SBR系統(tǒng)中好氧顆粒污泥的培養(yǎng)以及應(yīng)用

鐘志賢,張新兵,宋 勇

(1.中國核工業(yè)二三0研究所,長沙 410011;2.中國中機(jī)國際工程設(shè)計研究院,長沙410007;3.長沙學(xué)院生物工程與環(huán)境科學(xué)系,長沙 410003)

好氧顆粒污泥是微生物在好氧條件下形成的自身固定化聚集體,其結(jié)構(gòu)致密、沉速快、含水率低,在污水處理領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景[1-8].本實(shí)驗(yàn)采用SBR反應(yīng)器以厭氧污泥為接種污泥培養(yǎng)形成了好氧顆粒污泥;考察了當(dāng)以制藥廢水為營養(yǎng)基質(zhì)時,反應(yīng)器的運(yùn)行情況.

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用的裝置及工藝流程如圖1所示.主體部分為SBR反應(yīng)器,由有機(jī)玻璃制成,內(nèi)徑4 cm,高90 cm,總體積3.6 L,有效容積為3.0 L.采用氣泵和曝氣砂頭進(jìn)行供氣,通過轉(zhuǎn)子流量計控制曝氣量.反應(yīng)器進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水、閑置等各階段的操作變換都通過時間控制器自動控制.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.2 接種污泥

接種污泥為本實(shí)驗(yàn)室 UASB反應(yīng)器中的厭氧顆粒污泥,接種污泥體積為0.5 L,接種后反應(yīng)器中污泥濃度為8.2 g/L.

1.3 廢水水質(zhì)

馴化階段的廢水采用人工配.以醋酸鈉為碳源,氯化銨為氮源,還包括磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉、硫酸鎂、氯化鈣以及其他微量元素.馴化過程中廢水的CODCr和氨氮的質(zhì)量濃度分別控制在500 mg/L和50 mg/L.

1.4 運(yùn)行方式

反應(yīng)器的一個運(yùn)行周期為 6 h,其中進(jìn)水10 min,曝氣運(yùn)行5.5 h,靜置沉淀10 min(5 min,2 min),剩余時間為排水及閑置.每周期排水0.5 L,即反應(yīng)器每周期實(shí)際處理水量為0.5 L.

1.5 分析方法

CODCr:重鉻酸鉀法;氨氮:水楊酸-次氯酸鹽光度法;硝酸鹽氮:酚二磺酸光度法;溶解氧:HI 9133型溶解氧儀;顆粒污泥的外觀:生物電子顯微鏡(型號DMLB)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 馴化階段

SBR反應(yīng)器從接種污泥啟動到反應(yīng)器內(nèi)厭氧顆粒污泥轉(zhuǎn)化為好氧顆粒污泥為止共運(yùn)行36 d,每天4個周期.

2.1.1 COD降解能力分析

如圖2所示在運(yùn)行的前12 d內(nèi),SBR反應(yīng)器中的溶解氧濃度控制在3～4 mg/L,微生物適應(yīng)較快;原有的厭氧顆粒污泥在曝氣的攪拌作用下,部分發(fā)生了解體,但并不明顯.12 d左右COD去除率提升到60%,此時調(diào)整溶解氧濃度為2～3 mg/L.在隨后的運(yùn)行中,污泥的顆?；约俺两邓俣鹊玫教岣?對COD的去除保持在75%～80%左右,并逐漸達(dá)到85%以上.25 d以后,COD去除率穩(wěn)定在90%以上.通過觀測顆粒污泥為球形,呈淡黃色,直徑在1.2～1.4 mm之間,好氧顆粒污泥馴化成熟.

圖2 污泥馴化階段COD去除率

2.1.2 顆粒污泥實(shí)現(xiàn)同步硝化與反硝化

硝酸鹽氮的檢測從運(yùn)行一個星期后開始.在運(yùn)行的前15 d內(nèi),由于污泥顆粒尚處于適應(yīng)期,活性較差,此時硝酸鹽氮的含量較低,在2 mg以下.在隨后的運(yùn)行過程中,硝酸鹽氮含量逐漸增加,最高時達(dá)到15 mg左右,污泥的硝化能力在運(yùn)行過程中得到增強(qiáng).隨著反應(yīng)器繼續(xù)運(yùn)行,硝酸鹽氮的濃度反而開始降低,這說明污泥的反硝化能力得到提高.進(jìn)入成熟期后,出水硝酸鹽氮值保持在5 mg左右,硝化與反硝化達(dá)到了平衡,如圖3所示.分析原因,這主要是因?yàn)殡S著馴化過程的進(jìn)行,污泥粒徑增加,氧的擴(kuò)散受到一定限制.在污泥顆粒內(nèi)部形成缺氧區(qū),為反硝化細(xì)菌的生長提供了有利條件,顆粒污泥形成了硝化和反硝化的微環(huán)境.

