SBR法培养好氧颗粒污泥及其处理废水性能研究

化　学　化　工　广西民族大学学报(自然科学版)第16卷第3期　　　　　　　　JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIESVol.16No.32010年9月(NaturalScienceEdition)　　　　　　　　　　　　　　　　　Sep.2010SBR法培养好氧颗粒污泥及其处理废水性能研究＊蓝丽红1,2,蓝　平1,谢　涛1,廖安平1(1.广西民族大学化学与生态工程学院,广西南宁　530006;2.广西大学化学与化工学院,广西南宁　530004)摘　要:好氧颗粒污泥是目前水污染处理领域研究的一个热点.该文利用自制的SBR反应器培养好氧颗粒污泥,对好氧污泥颗粒化的过程及其性能进行研究和表征.用粗盐改变废水的表面张力,用活性炭改变废水的固含率,在人工模拟废水和餐饮废水体系中比较好氧颗粒污泥和絮状污泥对废水COD的去除率.实验结果表明:成熟好氧颗粒污泥性能良好,沉降速度快,对污染物的去除能力较强,其各项理化指标均优于普通活性污泥.在相同的实验条件下,好氧颗粒污泥COD去除率高于传统的絮状污泥.关键词:SBR反应器;氧传递;COD去除率;好氧颗粒污泥中图分类号:X132　文献标识码:A文章编号:1673-8462(2010)03-0080-050　引言当今水体污染和水资源短缺问题加剧,水污染处理技术的应用也日益广泛,各种物理的、化学的和生物的处理技术[1-6]都相应的应用在水污染处理上,并且都表现出优良的性能.好氧颗粒污泥具有良好的沉降性能、结构密实、启动期短、可常温运行、有效处理高浓度有机废水、较强的脱氮除磷能力等优点[7].因此,对好氧颗粒污泥成为近年来活性污泥处理技术研究热点.大部分的文献[8-15]主要是从好氧颗粒污泥的性质、影响其形成的因素及其应用的范围去研究.影响好氧活性污泥培养及其处理废水效果的一个主要因素就是氧的传递问题,曝气过程所需的能耗大约占整个污水处理厂能耗的60%～80%[16],因此降低曝气过程的能耗是研究降低能耗的关键过程.本文利用自制的SBR反应器陪养好氧颗粒污泥,对好氧污泥颗粒化的过程及其性能进行研究和表征.以提高氧传递速率为目的,用粗盐改变废水的表面张力,用活性炭改变废水的固含率,在清水体系中采用亚硫酸钠模拟生物耗氧,测定不同条件下的耗氧速率,探导出最佳粗盐和一定粒径的活性炭掺量.最后在处理餐饮废水中比较好氧颗粒污泥和原始絮状污泥的COD去除率,旨在为好氧颗粒污泥用于污水处理如何强化氧传递提供参考.80＊收稿日期:2010-08-13.基金项目:广西青年科学基金资助项目(桂科青0542019);广西科学研究与技术开发计划课题(桂科能0992928-13).作者简介:蓝丽红(1972-),女(瑶族),广西宜州人,广西民族大学化学与生态工程学院讲师,主要研究方向:反应动力学与废水生化处理研究.DOI:10.16177/j.cnki.gxmzzk.2010.03.012化　学　化　工　1　实验部分1.1　仪器与试剂60LSBR反应器(自制)、无油气体压缩机、LZB-6玻璃转子流量计、WMX-微波密封消解COD速测仪、BZY-2全自动表面张力仪、XS-213摄影生物显微镜、HI9143溶氧仪、SC1OO溶解氧在线分析系统等.本实验用到的氮气(纯度为99.99%),其余的化学试剂均为分析纯(AR纯),主要有亚硫酸钠、硫酸铜、硫代硫酸钠、碘化钾、浓硫酸、盐酸、氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钾、硫酸亚铁氨、重铬酸钾、无水碳酸钠、氯化铵、硫酸银、葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨、可溶性淀粉、碘、亚铁灵指示剂等.真实废水取自广西民族大学校园食堂排污口.1.2　实验方法1.2.1　实验装置图本实验装置由内径为20cm,高120cm有机玻璃圆柱SBR反应器,WM-无油气体压缩机,HI9143溶氧仪和LZB-6玻璃转子流量计组成.