Type0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现高春娣

1Type0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化中的实现高春娣1，安冉1，韩徽1，张娜1，任浩1，赵楠1，焦二龙1,2，彭永臻1（1.北京工业大学环境与能源工程学院，城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室，北京100124；2.北京排水集团，北京100037）摘要：为利用Type0092丝状菌不易引发污泥恶性膨胀的特点，本实验采用实际生活污水，以SBR反应器接种短程硝化污泥，考察了短程硝化状态下启动Type0092丝状菌污泥微膨胀的特性，研究了系统启动与维持期间的污泥沉降性能、亚硝酸盐积累率（NAR）、污染物去除特性以及污泥菌群结构变化情况。结果表明：控制DO为0.3~0.8mg·L-1，F/M（以COD/MLSS计）=0.24kg·(kg·d)-1，按照交替缺氧/好氧模式运行（单周期3次，缺氧:好氧=20min:60min），能够启动Type0092丝状菌污泥微膨胀与短程硝化耦合，系统SVI值维持在180mL·g-1左右，NAR一直维持在99%左右，COD和TN去除率能够分别提高约13%和5%，相较于传统全程硝化非微膨胀状态曝气量能节省约62.5%。当交替缺氧/好氧模式变为单周期交替6次，缺氧:好氧=10min:30min，亚硝酸盐氧化菌（NOB）的活性会恢复，使短程硝化被破坏；低溶解氧、交替缺氧/好氧、低负荷是实现Type0092丝状菌污泥微膨胀的关键因素，当负荷（以COD/MLSS计）大于0.25kg·(kg·d)-1时，仅靠低溶解氧和间歇曝气无法维持污泥微膨胀状态。关键词：节能；低溶解氧；缺好氧交替；Type0092丝状菌；污泥微膨胀；短程硝化中图分类号：文献标识码：A文章编号：0250-3301（2019）DOI:10.13227/j.hjkx.201901014RealizationofLimitedFilamentousBulkingwithType0092FilamentousBacteriaastheDominantFilamentousBacteriainShortcutNitrificationGAOChun-di1,ANRan1,HANHui1,ZHANGNa1,RENHao1,ZHAONan1,JIAOEr-long1,2,PENGYong-zhen1(1.NationalEngineeringLaboratoryforAdvancedMunicipalWastewaterTreatmentandReuseTechnology,CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China;2.BeijingDrainageGroupCO.,Ltd.,Beijing100037,China)Abstract：Type0092filamentousbacteriagenerallydoesnotresultinexcessivesludgebulking,inordertotakeadvantageofthisfeaturetheactualdomesticsewagewasusedtoinoculateshortcutnitrificationsludgewithsequencingbatchreactor(SBR)inthisexperiment.Sludgesettleability,nitriteaccumulationratio(NAR),pollutantremovalcharacteristicsanddynamicvariationofmicrobialcommunityduringthesystemstartupandmaintenancewereinvestigated.TheresultsindicatedthatLFBwithType0092filamentousbacteriacombinedwithshortcutnitrificationcouldbeachievedunderalternatinganoxicandaerobic(fourtimes/cycle;theratioofanoxic/aerobicwas20min/60min)withlowdissolvedoxygen(DO)(DO0.3-0.8mg·L-1)andlowratiooffood/microorganism(F/M)[0.24kg·(kg·d)-1，COD/MLSS].Theremovalrate收稿日期：2019-01-02；修订日期：2019-03-11基金项目：国家自然科学基金项目（51478012）；北京市科技重大专项(Z181100005318001)作者简介：高春娣（1973~），女，博士，教授，主要研究方向为城镇污水深度处理与资源化利用、丝状菌污泥膨胀机理与控制，E-mail:[e-mail]2019-03-2615:25:17(TN)couldincreaseof13%and5%respectivelywhenthevalueofsludgevolumeindex(SVI)andNARweremaintainedaround180mL·g-1and99%,and62.5%ofaerationconsumptionwassavedcomparedtogeneralwhole-runnitrification.Whentheratioofanoxic/aerobicchangedtobe10min/30minasalternatingtimesincreasedto6timespercycle,theactivityofnitriteoxidizingbacteria(NOB)wouldrecover,causingshortcutnitrificationtobedestroyed.Inaddition,lowDO,alternateanoxic/aerobicmodeandlowloadingratewerethekeyfactorsinachievingLFBwithType0092filamentousbacteriaasthedominantfilamentousbacteria，andthelimitedfilamentousbulkingcannotbekeptjustbylowDOandalternatinganoxic/aerobicwhiletheloadingrateislargerthan0.25kg·(kg·d)-1，COD/MLSS.Keywords:energysaving;lowdissolvedoxygen;alternateanoxic/aerobicmode;Type0092filamentousbacteria;limitedfilamentousbulking;shortcutnitrification活性污泥法是目前世界上应用最广泛的污水处理工艺[1]，而污泥膨胀一直是活性污泥法污水处理厂运行管理的常见问题[2,3]。由于实际工程中出现了由低溶解氧引发的丝状菌污泥膨胀在控制得当的时候，不但不引发污泥流失，还提高了出水水质，同时大大节省了曝气能耗的情况，彭永臻[4,5]等提出了“低溶解氧污泥微膨胀节能理论”。另外许多研究表明，低溶解氧条件有利于实现短程硝化[6]，其相比全程硝化如可节约25%的曝气能耗。目前关于低溶解氧污泥微膨胀耦合短程硝化的研究已经有了一定成果，如：Guo等[7]在A/O反应器实现了微膨胀和短程硝化的耦合，并验证组合工艺可以实现更高的TN的去除率，彭赵旭等[8]通过人工配水在SBR反应器中也验证了短程硝化和污泥微膨胀耦合的可行性，但利用丝状菌生理学特性在短程硝化工艺中引发特定丝状菌污泥微膨胀的方法鲜有报道。现有的关于丝状菌生理学特性的报道指出，Type0092丝状菌是一类常出现在活性污泥处理系统中的绿弯菌门丝状菌，它一般隐藏在污泥菌胶团絮状体内部，不易引起污泥恶性膨胀[9-11]。有研究表明间歇曝气也有利于短程硝化的实现[12]，而Type0092丝状菌也适宜在间歇曝气的城市污水曝气池中[13]，由此可见，Type0092丝状菌污泥微膨胀和短程硝化工艺的耦合可能更易于启动和维持，因此本研究采用SBR反应器，接种短程硝化污泥，探究在低溶解氧缺好氧多次交替情况下Type0092丝状菌污泥微膨胀在短程硝化工艺中的启动情况，并考察耦合工艺的稳定性。1材料与方法1.1实验装置与运行方式本实验采用SBR反应器进行。实验装置如图1所示，SBR反应器有效体积为8L，是有机玻璃圆柱形装置，分别设有进水、排水、排泥口；反应器内安装搅拌器以提供充分的搅拌使混合液混匀，采用鼓风曝气方式以曝气盘为反应器供氧，通过配备的气体流量计控制系统的溶解氧浓度；采用加热棒维持恒定的系统温度；采用SBR法污水处理智能控制装置对系统的运行进行自动控制，通过不同的时间程序设定达到不同的运行效果。31.进水桶；2.蠕动泵；3.进水阀；4.排水阀；5.溢流阀；6.排泥阀；7.搅拌器；8.空压机；9.曝气盘；10.多参数仪器；11.pH探头；12.DO探头；13.控温加热棒图1SBR实验装置示意Fig.1SchematicdiagramsoflaboratoryexperimentalsetupSBRreactor本实验SBR反应器排水定比为50%，每周期进水量为4L，反应器运行分为2个阶段，共120d，每天均运行4个周期共480周期，具体运行参数见表1所示。表1实验运行方案Table1Operationstagesandexperimentalprocedure1.2实验水质和污泥来源本实验反应器接种活性污泥取自短程硝化中试排泥，该污泥沉降性能和活性均较好未发生污泥膨胀。本实验采用北京某高校家属区化粪池的生活污水为实验用水，该实际生活污水属于典型的低碳氮比污水，且水质随季节变化，实验过程中不进行碱度调节，水质情况如表2所示。表2进水水质Table2Characteristicsofthewastewater1.3常规分析项目及方法SV、SVI、MLSS、MLVSS、NH4+-N、NO3--N和NO2--N参照文献[14]测得。COD采用连华科技5B-3COD快速测定仪器测定。DO、pH和温度等采用WTWpH/Oxi3420型测定仪测定。1.4常规微生物学及FISH影像定性分析采用OlympusBX61荧光显微镜进行常规镜检及FISH影像分析，确定优势丝状菌。本实验所用FISH探针见表3。表3FISH分析中所用到的寡核苷酸探针项目周期运行方式温度/℃DO/mg·L-1污泥浓度/mg·L-1污泥COD负荷（以COD/MLSS计）/kg·(kg·d)-1阶段一1~300交替运行3次缺氧:好氧=20min:60min26±10.3~0.82500~40000.238±0.037阶段二301~480交替运行6次缺氧:好氧=10min:30min26±10.3~0.82500~40000.296±0.031项目pHCOD/mg·L-1NH4+-N/mg·L-1NO3--N/mg·L-1NO2--N/mg·L-1TN/mg·L-1PO43--P/mg·L-1范围6.9~7.860.2~373.226.1~91.80~3.60~2.127.6~93.62.3~7.24Table3OligonucleotideprobesusedinFISHanalysis目标细菌探针名称序列（5’-3’）标记位点荧光类型FA含量文献Type0092（variant1）CFX197TCCCGGAGCGCCTGAACT197-215CY340%[15]Type0092（v