圖3 污泥馴化階段硝酸鹽氮含量

對出水中氨氮的含量分析發(fā)現(xiàn),氨氮去除率也從15 d左右開始上升.25 d以后,氨氮的去除率一直保持在90%左右,如圖4所示,這也進(jìn)一步說明硝化與反硝化達(dá)到了平衡,顆粒污泥形成了硝化與反硝化的微環(huán)境.

圖4 污泥馴化階段氨氮去除率

2.2 制藥廢水處理階段

用馴化成熟的顆粒污泥降解化學(xué)制藥廠的廢水.廢水用水稀釋,稀釋后水質(zhì)如表1所示.

表1 廢水組成

每天運(yùn)行4個周期,每天取一次樣進(jìn)行分析.通過將近一個月的運(yùn)行,COD的降解效果如圖5所示.

圖5 廢水處理階段COD降解率

在運(yùn)行的前3天內(nèi),COD的降解率快速下降,這主要是因?yàn)轭w粒污泥對新營養(yǎng)環(huán)境的不適應(yīng).接下來的一周內(nèi)COD的降解率逐漸恢復(fù)到80%以上.好氧顆粒的粒徑比馴化成熟期長大了2～3 mm.但半個月后,COD降解效率卻開始下降,出水變得渾濁.起先認(rèn)為可能是氣體的攪拌作用過大所致,于是適當(dāng)?shù)販p少了進(jìn)氣量,DO值控制在1 mg/L左右,沉淀時間延長到12 min.但在隨后的運(yùn)行過程中,出水混濁沒有明顯的改觀,COD的降解效率繼續(xù)下降.對顆粒的觀測發(fā)現(xiàn),好氧顆粒污泥發(fā)生了解體,部分污泥隨出水排走.對出水中氨氮的含量也進(jìn)行了同步分析,檢測結(jié)果如圖6所示.

圖6 廢水處理階段氨氮值

出水中氨氮含量在初期適應(yīng)階段較高,然后急劇降低.在隨后的運(yùn)行中,隨著顆粒污泥的解體和出水的混濁,含量又不斷升高.特別是二十天后,污泥幾乎對氨氮沒有多少降解效果.究其原因,筆者認(rèn)為:在經(jīng)歷短暫的適應(yīng)期后,由于進(jìn)水的COD升高,高濃度的基質(zhì)可能滲透到顆粒的內(nèi)部,顆粒體積增大.但由于顆粒內(nèi)部的厭氧作用和制藥廢水中含有的其它污染物的影響作用,顆粒發(fā)生了解體,污泥的沉降性能變差,顆粒形成的硝化和反硝化的微環(huán)境被破壞,從而引起COD和氨氮的降解效率都急劇下降.

3 結(jié) 論

(1)SBR反應(yīng)器中接種厭氧顆粒污泥,以醋酸鈉作為碳源,培養(yǎng)出了好氧顆粒污泥.顆粒污泥為球形,呈淡黃色,直徑在 1.2～1.4 mm之間.成熟的好氧顆粒污泥具有良好的沉降性能.

(2)污泥顆粒內(nèi)部形成了硝化和反硝化的微環(huán)境.出水中的硝酸鹽氮最后穩(wěn)定到5 mg左右,這時硝化與反硝化達(dá)到了平衡.

(3)當(dāng)選用制藥廢水作為營養(yǎng)來源時,氨氮和COD的降解率都很低.顆粒污泥發(fā)生了解體,出水變得渾濁.

(4)為了考察好氧顆粒污泥對制藥廢水的處理效果,在不改變營養(yǎng)來源的情況下,通過改變反應(yīng)器的運(yùn)行條件去消除顆粒解體的現(xiàn)象,結(jié)果都不理想.

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