【城市污水处理厂厌氧-好氧颗粒污泥的中试研究】厌氧污泥进入好氧池

　　[摘要] 论文内容采用中试规模的厌氧-好氧交替式颗粒污泥SBR处理实际城市污水，研究了好氧颗粒污泥的培养过程、处理效果及颗粒污泥的特性，并采用实验来分析。　　[关键词] 污水处理厂厌氧-好氧交替式颗粒污泥 SBR 实验采用
　　
　　这些年来，好氧颗粒污泥以其沉降性能好、微生物浓度高、能够实现同时除磷脱氮等优点，逐渐成为污水生物处理领域的研究热点之一。研究者们在好氧颗粒污泥的培养、形成条件、微生物组成、除磷脱氮等方面做了大量的研究工作，但是这些研究通常采用人工配水，在实际市政污水研究领域研究较少，仅有荷兰代尔夫特理工大学取得了显著的研究成果，已获得全球技术专利并应用城市污水进行了中试。国内对好氧颗粒污泥技术大多停留在实验室阶段，工程化应用刚刚起步。少数研究者利用实际废水，如豆制品废水、酿酒厂废水、造纸废水来培养颗粒污泥。由于对好氧颗粒污泥处理城市生活污水进行了初步研究，再采用碳、氮含量较高的实际生活污水进行了小试规模的交替式SBR中好氧颗粒污泥的形成及其同步脱氮除磷的效果研究。由以实际生活污水为研究对象，以普通絮状污泥为接种污泥，利用SBR和SBAR初步考察了沉淀时间对培养短程硝化好氧颗粒污泥的影响。为促使好氧颗粒污泥的工程化应用，本实验采用实际城市污水，以絮状活性污泥为接种污泥，在中试规模的厌氧，好氧交替式SBR反应器中培养好氧颗粒污泥，并通过调整反应器的最佳运行参数，逐步提高反应器的处理效果。
　　图1 实验装置示意图
　　表2 SBR运行方式(min)
　　一、材料与方法
　　1、实验装置
　　实验采用的SBR如图1所示。反应器由有机玻璃圆柱制成，内层直径为38cm，有效高度为200cm，有效容积226.8L。反应器设置有3个出水口，对应体积交换率分别为50％、60％、70％。反应器进水、出水以及曝气均由电磁阀控制。反应器内设置厌氧搅拌装置，在反应器处于厌氧阶段时开启。整个反应器由可编程逻辑控制器自动控制进水、厌氧搅拌、曝气、沉降、出水及闲置等过程，并可根据实验需要调整各个阶段的运行时间。整套装置前端设置毛发过滤器，污水经过毛发过滤器后进入低位水箱，再经过低位水箱内的潜水泵将污水抽至高位水箱中。高位水箱中的污水靠重力作用流入SBR反应器中。反应器底部设置有微孔曝气盘1个，供气量由转子流量计控制。实验期间，实验室内温度变化范围12～25℃。
　　表1 污水水质成分(mg/t)
　　2、原水水质及接种污泥
　　实验用水取自某污水处理厂曝气沉砂池后出水，其水质见表1。
　　实验接种污泥取自该污水处理厂A/O生物池。污泥呈絮状，结构松散，MLSS为2600 mg/L，MLVSS为1708mg/L，SVI120~160mg/L，没有颗粒，生物相良好。
　　3、分析项目及方法
　　氨氮采用纳氏试剂分光光度法测定；NO2-N、NO3-N采用DX600型离子色谱仪测定；总氮采用过硫酸钾消解紫外分光光度法；污泥粒径分布采用激光粒度仪(Malvern Mastersizer S Long Bed)测定；颗粒污泥表面结构扫描电镜观察采用HITACHI S4700电镜；COD、TP、BOD、SS、MLSS和MLVSS均采用标准方法测定。
　　4、反应器运行方式
　　反应器各个阶段根据实验需要以及处理效果的不同，采用不同的运行程序，见表2。
　　二、实验结果与讨论
　　颗粒污泥的培养分为以下3个阶段：颗粒污泥培养阶段、颗粒污泥生长阶段和运行参数优化调整阶段。通过定期测定反应器内混合液的DO、SV、MLSS、MLVSS、COD、氨氮、NO2-N、NO3-N、TN、TP、pH等运行参数，对监测数据进行分析，判断反应器的运行状况，及时做出相应调整。
　　1、不同运行阶段的反应器性能
　　1）颗粒污泥培养阶段
　　接种污泥后，反应器内初始污泥浓度为4500mg/L。采用选择压法运行反应器，逐渐减少沉淀时间以提高临界沉降速率，使细小分散的絮状污泥洗出，从而促进颗粒污泥的形成和累积。周期程序采用方式1。沉淀时间由30min逐渐缩减至10min。由于进水中COD浓度较低，COD污泥负荷平均为0.18kg COD/(kg MLSS・d)，碳源相对不足，影响颗粒污泥的生长，同时低负荷容易引起污泥的丝状菌膨胀而使污泥的沉降性能恶化，加之利用骤降沉降时间法，污泥的洗出量大于污泥的生长量，反应器内的MLSS呈下降趋势，最终降低至1750mg/L，从而导致反应器运行状况的不稳定。在第41d补泥后，放弃使用选择压法，将沉淀时间调整回30min，反应器才重新稳定运行。本阶段实验历时72d后，反应器内肉眼观察到小颗粒。污泥驯化阶段对COD和氨氮的去除效果良好，出水COD均值为47.2 mg/L，平均去除率达到64.2％。氨氮的平均去除率达到了91.3％，出水氨氮平均3.9mg/L。