详见图1.图1　实验用SBR装置图1—溶解氧仪;2—溶解氧探头;3—出水阀;4—可变微孔曝气器;5—空气流量计;6—气体压缩机1.2.2　好氧颗粒污泥的培养本实验接种污泥取自广西南宁琅东污水处理厂二沉池,采用自制的SBR间歇式反应器人工换水方式驯化活性污泥,每天加人工模拟城市生活污水两次,其中每次加水1L,出水1L,沉淀时间为15～20分钟,室内温度在20℃～25℃之间,表面气流速度约4.0cm/s,共运行61天时间.人工模拟城市生活污水配制按表1组成配制.表1　模拟城市废水组成药品名称葡萄糖蛋白胨牛肉膏氯化铵硫酸亚铁氯化钙硫酸镁磷酸二氢钾微量元素用量(mg/L)1000150100200201001515少许1.2.3　清水中氧传递速率实验步骤向曝气池中加入自来水至水深为94cm,启动曝气系统,调节曝气量为100L/h,使自来水中的溶解氧达到饱和值,用从溶解氧仪上读出饱和溶解氧CS.再向曝气池中通入氮气驱氧,直到溶氧仪的读数为零.采用亚硫酸钠模拟生物耗氧(2Na2SO3+O2=2Na2SO4),在清水中投放物质的量为0.08mol的无水亚硫酸钠,并用硫酸铜溶液做催化剂,每隔2min读取溶氧仪的读数,测出空白样的氧传递速率.按以上方法分别考察在清水中加入粗盐、不同粒径活性炭及两者同时加入时对氧传递速率的影响.1.3　分析项目及其方法活性污泥的浓度(MLSS)、污泥指数(SVI)、污泥的沉降速度的测定方法采用国标法[17].污泥耗氧速率的测定方法参照文献[18],好氧颗粒污泥粒污泥的粒径分布测定利用标准筛分法[19].COD的测定采用微波密封消解COD快速测定仪测定.2　结果及讨论2.1　污泥颗粒的形态变化在培养1、3、5、7、9周后取出污泥在XS-213摄影生物显微镜下观察,其形态变化如图2所示.驯化前,活性污泥结构松散,呈絮状(见图2A0).运行1周后,开始有细小的同心圆形颗粒状污泥生成(见图2A1),污泥的颜色为黄褐色,在絮体间有大量的微小蝌蚪状微生物迅速的游动,也伴有一些线形支虫的游动,呈现出很强的生命力;在微生物种群的相互竞争下,絮状体开始向颗粒化转化,接下来的几周,污泥颗粒越来越多,并且颗粒污泥不断长大,沉降性能继续改善(见图2B～D);而微生物的种类及数量一开始几周基本保持不变,到后面几周逐渐减少,游动速度减缓;到第七周时,反应器内以沉降性能较好的絮状和部分的颗粒污泥为主,反应器在运行9周后就基本上完成了颗粒化(见图2E),这些颗粒为黄褐色,大部分为圆形,表面光滑,具有良好的沉降性能,最大粒径达到2.5mm.颗粒表面和周围存在许多游动的原生物、后生动物,附着生长的大量钟虫,就是这些微生物利用其长柄生长到颗粒周围的空间,并不停地吞噬细菌和固体食物颗粒.812010年第3期　　　　　○蓝丽红,蓝　平,谢　涛,等SBR法培养好氧颗粒污泥及其处理废水性能研究化　学　化　工　　A0原始活性污泥(100倍)　　　　A1驯化一周(100倍)　　B100驯化三周(100倍)　　　　　B200驯化三周(200倍)　　C100驯化五周(100倍)　　　　　C200驯化五周(200倍)　　D100驯化七周(100倍)　　　　　D200驯化七周(200倍)E200驯化九周(200倍)图2　污泥形态变化2.2　污泥颗粒的粒径分布污泥在曝气池中培养第3、5周时,采用标准筛分法对曝气池内污泥进行粒度分析,结果如图3.实验在运行一周后,曝气池中已经出现了颗粒污泥,随着运行时间的延长,污泥颗粒逐渐增大,到了第3周的时候已经有一些颗粒污泥的粒径达到1.0～1.5mm之间,再运行到第5周,污泥颗粒普遍在长大,有一部分已经达到了1.5～2.0之间.由图3显示出来的趋势,可以看到污泥颗粒是随着培养时间的增长而增大.其原因是微生物在有充足的氧气和营养底物的条件下,微生物细胞生长繁殖速度快,产生大量的新生细胞,由于微生物活性强,分泌大量黏性胞外聚合物,与已经形成的小颗粒附着生长,故相应的污泥颗粒增长速度较大,其颗粒粒径也较大.