翟梅，劉曉，曹國憑

(河北聯(lián)合大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北唐山，063009)

微氧技術(shù)是近幾年才逐漸發(fā)展起來的一種新型的廢水處理技術(shù)，迄今還未給出一個嚴(yán)格的定義，但從很多文獻(xiàn)中可以看出，微氧一般指反應(yīng)器內(nèi)的環(huán)境溶解氧的質(zhì)量濃度在0.3～1.0 mg/L［1-3］，在此環(huán)境下通過培養(yǎng)微氧顆粒污泥來降解有機物。微氧顆粒污泥一般是通過消化污泥或厭氧顆粒污泥適當(dāng)?shù)靥砑尤芙庋醵囵B(yǎng)起來的［3］。微氧顆粒污泥是多種微生物的共生體，可以提高反應(yīng)器生物量和泥水分離效果，從而使反應(yīng)器高效穩(wěn)定的運行［4］。微氧EGSB反應(yīng)器結(jié)合了厭氧與好氧的優(yōu)點，即在微厭氧環(huán)境下(如顆粒污泥的內(nèi)部厭氧與外部好氧)，厭氧菌和好氧菌可以在同一個反應(yīng)器內(nèi)同時新陳代謝，使一些在絕對好氧或絕對厭氧情況下不能降解或不能徹底降解的物質(zhì)得以降解［5］。

1 材料和方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示。EGSB反應(yīng)器高度1.9 m，有效體積10L。其中反應(yīng)區(qū)高1.5 m，內(nèi)徑為7 cm。對EGSB反應(yīng)器的回流水進(jìn)行曝氣，通過回流水中溶解氧的控制和調(diào)節(jié)回流比使EGSB反應(yīng)器處于微氧狀態(tài)。試驗中控制各反應(yīng)器的水溫在25℃左右。

圖1 試驗裝置

1.2 接種污泥和實驗用水

試驗的接種污泥為市政污水廠的剩余污泥，取自唐山市北郊污水廠。所取污泥為脫水后的污泥餅，在脫水之前添加了絮凝劑。把泥餅用自來水浸泡過夜，產(chǎn)生大量氣泡，表明污泥中含有大量的厭氧微生物。因為添加了絮凝劑，所以浸泡后的污泥自行粘結(jié)成團(tuán)。把浸泡好的泥餅用孔徑2 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩篩選，去除大的泥團(tuán)，然后接入反應(yīng)器。微氧EGSB反應(yīng)器的接種污泥濃度為8.6gMLSS/L。

采用模擬生活污水培養(yǎng)顆粒污泥。碳源為蔗糖、啤酒和乙酸鈉。氮源為氯化銨，磷源為磷酸二氫鉀?？刂婆渌瓹OD在400 mg/L左右，氨氮在30～40 mg/L，總磷在4 mg/L左右。用小蘇打調(diào)節(jié)pH在中性范圍。為保證厭氧反應(yīng)器良好的運行，每天向反應(yīng)器中加入10 mL稀釋后的微量元素(含F(xiàn)e、Co、Ni和S2－等)。

1.3 分析方法

COD、氨氮、混合液懸浮固體(MLSS)、污泥容積指數(shù)(SVI)均采用標(biāo)準(zhǔn)方法［6］;pH采用pH－3C酸度計測定;溶解氧采用DO200便攜式溶氧儀測定;顆粒污泥形態(tài)用光學(xué)顯微鏡觀察;顆粒污泥粒徑分布采用篩分法;顆粒污泥沉速采用某一粒徑區(qū)間顆粒在水溫20℃、水深50 cm的量筒中作自由沉降時的平均沉速。

1.4 實驗方法

在24～26℃條件下，保持HRT=6 h左右，回流桶內(nèi)的DO在7.3 mg/L左右，逐步提高回流比來增加反應(yīng)區(qū)的上升流速和充氧量。定時取樣在顯微鏡下觀察污泥形態(tài)，以形成輪廓清晰，結(jié)構(gòu)緊湊，沉降迅速的顆粒污泥，且其在污泥干質(zhì)量中占據(jù)相當(dāng)比例來界定顆粒污泥培養(yǎng)成功。運行參數(shù)調(diào)節(jié)過程見表1。

表1 運行參數(shù)調(diào)整

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒污泥形成過程

15天左右時從各個取樣口取樣觀察，污泥床中下部出現(xiàn)顆粒狀污泥，結(jié)構(gòu)比較完整，顆粒輪廓還不是很清晰，顆粒邊緣并不光滑。污泥床上部仍為絮狀污泥。隨后增大回流比，提高上升流速和反應(yīng)器充氧量，污泥沉降性能良好。運行23天時顆粒污泥已經(jīng)初步形成，繼續(xù)培養(yǎng)，顆粒污泥輪廓趨于規(guī)則，結(jié)構(gòu)更加緊密。30天時，反應(yīng)器內(nèi)的污泥已基本轉(zhuǎn)化為光滑致密的顆粒污泥。培養(yǎng)期間污泥形態(tài)變化過程見圖2。

