研究论文低溶解氧丝状菌污泥微膨胀在犛犅犚中的可行性

书书书　第６１卷　第６期　　化　工　学　报　　　　　　　Ｖｏｌ．６１　Ｎｏ．６　２０１０年６月　　ＣＩＥＳＣ　Ｊｏｕｒｎａｌ　　　Ｊｕｎｅ　２０１０檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐研究论文低溶解氧丝状菌污泥微膨胀在犛犅犚中的可行性彭赵旭１，彭永臻１，２，桂丽娟１，刘旭亮１，薛　清１（１哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨１５００９０；２北京工业大学环境与能源学院，北京１０００２２）摘要：为了考察污泥微膨胀低能耗方法在间歇序批式（ＳＢＲ）反应器中应用的可行性，采用实际生活污水进行试验，研究了污泥膨胀的启动、过度膨胀的抑制以及微膨胀的维持方法。结果表明，在ｐＨ７．０～８．０，温度（２３±０．５）℃时，连续进水和单纯设置好氧段可以快速启动低氧丝状菌污泥膨胀。减少好氧时间和设置前置缺（厌）氧段可以有效地抑制丝状菌繁殖。微膨胀启动成功后，根据反应条件及处理要求的改变及时调整ＳＢＲ运行方式，可将系统稳定地维持在微膨胀状态。低氧微膨胀状态下处理实际生活污水，出水氨氮浓度、磷浓度和悬浮物浓度（ＳＳ）可分别控制在４．５ｍｇ·Ｌ－１、０．２ｍｇ·Ｌ－１和５．０ｍｇ·Ｌ－１以下。每周期中联合利用ＤＯ、ｐＨ等在线参数可以实时了解系统生化反应的进程。关键词：低溶解氧；ＳＢＲ工艺；污泥微膨胀；脱氮除磷中图分类号：Ｘ７０３．１　　　　　　文献标识码：Ａ文章编号：０４３８－１１５７（２０１０）０６－１５３４－０６犉犲犪狊犻犫犻犾犻狋狔狊狋狌犱狔狅狀犾犻犿犻狋犲犱犫狌犾犽犻狀犵狅犳狊犾狌犱犵犲犮狅狀狋犪犻狀犻狀犵犳犻犾犪犿犲狀狋狅狌狊犫犪犮狋犲狉犻犪狑犻狋犺犾狅狑犱犻狊狊狅犾狏犲犱狅狓狔犵犲狀犻狀犛犅犚犘犈犖犌犣犺犪狅狓狌１，犘犈犖犌犢狅狀犵狕犺犲狀１，２，犌犝犐犔犻犼狌犪狀１，犔犐犝犡狌犾犻犪狀犵１，犡犝犈犙犻狀犵１（１犛犮犺狅狅犾狅犳犕狌狀犻犮犻狆犪犾犪狀犱犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犎犪狉犫犻狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犎犪狉犫犻狀１５００９０，犎犲犻犾狅狀犵犼犻犪狀犵，犆犺犻狀犪；２犆狅犾犾犲犵犲狅犳犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪狀犱犈狀犲狉犵狔犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犅犲犻犼犻狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００２２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｓｔｌｉｍｉｔｅｄｂｕｌｋｉｎｇｏｆｓｌｕｄｇｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂａｃｔｅｒｉａｉｎｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｂａｔｃｈｒｅａｃｔｏｒ（ＳＢＲ），ｔｈｅｓｔａｒｔｏｆｓｌｕｄｇｅｂｕｌｋｉｎｇ，ｔｈｅｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｂｕｌｋｉｎｇａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｌｉｍｉｔｅｄｂｕｌｋｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｔｅｓｔｕｓｉｎｇａｃｔｕａｌｄｏｍｅｓｔｉｃｓｅｗａｇｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｗｈｅｎｐＨｉｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ７．０—８．０ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（２３±０．５）℃，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｔｅｒｆｅｅｄｉｎｇａｎｄｓｉｍｐｌｅａｅｒｏｂｉｃｓｅｇｍｅｎｔｃａｎｓｅｔｕｐｑｕｉｃｋｌａｕｃｈｈｉｐｏｘｉｃｓｌｕｄｇｅｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂｕｌｋｉｎｇ．Ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｉｍｅｏｆｓｕｐｐｌｙｉｎｇｏｘｙｇｅｎａｎｄｐｒｅｓｅｔａｎａｅｒｏｂｉｃｐｈａｓｅｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｈｉｂｉｔｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓｂａｃｔｅｒｉａ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｏｆｌｉｍｉｔｅｄｂｕｌｋｉｎｇｓｔａｒｔｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｏｕｌｄｂｅｋｅｐｔｓｔｅａｄｉｌｙａｔｌｉｍｉｔｅｄｂｕｌｋｉｎｇｓｔａｔｅｂｙｔｉｍｅｌｙａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆＳＢＲ，ｂａｓｅｄｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｈａｎｄｌｉｎｇａｃｔｕａｌｄｏｍｅｓｔｉｃｗａｓｔｅｗａｔｅｒｕｎｄｅｒｈｉｐｏｘｉｃｌｉｍｉｔｅｄｂｕｌｋｉｎｇｓｔａｔｅ，ｔｈｅｅｆｆｌｕｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＮＨ＋４Ｎ，ＰＯ３－４ＰａｎｄＳＳｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙａｔ４．５ｍｇ·Ｌ－１，０．２ｍｇ·Ｌ－１ａｎｄ５．０ｍｇ·Ｌ－１ｂｅｌｏｗ．ＴｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｅａｃｈｃｙｃｌｅｃａｎｂｅｒｅａｌｔｉｍｅｕｎｄｅｒｓｔｏｏｄｆｒｏｍｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｏｎｌｉｎｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｌｉｋｅｐＨ，ＤＯａｎｄｓｏｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌｏｗｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎ；ＳＢＲｐｒｏｃｅｓｓ；ｓｌｕｄｇｅｌｉｍｉｔｅｄｂｕｌｋｉｎｇ；ｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓｒｅｍｏｖａｌ　　２００９－１１－１７收到初稿，２０１０－０１－１３收到修改稿。联系人：彭永臻。第一作者：彭赵旭（１９８３—），男，博士研究生。基金项目：新加坡环境与水工业协会创新发展项目（ＥＤＢＳ０７／１５３９７４０９２）；“城市水资源与水环境国家重点实验室”开放基金项目（ＱＡＫ２００８０２）。　　　犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲：２００９－１１－１７．犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉：Ｐｒｏｆ．ＰＥＮＧＹｏｎｇｚｈｅｎ，[e-mail]犉狅狌狀犱犪狋犻狅狀犻狋犲犿：ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＷａｔｅｒＩｎｄｕｓｔｒｙ（ＥＷＩ）ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＳｃｈｅｍｅｏｆＳｉｎｇａｐｏｒｅ（ＥＤＢＳ０７／１５３９７４０９２）；ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｒｂａｎＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ＨＩＴ）（ＱＡＫ２００８０２）．　引　言活性污泥法是当前我国污水处理厂所普遍采用的方法，其构造简单、运行管理方便，但是一直饱受污泥膨胀的困扰。迄今为止，国内外关于污泥膨胀的研究多集中于控制、预防及其产生机理上［１３］。本课题组在长期研究污泥膨胀预防与控制的过程中，发现由低溶解氧引发的丝状菌污泥膨胀，并没有导致污泥流失，而且在改善出水水质的同时还节省大量曝气能耗。本文称其为低溶解氧丝状菌污泥微膨胀［４］，目前关于微膨胀的研究正处于起步阶段，尚需要大量试验的验证。王淑莹等［５］用缺氧／好氧工艺（ＡＯ）处理实际生活污水，发现溶解氧浓度控制在０．５～０．７ｍｇ·Ｌ－１，微膨胀可长期维持稳定。郭建华等［６］在ＡＯ反应器中成功验证了低氧微膨胀节能理论与方法。彭赵旭等［７］则实现了低氧微膨胀和短程硝化的耦合。污泥膨胀发生突然［８］，危害极大，尤其在连续流系统中，会造成污泥短期内大量流失，但是间歇式系统因其高初始底物浓度，具有抑制污泥膨胀的先天优势。并且操作灵活，可根据沉降性的需要采用不同的运行方式，若能启动微膨胀会是应用低氧微膨胀的理想反应器。本试验拟通过在ＳＢＲ中采用实际生活污水为处理对象，来验证低溶解氧污泥微膨胀节能方法的可行性，旨在为该方法的广泛应用提供试验基础。１　材料与方法１１　试验用水来源和水质为了使所得结果能更好地指导实际生产，采用实际生活污水进行试验。生活污水取自哈尔滨工业大学二校区家属区，不加任何化学药剂调节水质，具体组分详见表１。