不同污泥龄下腐殖土SBR工艺运行效果魏传银

魏传银，吴敏，朱睿.不同污泥龄下腐殖土SBR工艺运行效果[J].环境科学与技术，2018，41（6）：92-96.WeiChuanyin,WuMin,ZhuRui.EffectsofSRTonoperationefficiencyofhumussoil-SBRprocess[J].EnvironmentalScience&Technology，2018，41（6）：92-96.不同污泥龄下腐殖土SBR工艺运行效果魏传银1，吴敏2，朱睿3（1.深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳518172；2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；3.英勒斐特环境科技发展有限公司，上海200233）摘要：以模拟生活污水培养驯化污泥的小试规模腐殖土SBR工艺为研究对象，进行了污泥龄（SRT）为5、10和15d时对脱氮除磷的影响研究。结果表明，随着污泥龄的延长，SRT对COD的去除几乎没影响，COD去除率达90%~92%；TN去除率略有下降，但不同SRT下处理效果差别不大；TP的去除率逐渐提高，处理效果很好，出水浓度分别为0.84、0.42和0.37mg/L。该文试验条件下，以SRT为15d时系统脱氮除磷效果为最好。结果还表明，聚磷菌厌氧利用单位PHA释磷量及好氧利用单位PHA吸磷量在SRT为10d时达到最高，5d次之，15d最低。但聚磷量/吸磷量比值却是随着SRT延长而增加。聚糖菌利用PHA合成糖原量随着SRT延长逐渐减少。总的来说，聚糖菌在长泥龄中的比例是下降的，聚磷菌仍然占据优势。这有益于解决同步脱氮除磷中有关污泥龄的矛盾，从而有利于腐殖土SBR工艺系统的推广和应用。关键词：污泥龄；腐殖土；脱氮除磷；污水处理；SBR中图分类号：X703.1文献标志码：Adoi：10.19672/j.cnki.1003-6504.2018.06.016文章编号：1003-6504(2018)06-0092-05EffectsofSRTonOperationEfficiencyofHumusSoil-SBRProcessWEIChuanyin1,WUMin2,ZHURui3(1.ShenzhenChinaNuclearPowerEngineeringDesignCo.,Ltd,Shenzhen518172,China;2.StateKeyLaboratoryofPollutionControlandResourcesReuse,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;3.InnovatorEnvironmentalScienceandTechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Shanghai200233,China)Abstract:Thispaperdescribedabench-scaleexperimentofanaerobic-aerobicSBRprocessenhancedbyhumussoiltotreatsimulativedomesticwastewater,aimingtoinvestigatetheeffectsofsludgeretentiontime(SRT)onremovalofnitrogen(N)andphosphorus(P)fromthewastewater.TheexperimentsuggestedthattheincreaseofSRTscarcelyinfluencedCODre⁃movalwhichranged90%~92%,whileTNdecreasedfrom66.27%to60.83%,buttheremovalofTPincreased.NandPbothreachedbestremovalwhenSRTsetat15days.Inaddition,PAOs’PreleasecapacityandPAOs’PuptakecapacityperPHAutilizedreachedthepeakwhensetat10days,thelessatSRT5days,whilethelowestatSRT15days;glycogensynthesisca⁃pacityofGAOsperPHAutilizeddecreasedasprolonged;andtheproportionofGAOsdecreasedandPAOsyetwerethepre⁃dominantgermwhenSRTgotlonger.Inconclusion,theachievementoftheexperimentwasconducivetosolvethepresentcontradictionofremovingNandremovingPsimultaneouslyintermsofSRT,andtothepromotionoftheHS-SBRprocessaswell.Keywords:sludgeretentiontime;humussoil;nitrogenandphosphorusremoval;domesticwastewatertreatment;SBR《环境科学与技术》编辑部：（网址）（电话）027-87643502（电子信箱）[e-mail]收稿日期：2017-09-20；修回2017-11-30基金项目：上海市国际科技合作基金项目（062307039）作者简介：魏传银（1984-），男，工程师，硕士，从事废水处理及资源化研究，（电话）0411-82346229（电子信箱）[e-mail]。腐殖土活性污泥工艺是近几年在国内外发展起来的新工艺，是在活性污泥工艺的基础上增加了填充腐殖土填料的生物培养装置，用于改善活性污泥特性，提高处理效果的新型污水处理方法。