图3　好氧颗粒污泥的粒径分布2.3　污泥颗粒的耗氧速率变化曲线定期取出曝气池中的活性污泥测定其耗氧速率,所测得结果如图4所示.图4　耗氧速率变化曲线从图4中看出,曝气池运行前3周,耗氧速率迅速增大,这一阶段正是活性污泥颗粒不断形成的时段.反应器运行6周以后,随着污泥颗粒的增大,耗氧速率的变化趋于平缓.这说明颗粒在成长过程中,随着反应器内的污泥的体积数量的增大,微生物的种类和数量也越来越多,其活性也越来越强,所以耗氧速率也越来越大、当微生物的数量和种类趋于稳定的时82广西民族大学学报(自然科学版)　　　　　　　2010年9月　第16卷化　学　化　工　候,颗粒污泥也趋于稳定成熟.此时对氧气的需求变化也相对稳定,对污染物的去除效果也是趋于稳定.但从总体数值上看,耗氧速率的数值偏低,也说明了活性污泥负荷偏低,这需要进一步的研究[18].2.4　好氧颗粒污泥与原始污泥性能的比较SVI值能较好的反应活性污泥的沉降性能、松散程度和凝聚程度.SVI过低,说明污泥颗粒细小紧密,无机物多,缺乏活性和吸附能力;SVI值过高,说明污泥分离困难,并且使回流污泥的浓度降低,甚至出现“污泥膨胀”,导致污泥流失等后果.一般认为,生活污水的SVI100时沉降性能良好;SVI在100～200时,沉降性能一般;SVI200时,沉降性能不好,会出现污泥膨胀.从表2可以看到活性污泥在培养之后,沉降性能有了很大的改善,因为污泥的颗粒化,使得污泥泥水分离更容易.耗氧速率(OURw)评价污泥微生物代谢活动的一个重要指标,它可以反映进水特性的变化以及污泥性质,其次耗氧速率的测定用于污水处理厂的现场监控显示出良好的效果[20,21].从表2可以看到活性污泥在培养前耗氧速率偏低,微生物活性较弱,培养过后,污泥颗粒化,耗氧速率也达到一个较高的稳定值,说明相比培养前,微生物的活性增大了很多,降解有机物的活动也会相应比培养前的污泥速率要快.从表2还可以看到好氧颗粒污泥的浓度,沉降速度和密度都要比原始污泥的要大,在一定程度上反映了好氧颗粒污泥的各项理化指标均比原始污泥的要好,更适用于处理废水.表2　原始污泥及好氧颗粒污泥特性比较性能指标MLSSg/LSVIMl/g沉降速度m/h密度g/L耗氧速率Mg/.(g/h)原始污泥4.980140.5614.3677.830.1189好氧颗粒污泥10.17479.6118.3399.320.27742.5　水中溶解氧随粗盐浓度的变化曲线在水深为94cm,曝气量为100h/L的水中加入0.08mol亚硫酸钠的情况下,分别考察不同粗盐浓度体系中的氧消耗速率,作出它们溶解氧浓度随时间变化作曲线图,结果如图5所示.从图5可以看出,在相同的时刻下3%浓度的粗盐的溶解氧均比1%、2%、4%、5%的要大.由此得出浓度为3%的粗盐下氧传递效果最佳.原因可能是由于粗盐的存在增大废水体系的表面张力,根据双膜理论可知,表面张力增大有利于增大气膜传质系数,有利于曝气池内氧传递的进行.图5　不同浓度的粗盐溶液于不同时刻溶解氧的浓度2.6　不同粒径的活性炭对氧传递速率的影响固定清水中的粗盐量为3%,分别投入等量的不同粒径活性炭,做出溶解氧浓度随时间的变化曲线,如图6所示.从图6中看出在0～15分钟内,溶解氧浓度变化不是很大,这表明硫代硫酸钠与体系中的溶解氧反应,消耗了体系中的溶解氧.当活性炭粒径在40～100之间时,活性炭的粒径越小,氧传递速率越大,但目数大于100目时,氧传递速率的开始有所减小,因此选择100目的活性碳作为最佳的活性碳粒径.图6　不同活性炭颗粒水中溶解氧随曝气时间变化活性碳具有吸附作用,它在体系中的存在可以增加氧气停留在体系的时间,有利于氧气传递的进行.2.7　两种污泥处理人工模拟废水和生活污水时COD的去除率用原始污泥和颗粒污泥处理人工模拟生活废水832010年第3期　　　　　○蓝丽红,蓝　平,谢　涛,等SBR法培养好氧颗粒污泥及其处理废水性能研究化　学　化　工　及真实生活废水,两者的平均COD值分别为1000和800,考察它们在不同条件下COD去除率.表3中(1)～(12)的测试体系均配制成