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        養(yǎng)殖廢水造粒污泥處理生活污水實驗研究

        2018-01-22 07:57:21鄧景衡龍九妹
        衡陽師范學院學報 2017年6期
        關鍵詞:氨氮污泥顆粒

        易 誠,楊 杰,鄧景衡,龍九妹

        (衡陽師范學院 生命科學與環(huán)境學院,湖南 衡陽 421002)

        好氧顆粒污泥克服了厭氧顆粒污泥啟動時間長、運行溫度高、處理低濃度的有機廢水時運行不穩(wěn)定,并無法實現脫氮除磷等問題。與結構松散、形態(tài)不規(guī)則、尺寸細小的傳統(tǒng)活性污泥絮體相比,好氧顆粒污泥具有更加密實、堅固的結構;有規(guī)則的形態(tài)和清晰的外觀;良好沉降性能;較高的生物量;工藝啟動過程快速;抗高沖擊負荷能力強,并能承受較高的有機負荷[1]等優(yōu)勢,成為近幾年來國內外的一個研究熱點[2]。研究者們在好氧顆粒污泥的形成條件和機理[3-5]、微生物組成[6-7]、對氮[8-10]、難降解有機物以及重金屬的去除[11-13]等方面做了大量的理論基礎研究。

        活性污泥中含有豐富的微生物及胞外聚,通過物理的方法制成污泥顆粒,既能保證活性污泥中微生物種類和數量,又能增加顆粒的穩(wěn)定度和沉降性能,還能適應好氧曝氣環(huán)境,使其成為能夠快速生長的好氧顆粒活性內核,同時活性污泥量多易得,必將加快好氧顆粒污泥的規(guī)?;囵B(yǎng)。

        本課題以養(yǎng)殖場的污泥為原料,進行人工造粒,在SBR中對模擬城市生活廢水進行處理,優(yōu)化SBR工藝厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間,研究養(yǎng)殖污水污泥處理生活污水效果,為人造污泥顆?;幚硖峁├碚摶A。

        1 材料與方法

        1.1 實驗材料

        養(yǎng)殖污泥:衡陽縣愛普樂斯養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖污泥(曝氣池接種第二天) SV:6.61 %; MLSS:0.03 mg/L;SVI:2.43 mL/g;含水率:99.12 %;

        模擬生活廢水[14](每升):500 mg乙酸鈉、300 mg蔗糖、200 mgNH4Cl、20 mgFeSO4.7H2O、35 mgKNO3、100 mgCaCl2、15 mgMgSO4.7H2O、40 mgKH2PO4、35 mgAlCl3。

        1.1.1 實驗試劑

        硫酸、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、過硫酸鉀、抗壞血酸、鉬酸鹽、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉等。

        1.1.2 實驗儀器與設備

        DHG-9040A電熱鼓風干燥箱(寧波江南儀器廠);PTHW-DL恒溫多聯電熱套(上??粕齼x器有限公司);SB-948靜音可調式增氧泵(中山市松寶電器有限公司);722SP可見分光光度計(上海棱光技術有限公司);JA2603B電子天平(上海精科天美科學儀器有限公司)。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 污泥培養(yǎng)

        把取來的污泥進行培養(yǎng),增強污泥的活性,為后續(xù)處理水樣做好準備;顯微鏡下觀察;把過濾后的污泥放入干燥的培養(yǎng)皿中,稱取20.0 g左右的污泥,加入2.0 g瓊脂粉、2.0 g硅藻土,攪拌均勻,用10 mL的注射器擠出污泥顆粒;設計正交試驗用污泥顆粒處理模擬生活廢水,通過氨氮、總磷、COD的測定結果以及R值、k值的分析確定影響因素的主次順序及最優(yōu)組合。

