AO系统中不同缺氧好氧体积比对活性污泥沉降性能的影响王杰

中国环境科学2016,36(2)：443~452ChinaEnvironmentalScienceA/O系统中不同缺氧/好氧体积比对活性污泥沉降性能的影响王杰,薛同来,彭永臻*,杨雄,王淑莹,张健伟(北京工业大学,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京市污水脱氮除磷处理与过程控制工程技术研究中心,北京100124)摘要：为探究A/O系统中不同的缺氧与好氧体积比与活性污泥沉降性能的关系,以实际生活污水为进水水质,考察了不同的A/O比(2/6,4/4,6/2)对污泥沉降性能和丝状菌生长的影响.结果表明,当A/O比为2/6时,系统能够维持良好的沉降性能,优势丝状菌为Type0041;当A/O比为4/4时,系统的沉降性能恶化,SVI最高达到357mL/g,优势丝状菌为Type0041,Type1701;当A/O比为6/2时,系统发生了微膨胀现象并实现了稳定的短程硝化反硝化,优势丝状菌为Thiothrix.nivea.可见不同的A/O比对活性污泥沉降性能影响较大,同时污泥胞内胞外贮存特性及系统的脱氮除磷性能也受到严重影响.关键词：污泥沉降性能；A/O比；丝状菌；污泥膨胀；SVI；PHA；EPS中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1000-6923(2016)02-0443-10Effectofdifferentanoxic/aerobicvolumeratioonactivatedsludgesettleabilityinA/Osystem.WANGJie,XUETong-lai,PENGYong-zhen*,YANGXiong,WANGShu-ying,ZHANGJian-wei(EngineeringResearchCenterofBeijing,KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China).ChinaEnvironmentalScience,2016,36(2)：443~452Abstract：InordertorevealthecorelationsofA/Oratioandsludgesettleability,theeffectofdifferentvolumeratio(2/6,4/4,6/2)onactivatedsludgesettleabilityandcommunityoffilamentousfunguswasinvestigatedwithdomesticwastewaterasinfluentduringlong-termoperation.TheresulsshowedthatgoodsettleabilityofsystemwasmaintainedwhenA/Oratiowas2/6,andthedominantfilamentousbacteriawasType0041.WhenA/Oratiowasincreasedto4/4thesystemoccurredbulkingsludgewithSVIupto357mL/g,andthedominantfilamentousbacteriawereType0041,Type1701.WhenA/Oratioof6/2wasadopted,thesystemoccurredslightlybulkingsludgeandrealisedstableshortcutnitrificationanddenitrification.SodifferentA/Oratiohadgreatinfluenceonactivatedsludgesettleability,atthesametimetheintracellularandextracellularstoragecharacteristicsofactivatedsludgeanddenitrificationandphosphorusremovalperformanceofthesystemwerealsoseverelyaffected.Keywords：sludgesettleability；A/Oratio；filamentousbacteria；sludgebuliking；SVI；PHA；EPS活性污泥工艺中的A/O工艺是目前应用最广泛的污水处理工艺之一,而污泥膨胀问题在该工艺中时常暴发,严重影响污水处理厂的稳定运行.污水处理厂绝大部分的污泥膨胀问题都是由于采用不合理的运行条件引发丝状菌过量生长所致[1-2],所以研究导致丝状菌过量生长的运行条件能够有效地从根源上预防和控制污泥膨胀的发生,从而维持污水处理厂的长期稳定运行.近年来的研究证实,污泥泥龄(SRT),水力停留时间(HRT),污泥负荷(F/M)等的差异对丝状菌的选择作用及污泥的沉降性能均有较大影响[3-4].但实际污水处理厂缺氧池和好氧池的不同体积比与污泥膨胀的关系并未得到详细探究.事实上,实际污水处理厂都有缺氧池和好氧池,A/O比的不同会直接影响污水处理厂的出水水质,进而影响污水处理厂的处理效果[5-6].同时缺氧池和好氧池体积比的差异必然会导致不同的微生物对有机底物的竞争及微生物胞内胞外贮存物的差异,活收稿日期：2015-07-15基金项目：“十二五”国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07302002-06);北京市教委资助项目(2012)*责任作者,教授,[e-mail]444中国环境科学36卷性污泥的絮凝状态和丝状菌种群结构也将随之发生变化,污泥膨胀问题就有可能发生.所以在A/O工艺中A/O比这项参数至关重要.