圖2 微氧顆粒污泥的形成過程

圖3是EGSB反應(yīng)器污泥粒徑分布變化。由圖可知:16 d后，污泥粒徑在小于0.355 mm范圍內(nèi)的顆粒污泥最多，是總體的33.6%，其次為0.45～0.9 mm范圍內(nèi)的顆粒污泥，是總體的29.8%，粒徑在0.355～0.45 mm范圍內(nèi)的污泥是總體的25.5%。31 d后，小于0.355 mm范圍內(nèi)的顆粒污泥減少到總體的25.1%，0.355～0.45 mm范圍內(nèi)的顆粒污泥減少到總體的21.3%，0.45～0.9 mm范圍內(nèi)的顆粒污泥增加到了36.8%，其他范圍內(nèi)的顆粒污泥均有少量的增加。由此可知EGSB反應(yīng)器維持一定的溶解氧有利于顆粒污泥的形成，適當(dāng)?shù)娜芙庋跻状龠M(jìn)顆粒污泥的快速形成。

圖3 EGSB反應(yīng)器顆粒污泥粒徑分布變化

圖4是EGSB反應(yīng)器污泥沉降性能的變化。由圖可知:培養(yǎng)了16 d的顆粒污泥沉降性比培養(yǎng)了31 d的顆粒污泥沉降性好，其主要原因是微氧反應(yīng)器的回流比較大，造成了溶解氧過多，從而影響了微氧反應(yīng)器中顆粒污泥的形成，如果延長本實驗，在后期培養(yǎng)過程中，在微氧反應(yīng)器中維持適宜的溶解氧，那么顆粒污泥的沉降性會有所改善。

圖4 EGSB反應(yīng)器顆粒污泥沉降性能變化

2.2 COD和氨氮去除效果

EGSB反應(yīng)器對COD的去除效果見圖5。由圖可知:在反應(yīng)器啟動初期，保持上升流速為2.8 m/h，當(dāng)HRT為4.6 h，回流比R為4:1時，COD去除率在54% ～71%。為了提高進(jìn)水濃度，保證有充足的營養(yǎng)進(jìn)入污泥反應(yīng)區(qū)，并且為了保持反應(yīng)器中有一定的溶解氧，以加快顆粒污泥的快速成長，遂將HRT縮短至3.7 h，回流比R調(diào)高至8:1，同時上升流速升高為6.3 m/h。此時COD去除率在71% ～81%，COD去除率明顯提高，說明反應(yīng)器中存在適量的溶解氧有利于COD的去除。HRT為6 h，回流比為9:1時，微氧反應(yīng)器的COD去除率依然很高，維持在70% ～87%。由此證明，適當(dāng)?shù)娜芙庋蹩梢源龠M(jìn)顆粒污泥的快速形成。

圖5 EGSB反應(yīng)器對COD去除效果

圖6是EGSB反應(yīng)器對氨氮的去除效果。由圖可知，微氧反應(yīng)器出水的氨氮含量基本維持在10mg/L以下，對于進(jìn)水中氨氮的去除效果很好。其原因是反應(yīng)器中溶解氧的存在，有利于為顆粒污泥的內(nèi)部造成一個缺氧的環(huán)境，同時在顆粒污泥的外部又創(chuàng)造了一個微氧的環(huán)境，這就將硝化與反硝化同時融入一個反應(yīng)器中，硝化反硝化反應(yīng)同時進(jìn)行［7］。

圖6 EGSB反應(yīng)器對氨氮去除效果

3 結(jié)論

在EGSB反應(yīng)器中保持適量的溶解氧，并不會影響甲烷菌的正?；顒樱炊梢源龠M(jìn)顆粒污泥的快速形成。在微氧條件下，顆粒污泥有較大的粒徑，大多數(shù)＞0.45 mm，沉降性好，且對氧的穿透具有適當(dāng)?shù)牡种谱饔茫墒诡w粒外部有一定的氧濃度，而內(nèi)部形成缺氧的微環(huán)境，使硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌具備各自適合的空間，有利于硝化和反硝化的同時進(jìn)行。當(dāng)維持微氧反應(yīng)器內(nèi)的HRT為6 h，回流比R為9時，對于進(jìn)水COD

和氨氮去除率分別為80% ～90%、80% ～90%。運行穩(wěn)定后出水COD維持在50 mg/L以下，氨氮維持在10 mg/L以下。

［1］ 高立杰，肖羽堂，高冠道，馬程.微氧水處理技術(shù)的特性及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，38(2):5-8.

［2］ 陳元彩，陳竹，藍(lán)惠霞，付時雨，郭靖.微氧條件下固定化顆粒污泥的氯酚降解及菌群結(jié)構(gòu)［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報，2006，34(9):128-132.

［3］ Linlin Hu，Jianlong Wang，Xiang hua Wen，et a1.Study on performance characteristics of SBR under limited oxygen［J］.Proces Biochemistry，2005，40(1):293-296.

［4］ Liu Xianwei，Sheng Guoping，Yu Hanqing.Physicochemical characteristics ofmicrobial granules［J］.Biotechnology Advances 2009 ，27(6):1061-1070.

［5］ 董春娟，呂炳南，趙慶良.限氧EGSB反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥性能研究［J］.安全與環(huán)境學(xué)報，2007，7(5):27-31.

［6］ 國家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版.北京:環(huán)境科學(xué)出版社，2006，211-279.

［7］ D.H.Zitomer.Stoichiometry of combined aerobic and methan-ogenic COD transformation［J］.Water Research，1998，32(3):669-676.