性污泥生化特征及處理效能[J].哈爾濱工業大學學報.2014（04）

[6]王丹.污水顆粒有機物在脫氮除磷過程中的雙重影響[D].江蘇省：揚州大學，2016.

[7]邵錫斌，吳瑩，胡俊，鮑紅艷.顆粒態有機物在長江口及其鄰近海域的夏季分布和影響因素初析 [J].海洋與湖沼.2014.

[8]余肖峰.顆粒有機物對A～2/O工藝脫氮除磷的影響[D].江蘇?。簱P州大學，2014.