鉴于目前这方面的研究少见报道,且已有的研究主要考察了不同的A/O分区对污水水质处理效果的影响,例如,王振国[5]探究了不同缺/好氧体积比对A2O工艺脱氮除磷性能的影响,曹贵华[6]考察了体积比对分段进水工艺处理低浓度废水性能的影响,郭昌梓[7]研究了生物选择器的体积比对氧化沟运行效果的影响研究.很少有文献对不同A/O比引发的污泥沉降性能和丝状菌种群结构的差异进行系统探究.本研究在实验室条件下的A/O工艺中,以实际生活污水作进水水质,考察了不同的A/O比对活性污泥沉降性能及丝状菌种群结构的长期影响,并对微生物胞内胞外贮存物的特性进行分析,其结果有助于污泥膨胀理论体系的完善,也可为污水处理厂的工艺设计提供直接参考和借鉴,具有重要的研究意义.1材料和方法1.1试验装置及运行方式A/O装置如图1所示.整套装置由有机玻璃制成,生化池有效容积为79.2L,二沉池有效容积为37.2L,进水箱容积为198L.生化池分为8个格室,通过移动格室挡板,增减搅拌装置及曝气装置来调整缺氧池和好氧池的体积比.运行过程中缺氧池采用IKAREO型电动搅拌器使系统混合均匀,好氧池采用鼓风曝气充氧,通过流量计来调整曝气量的大小,以维持好氧池溶解氧(DO)浓度在(2.5±0.2)mg/L.通过加热棒使系统温度维持在(25±1).℃进水流量设定为9.9L/h,以维持8h的水力停留时间(HRT);每天从好氧区最后一格排出5.28L的泥水混合物,以维持生化池15d左右的污泥龄(SRT),污泥回流比和硝化液回流比分别为100%和150%.混合液悬浮固体浓度维持在2000~3000mg/L.试验分为三个阶段,阶段,Ⅰ阶段Ⅱ和阶段Ⅲ的A/O比分别为2/6,4/4和6/2,以考察这三种条件下活性污泥的沉降性能及丝状菌种群结构的变化.各阶段活性污泥的特性不同.若某一阶段发生污泥膨胀现象,则需要在下一阶段运行之前增设污泥沉降性能恢复期.因此,各阶段的运行时间间隔随着试验的推进而变化.11011361474952138161512图1A/O试验装置示意Fig.1Set-updiagramofA/Oreactor1—进水箱;2—蠕动泵;3—缺氧池;4—好氧池;5—搅拌器;6—流量计;7—鼓风机;8—电源;9—二沉池;10—出水;11—剩余污泥;12—阀门;13—污泥回流;14—硝化液回流;15—曝气头;16—加热棒1.2试验水质及接种污泥采用学校附近某小区的实际生活污水为进水水质,其水质情况如表1所示.试验过程中每天14:30从小区化粪池取水,贮满水箱备用.每天测定进水COD和氨氮浓度,并通过物料衡算向水箱中投加一定量的乙酸钠,以维持进水的C/N比在5:1左右.污泥取自北京市高碑店污水处理厂A2O系统的二沉池剩余污泥,该污泥具有良2期王杰等：A/O系统中不同缺氧/好氧体积比对活性污泥沉降性能的影响445好的脱氮除磷能力和沉降性能,SVI值在100mL/g左右.表1进水水质Table1Characteristicofinfluent水质指标COD(mg/L)NH4+-N(mg/L)NO2--N(mg/L)NO3--N(mg/L)C/NpH值范围200~32042.1~70.50~0.50~2.03.3~5.67.6~8.31.3检测指标及分析方法试验期间测定了污泥体积指数(SVI),混合液悬浮固体浓度(MLSS),混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS),化学需氧量(COD),NO2--N,PO43--P,胞外聚合物(EPS),聚-β-羟基烷酸酯(PHA)和糖原等指标.SVI,MLSS,MLVSS采用国家标准方法测定[7];COD,NH4+-N,NO2--N,NO3--N,PO43--P采用流动注射快速测定仪(QuickChem8500,Lachtinstrument,USA)测定;EPS采用阳离子交换树脂法[8]提取,以蛋白质,多糖和DNA之和计,其中蛋白质以牛血清蛋白作为标准物质,用修正的Lowry法测定,多糖以葡萄糖作为标准物质,用蒽酮法测定,DNA以小牛胸腺DNA作为标准物质,采用二苯胺法测定[9];污泥中的PHA测定前先用三氯甲烷和酸化甲醇在100℃条件下消解20h将微生物体内的PHA成分溶出,然后对有机相(三氯甲烷)中的PHA成分进行检测,PHA含量以聚-β-羟基丁酸(PHB)和聚-β-羟基戊酸(PHV)之和计[10],PHB和PHV采用Agilent6890N型气相色谱以及AgilentDB-1型气相色谱柱,按照Oehmen[11]改良后的方法操作;糖原采用蒽酮法[9]测定.活性污泥絮体形态,结构和丝状菌丰度(FI)用Olympus_BX61型显微镜在微分干涉100倍的放大倍数下进行观察,FI根据Eikelboom所编手册[12]中的方法判断.通过革兰氏染色,纳氏染色以及分子荧光原位杂交技术(FISH)对丝状菌菌种进行鉴定,所用到的FISH操作依据Amann等[13]所述的方法进行,FISH探针包括MPmix(包含MP60,MP223,MP645,针对Microthrixparvicella);TN1(针对Thiothrix.nivea);SNA23a(针对Sphaero-tilusNatans);HHY(针对Haliscomenobacterhydrossis);N1,N2,N3(均针对NostocoidaLimicola),所有探针序列的详细信息见参考文献[14].2结果与讨论2.1不同A/O比对活性污泥沉降性能的影响02040608010012014016018050100150200250300350400队段I阶段II′:A/O=2/6队段II:A/O=4/4队段III:A/O=6/2SVI(mL/g)时间(d)阶段I阶段II阶段III阶段II′图2不同A/O比下污泥沉降性能的变化情况Fig.2VariationsofSVIduringdifferentphases不同阶段系统中SVI的变化情况如图2所示.接种污泥的SVI约为100mL/g,污泥沉降性能良好(图3a).在阶段(0~45d)Ⅰ采用2/6的A/O比,由图2可以看出,A/O系统接种初期污泥的沉降性能出现了短暂的恶化现象,而继