国内外对腐殖土活性污泥工艺的脱氮除磷特性的试验研究，得出其是一种有效改善活性污泥脱氮除磷效果的方法[1~3]，但是仅对其处理效果等进行了对比研究。而对影响腐殖土活性污泥工艺的因素研究鲜见报道。污泥龄是影响活性污泥系统的重要因素。污泥龄影响系统中污泥的含磷量及剩余污泥的排放量，从而影响到系EnvironmentalScience&Technology第41卷第6期2018年6月Vol.41No.6Jun.2018第6期统的处理效果。本文将腐殖土与SBR工艺联用，研究污泥龄对腐殖土SBR工艺的影响及去污机理，从而确定腐殖土活性污泥工艺合适的污泥龄。1材料与方法1.1试验装置试验采用3组平行腐殖土SBR系统（HS-SBR），其由SBR反应器和腐殖土反应器（HBR）组成，工艺流程图见图1，反应器基本参数如表1所示。每个HBR反应器中填充8根腐殖土柱，每2根用铝网包裹挂在反应器壁上。反应器上设有搅拌器，使得HBR反应器中的溶解氧保持在0.5mg/L左右。反应器HS-SBRHBR尺寸/cm高：35直径：15高：30直径：10有效容积/L52表1反应器基本参数Table1Parametersofexperimentalequipment1.2试验用水、接种污泥和腐殖土试验采用人工模拟废水，考虑碳源也是影响除磷系统稳定的原因，参考相关文献[4，5]采用乙酸钠作为碳源，具体配方见表2，进水水质COD为400mg/L，TP为15mg/L，TN为28mg/L，NH4+-N为28mg/L，pH值为6.89~7.14；每1L进水中加入0.3mL的微量元素。污泥接种取自上海市某污水处理厂。腐殖土为直径约3cm、长度7cm的柱状体，主要理化性质见表3。物质NaAc·3H20NH4ClMgSO4·7H2O浓度/（mg·L-1）85017090物质NaH2PO4·2H2OCaCl2·2H2OKCl浓度/（mg·L-1）根据试验调整1436表2试验模拟废水配方Table2Componentsofsimulatingwastewater表3腐殖土理化指标Table3Physicalandchemicalpropertiesofhumussoil注：在20℃下，腐殖土粉末和去离子水按固液比1∶10混合，24h后测定pH值。含水率/%10pH4.0~5.5有机物含量/%≤32主要无机物含量/%SiO2≥50Fe2O3≤3Al2O3≤4.5CaO≤0.35MgO≤0.401.3分析项目试验中常规指标均按照国家标准方法测定[6，7]，糖原(Gly)采用蒽酮试剂法测定，聚烃基链烷酸(PHA)采用气相色谱法测定，pH测定采用304i（WTW）测定。1.4试验方法HS-SBR反应器按照厌氧/好氧方式运行。每天运行2个周期，每个周期12h，瞬时进水后开始1个周期，其中厌氧3h，好氧5h，沉淀2h，排水闲置2h。充水比为0.6，总有效容积为5L。通过在好氧段末排除混合液来控制污泥龄。瞬时进水后，从SBR反应器中取1L混合液进入HBR反应器，同时从HBR反应器中取1L腐殖土混合液回流到SBR反应器中。污泥混合液在HBR反应器中停留24h。2结果及讨论2.1生物脱氮除磷性能表4是SRT对腐殖土SBR系统COD、氮和磷处理效果影响。从表4可以看出，COD去除几乎不受SRT长短的影响，COD去除率达90%~92%，出水浓度达到我国《城镇污水处理厂排放标准》规定的一级A标准，这在之前吴敏等[8，9]的研究中得到证实。NH4+-N去除率几乎到达100%，可达到一级A排放标准，SRT对NH4+-N去除影响很小；TN去除率随着SRT的延长呈现下降趋势，但整体来说处理效果差指标CODNH4+-NNO3--NTNTP进水/(mg·L-1)4002802815SRT-5d出水/(mg·L-1)36.200.5086.459.440.84去除率/%90.9598.19—66.2794.37SRT-10d出水/(mg·L-1)35.840.4218.3210.970.42去除率/%91.0498.50—62.9897.20SRT-15d出水/(mg·L-1)34.9909.7610.370.37去除率/%91.25100—60.8397.51表4不同SRT下各污染物的去除效果Table4RemovalofvariouspollutantsunderthreedifferentSRTs注：数据为长期试验的平均值。魏传银，等不同污泥龄下腐殖土SBR工艺运行效果93第41卷别不大，都可以达到一级A标准。TN的去除主要由活性污泥微生物同化作用及同步硝化反硝化除氮；TP的出水整体达到一级排放标准，去除率随着SRT的延长而提高，最终可达到一级A排放标准。综合考虑有机物的去除、脱氮和除磷效果，HS-SBR系统以SRT为15d时处理效果最佳。2.2脱氮效果比较图2为典型周期下SRT对NH4+-N和NO3--N影响。从图2可知，随着SRT的增长，厌氧段HS-SBR系统中NH4+-N的去除效果相差不大，至厌氧末NH4+-N浓度在14.2mg/L左右；曝气开始后，NH4+-N浓度迅速下降。在好氧180min后，SRT为5、10和15d时HS-SBR系统的NH4+-N就几乎完全硝化转化为亚硝氮和硝氮，这主要是因为污水中的有机物氧化和氨氮的硝化过程是分阶段进行的[3]。SRT对氨氮硝化反应没有明显影响。在厌氧段，硝化反应缓慢几乎没有产生硝氮。好氧曝气30min后，不同污泥龄下NO3--N浓度开始上升。随着SRT延长，硝化效果明显增加，而且硝态氮增加数量远小于氨氮降低数量，这说明HS-SBR系统中发生了同步硝化反硝化（SND）现象。这与赵可[3]和吴敏[8]等的研究发现一致。典型周期下SRT对TN影响如图3所示。从图3可知，厌氧段TN的变化与氨氮的变化一致，不同泥龄下TN变化没有明显差别，都只有少量去除。好氧曝气开始后，TN浓度迅速下降。这是因为腐殖土填料富含高分子腐殖质，同时含有Ca2+、Mg2+等阳离子可以增加污泥絮体密度[10]，有助于形成粒径较大的颗粒污泥，并在微生物絮体内产