每天打来的污水先贮存到水箱内，之后再用蠕动泵打入反应器，每天清理贮水箱，以防止微生物的生长。１２　试验装置和方法试验装置见图１。ＳＢＲ反应器由有机玻璃制成，上部为圆柱形，下部为圆锥体，高为７００ｍｍ，直径为２００ｍｍ，总有效容积为１２Ｌ。在反应器壁的垂直方向设置一排间隔为１０ｃｍ的取样口，用于取样和排水。底部设有放空管，用于放空和排泥。以曝气砂头作为微孔曝气器，由转子流量计调节曝气量。每周期由进水、搅拌、曝气、沉表１　废水水质犜犪犫犾犲１　犠犪狋犲狉狇狌犪犾犻狋狔狅犳狑犪狊狋犲狑犪狋犲狉ＷａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｉｎｄｅｘＲａｎｇｅ／ｍｇ·Ｌ－１Ｍｅａｎｖａｌｕｅ／ｍｇ·Ｌ－１ＣＯＤ３０６．８１—４３１．６８３７２．３１ＮＨ＋４Ｎ４７．７７—６４．７５５７．５２ＮＯ－２Ｎ０—０．８７０．２４ＮＯ－３Ｎ０—１．５７０．６４ＰＯ３－４Ｐ３．９４—４．７６４．４５ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ（ａｓＣａＣＯ３）２８７—４１８３７３淀、排水和闲置几部分组成（各部分时间依反应阶段而定）。每周期曝气末段排放一定体积的泥水混合液，以维持混合液悬浮固体浓度（ＭＬＳＳ）的稳定。活性污泥取自哈尔滨文昌污水处理厂（ＡＯ工艺）的曝气池，污泥容积指数（ＳＶＩ）在１５０ｍｌ·ｇ－１左右，具有良好的脱氮除碳能力，接种到ＳＢＲ反应器后开始试验。试验共分３个阶段，分别为污泥微膨胀的启动、过度膨胀的抑制以及污泥微膨胀的维持，具体运行方式详见表２。图１　试验装置Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｑｕｉｐｍｅｎｔ１—ＤＯｍｅｔｅｒ；２—ｐＨｍｅｔｅｒ；３—ｓｐｅｅｄｒｅｇｕｌａｔｏｒ；４—ＤＯｐｒｏｂｅ；５—ｐＨｐｒｏｂｅ；６—ＯＲＰｐｒｏｂｅ；７—ｓａｍｐｌｉｎｇｐｌａｃｅ；８—ＯＲＰｍｅｔｅｒ；９—ｒｏｔａｍｅｔｅｒ；１０—ａｅｒａｔｉｏｎｐｕｍｐ；１１—ａｅｒａｔｉｏｎｊｏｉｎｔ；１２—ｈｅａｔｉｎｇｒｏｄ；１３—ｐｕｒｇｅｖａｌｖｅ；１４—ｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ；１５—ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃｐｕｍｐ　１３　检测分析项目ＣＯＤ、ＮＨ＋４Ｎ、ＮＯ－２Ｎ、ＮＯ－３Ｎ、ＰＯ４３－Ｐ、ＳＶ、ＳＶＩ、ＭＬＳＳ和ＭＬＶＳＳ等均采用国家标准方法测定［９］；水样经过孔径０．４５μｍ滤纸过滤后迅速放到４℃冰箱内保存，并在３ｈ内测定；污泥絮体结构用ＯＬＹＰＵＳＢＸ５１显微镜观察，ＤＯ、ｐＨ、ＯＲＰ和温度用ＷＴＷ３４０ｉ溶解氧仪在线检测。·５３５１·　第６期　　彭赵旭等：低溶解氧丝状菌污泥微膨胀在ＳＢＲ中的可行性表２　不同试验阶段的运行模式犜犪犫犾犲２　犗狆犲狉犪狋犻狅狀犿狅犱犲犾狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾狊狋犪犵犲狊ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｈａｓｅＩｎｆｌｕｅｎｔｍｏｄｅｓＩｎｆｌｕｅｎｔｖｏｌｕｍｅ／ＬＡｎｏｘｉｃｔｉｍｅ／ｈＡｅｒｏｂｉｃｔｉｍｅ／ｈＯｔｈｅｒｔｉｍｅ／ｈＨＲＴ／ｈＳＲＴ／ｄｓｅｔｕｐｉｍｐｕｌｓｅｆｅｅｄ３０２．５３．５１０１２．５ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｉｍｐｕｌｓｅｆｅｅｄ３０．５２３．５１０１２．５ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｅｅｄ３０．５２３．５１０１２．５２　结果与讨论２１　试验过程中污泥沉降性的调控２．１．１　污泥膨胀的启动　间歇式系统具有初始底物浓度高、反应过程中底物浓度梯度变化明显等抑制污泥膨胀的先天优势，实际工程中常当作选择器使用。传统理论认为，低溶解氧［１０］、低负荷［１１］等都易引起污泥膨胀。另外，絮状菌在高底物浓度下相对丝状菌具有更强的底物贮存能力。在低底物浓度条件下，污泥絮体容易长成中空状或丝状［１２］。绝大多数丝状菌都是好氧菌（例如常见的犕．狆犪狉狏犻犮犲犾犾犪）［１３］。综合考虑以上因素，在膨胀启动阶段制定了连续进水、完全好氧的运行策略，尽最大可能地创造适合丝状菌生长的条件，以实现膨胀的短期启动。运行结果如图２所示，按照上述方法运行后，接种污泥的沉降性立刻呈现恶化趋势，污泥容积指数（ＳＶＩ）逐渐上升。在第１０周期左右，ＳＶＩ从１８０ｍｌ·ｇ－１骤增到２５０ｍｌ·ｇ－１，之后上升速率又趋于平稳。有趣的是，发现沉降性在恶化过程中存在突越现象（犪点所示），这正是实际工程中污泥膨胀发生突然的原因所在。Ｓｃｈｕｌｅｒ等［１４］指出污泥絮体中丝状菌含量和ＳＶＩ并不存在线性关系，本试验也验证了这一点，发现ＳＶＩ突跃值在１８０ｍｌ·ｇ－１。一般将１５０ｍｌ·ｇ－１定义为污泥膨胀的发生值，在实际运行中当ＳＶＩ达到这个数值时就应该引起注意了，否则再继续上升就容易出现突然恶化，导致污泥大量流失。