        1.2.2 正交試驗的設計

        SBR工藝是現階段運用最廣泛的處理廢水的工藝,在SBR工藝的整個過程中,厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間這四個因素對處理結果影響最大,因此根據厭氧時間1 h、2 h、3 h;曝氣時間4 h、5 h、6 h;缺氧時間0.5 h、1.5 h、2.5 h;沉淀時間0.5 h、1 h、1.5 h設計正交試驗因素水平表,進行四因素三水平L9(34)正交試驗,優(yōu)化SBR工藝,確定各影響因素的主次順序以及最佳運行組合的最佳運行參數。

        1.2.3 分析項目的測定

        表1 分析項目及測定方法

        2 結果與分析

        2.1 氨氮、總磷標準曲線

        (1)氨氮標準曲線

        根據HJ535-2009納氏試劑分光光度法,以吸光度為縱坐標,以其對應的氨氮含量(ug)為橫坐標,繪制氨氮的標準曲線。吸光度及對應的標曲如圖1。

        圖1 氨氮標準曲線

        (2)總磷標準曲線

        根據GB11893-89鉬酸銨分光光度法,繪制總磷標準曲線如圖2。

        圖2 總磷標準曲線

        2.2 顯微鏡觀察污泥及污泥顆粒的制備結果

        圖3是在40倍顯微鏡下觀察的污泥微生物分布圖,在圖中可以看出,微生物的數量很多,分布較集中,但有較少的絲狀菌。

        圖3 污泥鏡下圖片(稀釋前(左)后(右))

        用10 mL的注射器擠壓出污泥顆粒如圖4所示。

        2.3 正交試驗表的設計及結果分析

        對于SBR工藝中處理效果影響最大的因素為厭氧時間(A)、曝氣時間(B)、缺氧時間(C)、沉淀時間(D),因此根據此4因素設計4因素3水平正交試驗并分析。

        2.3.1 正交試驗表的設計

        表2 L9(34)正交試驗水平表(h)

        2.3.2 正交試驗結果

        表3 正交試驗結果(mg/L)

        2.3.3 正交試驗結果分析

        2.3.3.1 正交試驗氨氮結果分析

        表4 氨氮極差分析

        影響因素的主次順序由極差R得出,優(yōu)組合由k值得出,根據表4氨氮測定結果得出影響因素主次順序為缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間>曝氣時間,優(yōu)化組合為A1B2C1D3。

        圖5 氨氮變化曲線

        由圖5可以看出,各試驗號氨氮的含量都有一點的差異,1號至5號是呈現出逐漸遞減的趨勢,后面幾個試驗號變化波動較大,其中5號跟7號的含量差不多,但是從圖中可以直觀看出,5號效果比7號要更好。

        2.3.3.2 正交試驗總磷結果分析

        表5 總磷極差分析

        續(xù)表5

        厭氧時間曝氣時間缺氧時間沉淀時間K32 702 842 702 88k11 220 990 960 98k20 841 021 110 98k30 900 950 900 96極差R0 290 150 180 01主次順序A>C>B>D優(yōu)化組合A1B2C2D2

        影響因素的主次順序由極差R得出,優(yōu)組合由k值得出,根據表5總磷的測定結果得出影響因素主次順序為厭氧時間>缺氧時間>曝氣時間>沉淀時間,優(yōu)化組合為A1B2C2D2。

        圖6 總磷變化曲線

        由圖6可以看出,整個試驗總磷的變化還是很明顯的,6號效果達到最佳。5號曝氣時間為5 h,6號為6 h,5號處理效果已經較佳,能縮短運行周期。

        2.3.3.3正交試驗COD結果分析

        表6 COD極差分析

        影響因素的主次順序由極差R得出,優(yōu)組合由k值得出,根據表7COD測定結果得出影響因素主次順序為曝氣時間>缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間,優(yōu)化組合為A2B1C2D3。

        圖7 COD變化曲線

        在圖7正交試驗測定的結果中,COD的含量都較高,波動比較大,沒達到預期的結果,測定結果并不理想。出現COD處理結果不理想的原因為:在水樣回流消解時,本該加入30 mL硫酸銀-硫酸溶液,在整個過程中,硫酸銀是起催化作用,樣品中還原性物質較復雜,為了讓氧化劑重鉻酸鉀充分與其反應,用高溫回流+催化劑創(chuàng)造反應條件,但是由于缺少硫酸銀,直接加的硫酸,導致水樣消解不完全,數據明顯偏大。