　　2）颗粒污泥生长阶段
　　经过培养验化后，反应器污泥浓度逐渐稳定，进入颗粒污泥生长阶段。该阶段历时79d，控制泥龄为20d。调整反应器运行程序，将曝气时间分为两段，增加二次厌氧搅拌和二次曝气的时间，按照运行方式2运行。该阶段反应器MLSS平均为2300mg/L，SVI平均为58.7mL/g。反应器对COD和氨氮平均去除率分别达到了60.9％和83.7％。
　　3）运行参数优化调整阶段
　　该阶段采用方式3运行反应器，泥龄为20d。阶段初始时，污水厂进水COD浓度提高至347～533mg/L，经过一段时间后又降回平均134mg/L。实验中为维持有利于颗粒污泥的形成条件，向反应器投加适量葡萄糖，以提高进水COD浓度。该阶段COD污泥负荷0.46 kg COD/(kg MLSS・d)。反应器内污泥MLSS呈现增长趋势，平均为3967mg/L。污泥SVI(30 min)呈逐渐下降趋势，污泥沉降性能逐渐变好，SVI值平均为56.8。该阶段反应器COD去除率平均为88.2％。经过一系列的参数调整，延长曝气时间，氨氮去除率逐步提高至80.1％。
　　2、运行参数优化调整阶段的处理效果
　　在进入运行参数优化调整阶段后，为提高反应器脱氮除磷效果，调整反应器的运行参数，以寻求反应、的最佳运行工况。根据好氧颗粒污泥颗粒化的影响因素以及反应器自身设计的特点，分别改变反应器曝气阶段溶解氧、反应器体积交换率以及反应器运行方式，考察反应器在不同条件下对有机物的去除以及脱氮除磷的效果。
　　运行参数优化调整阶段试验过程以及各项目平均去除处理效果整理如下：
　　在实验第172～192d，进行改变反应器内DO浓度变化的批次实验。将溶解氧分别控制在2～3mg/L，3～4mgL和4～6 mg/L下。DO控制在2～3mg/L时，反应器去除效果与DO在3～4mg/L以及4～6mg/L的条件下的去除效果基本持平。溶解氧过大会穿透小颗粒，使颗粒污泥的缺氧层和厌氧层变薄，甚至消失，使脱氮的效果降低。该阶段实验表明，好氧颗粒污泥工艺，DO控制在2～3mg/L下即可满足微生物需氧要求，又可维持颗粒内部的缺氧层。
　　在实验第193～206d，进行改变反应器体积交换率的批次实验。依次将反应器体积交换率提高至60％和70％。提高了反应器体积交换率相当于增加了进入反应器的碳源，使厌氧阶段可以在污泥细胞内储存更多的能量，供反硝化菌和聚磷菌等在好氧阶段使用。
　　实验第231～290d，逐渐将周期时间由462min延长至l362min。由表3可以看出，随着周期时长的延长，出水氨氮和总氮的浓度逐渐降低，处理效果稳步提高。
　　三、结论
　　(1)采用中试规模的厌氧,好氧交替式颗粒污泥SBR处理实际城市污水，经过72d的培养，反应器内出现小粒径颗粒污泥。在随后的230d运行试验中，通过调整曝气阶段的溶解氧浓度、排水体积交换率以及周期运行方式,使得反应器中颗粒污泥粒径和比例逐渐增加。在颗粒培养阶段、颗粒生长阶段和运行参数优化调整阶段的颗粒污泥平均粒径分别达到95.79、147.6和245.4m。颗粒污泥的MLVSS/MLSS为79％，颗粒污泥耗氧速率(OUR)达到1.26mg/(g・rain)，颗粒污泥比絮状污泥有更好的生物活性。
　　(2)在最佳工况运行条件下，反应器中污泥浓度为3000～4000mg/L，SVI值为45～55mL/g，对COD、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为：91.63％、74.02％、68.42％和96.41％。
　　(3)以小粒径污泥颗粒为主的厌氧一好氧交替运行的SBR，其脱氮除磷反应过程与传统的A/O工艺相似。大部分有机物在厌氧阶段去除。厌氧释磷，好氧吸磷的现象也非常明显。硝化反应随周期反应时问长短有所不同，在短周期反应时间条件下，出现短程硝化反硝化反应现象，二次好氧出水以亚硝酸盐为主。长周期条件下，出水以硝酸盐为主。