        2.4 最優(yōu)組合的確定

        根據確定的四組較優(yōu)組合進行實驗,但綜合分析與COD分析得出了相同的結果,所以這兩組可以整合在一起分析,通過各階段對處理效果的影響以及最終的處理效果進一步分析,確定最優(yōu)的組合,得出最終的結論。COD分析得出的優(yōu)組合為1號,氨氮分析得出的優(yōu)組合為2號,TP分析得出的優(yōu)組合為3號,實驗設計如表7。

        表7 優(yōu)組合試驗設計(h)

        2.4.1 氨氮變化

        三組較優(yōu)組合試驗中氨氮的變化見圖8,從曲線圖中可以看出,氨氮在厭氧過程中基本無變化,在好氧過程下降趨勢很明顯迅速硝化。經過上圖三條曲線的對比,1號效果最佳。可得出氨氮的去除率達82.63 %以上。

        圖8 氨氮隨時間變化曲線

        2.4.2 總磷變化

        三組組較佳試驗中總磷變化如圖9所示,從圖中可看出,厭氧階段污水中TP的含量迅速提高,1號達到7.76 mg/L,2號達到6.73 mg/L,3號達到6.55 mg/L。在曝氣階段聚磷菌過量吸磷使水中TP迅速下降,隨后下降較為緩慢。在缺氧階段TP的含量稍微有點上升,但由于SBR工藝后期為反硝化,水中硝酸氮的濃度較高,會抑制聚磷菌放磷使得放磷程度不嚴重,不會影響處理結果,能達到除磷效果,對比三組試驗的變化曲線,可得出1號效果最佳,總磷的去除率為82.45 %以上。

        圖9 總磷隨時間變化曲線

        2.4.3 COD變化

        三組組較佳試驗COD變化曲線如圖10,原水COD為385.21 mg/L,由于微生物的吸附作用去除約1/3的COD,然后在厭氧過程中,COD緩慢下降,主要原因是聚磷菌將污水中易分解的有機物攝入體內并貯存起來,為好氧吸磷提供必要的能源物質,同時將體內的聚磷酸水解[23],變成正磷酸釋放到體外。在曝氣過程中,COD大幅度下降,曝氣末段三組試驗COD濃度分別為:1號190.40 mg/L、2號203.02 mg/L、3號199.36 mg/L,在缺氧反硝化和沉淀過程中,由于反硝化過程需要消耗碳源,COD緩慢下降。通過三組試驗COD變化曲線的對比,1號試驗效果最佳,去除率為57.14 %以上。

        圖10 COD隨時間變化曲線

        3 結 論

        本實驗主要研究養(yǎng)殖廢水污泥顆粒處理生活廢水,根據厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間設置四因素三水平正交試驗,得出以下結論:

        (1)由正交試驗R、k值分析得出四組較佳的實驗分別為:由COD測定結果得出影響因素主次順序為曝氣時間>缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間,優(yōu)組合為A2B1C2D3;由氨氮測定結果得出影響因素主次順序為缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間>曝氣時間,優(yōu)組合為A1B2C1D3;由總磷的測定結果得出影響因素主次順序為厭氧時間>缺氧時間>曝氣時間>沉淀時間,優(yōu)組合為A1B2C2D2。

        (2)對四組較佳試驗進行進一步分析,確定最優(yōu)組合為A2B1C2D3,影響因素的主次順序為曝氣時間>缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間,所以本試驗得出處理生活污水的最佳運行參數為:厭氧時間(2 h)→曝氣時間(4 h)→缺氧時間(1.5 h)→沉淀時間(1.5 h),周期時間為9.0 h。

        (3)由最佳工況運行結果可得出,氨氮去除率達82.63 %以上,TP去除率達82.45 %以上。但COD的含量還是很高,去除率為57.14 %以上。

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        (編校 陳志陽)

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