張顏，金文博，付麗麗，梁紀(jì)靈，鹿欽禮，張倫秋

溶解氧對(duì)好氧顆粒污泥處理城市污水的影響

張顏，金文博，付麗麗，梁紀(jì)靈，鹿欽禮，張倫秋

（遼寧石油化工大學(xué) 土木工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

溶解氧； 好氧顆粒污泥； 同步硝化反硝化； 生物除磷； SBR

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置及方案

選取質(zhì)地為PMMA的SBR反應(yīng)器，其有效高度為110 cm，在反應(yīng)器側(cè)壁距底部33～77 cm處預(yù)留出5個(gè)出水口，相鄰出水口間距11 cm。反應(yīng)器側(cè)壁為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁直徑為9 cm，內(nèi)外壁之間為恒溫循環(huán)熱水浴套管，用于保證適宜的試驗(yàn)溫度。下部以半徑為9 cm的半球形設(shè)備作為泥斗，泥斗的可利用容積為7 L。系統(tǒng)進(jìn)水通過設(shè)置高位水箱實(shí)現(xiàn)，依靠重力勢(shì)能進(jìn)行排水。利用空氣壓縮機(jī)向SBR反應(yīng)器中供給空氣使水體獲得溶解氧，采用微型小孔曝氣器，進(jìn)氣量通過空氣流量計(jì)控制。試驗(yàn)裝置如圖1所示。SBR反應(yīng)器每天運(yùn)行兩個(gè)周期，每個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)各工序運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)見表1。試驗(yàn)裝置設(shè)置微電腦計(jì)時(shí)器自動(dòng)控制系統(tǒng)，設(shè)置好進(jìn)水、曝氣和排水的起止時(shí)間，自動(dòng)開關(guān)電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)水、出水和曝氣各工序的全自動(dòng)運(yùn)行。

圖1　試驗(yàn)裝置示意圖

表1　周期內(nèi)各工序運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)

1.2 原水水質(zhì)

進(jìn)水采用人工配水模擬實(shí)際城市污水，分別以無水CH3COONa、NH4Cl和KH2PO4作為碳源、氮源和磷源，其質(zhì)量濃度見表2。

表2　試驗(yàn)用水成分及其質(zhì)量濃度

為促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，進(jìn)水中按1 mL/L的比例加入營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液成分及其質(zhì)量濃度見表3。

表3　營(yíng)養(yǎng)液成分及其質(zhì)量濃度

1.3 溶解氧的控制

A.Mosquera-Corral等[19]在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)中DO質(zhì)量濃度過低時(shí)，AGS系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)受到影響，形成的污泥顆粒容易破碎。楊麒[20]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)DO質(zhì)量濃度小于1 mg/L時(shí)，容易導(dǎo)致由絲狀菌膨脹引起的AGS解體，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本文通過改變曝氣量來控制SBR中DO質(zhì)量濃度。曝氣量一方面影響DO質(zhì)量濃度，另一方面影響水力剪切力。較大的水力剪切有利于胞外多糖的產(chǎn)生，促進(jìn)絲狀菌緊密纏繞，形成結(jié)構(gòu)密實(shí)的顆粒污泥，其穩(wěn)定性也較高，但高水力剪切力和高溶解氧也意味著高能耗[21-23]。所以，通過改變曝氣量控制SBR中的DO質(zhì)量濃度：3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L、1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L（在每個(gè)DO質(zhì)量濃度控制范圍內(nèi)運(yùn)行7 d），研究DO質(zhì)量濃度對(duì)SBR反應(yīng)器中AGS系統(tǒng)處理效果的影響。

1.4 試驗(yàn)分析方法

每天任意選取SBR反應(yīng)器一個(gè)周期的出水，對(duì)出水中的各污染物指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)量。監(jiān)控測(cè)量的項(xiàng)目、分析方法及儀器見表4。

表4　監(jiān)控測(cè)量的項(xiàng)目、分析方法及儀器

2 結(jié)果與分析

2.1 AGS的形成和馴化

2.1.1AGS的形成機(jī)理及影響因素 AGS的形成過程是一個(gè)物理、化學(xué)和生物共同作用的復(fù)雜過程，受進(jìn)水底物的類型、COD負(fù)荷、碳氮比、水力剪切力、SBR反應(yīng)器的高徑比和沉淀時(shí)間等諸多因素的影響[24-26]。對(duì)AGS形成的機(jī)理并沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)有的假說分類[27]見表5。

表5　AGS形成的機(jī)理分類

2.1.2AGS的形成培養(yǎng)和馴化 接種絮狀污泥在SBR反應(yīng)器中經(jīng)過一周左右的適應(yīng)時(shí)間，將沉降時(shí)間從30 min逐漸降低，最后控制在3 min，將沉降性能不好的污泥洗出SBR反應(yīng)器，以改善污泥的沉降性能。各階段AGS的外部形態(tài)變化如圖2所示。

圖2　各階段AGS的外部形態(tài)變化

由圖2可見，30 d后污泥顏色由深褐色逐漸變?yōu)橥咙S色，并出現(xiàn)一些細(xì)小的顆粒；90 d后，原來的絮狀污泥幾乎全部轉(zhuǎn)變成橙黃色、小米粒狀的顆粒狀污泥。在較高的進(jìn)水負(fù)荷下繼續(xù)培養(yǎng)，120 d后，好氧顆粒污泥顏色由淺黃色逐漸變?yōu)槌赛S色，外部輪廓規(guī)則，表面光滑，近似球形或橢球形，粒徑均勻，平均粒徑為1～2 mm，結(jié)構(gòu)密實(shí)，標(biāo)志著好氧顆粒污泥成熟。

2.2 對(duì)COD去除效果的影響

在不同DO質(zhì)量濃度下，對(duì)AGS進(jìn)水和出水的COD進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖3所示。

圖3　DO質(zhì)量濃度對(duì)COD去除效果的影響

由圖3可知，在3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時(shí)，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度為300～400 mg/L，COD的平均去除率分別為92.22%、92.34%和91.85%，均高于90%，處理效果均很好且無明顯差異。這說明，只要SBR中的DO質(zhì)量濃度保持在1 mg/L以上，對(duì)COD的去除率影響不大。這主要有三方面的原因：一是試驗(yàn)進(jìn)水COD采用乙酸鈉作為碳源，乙酸鈉為小分子碳源，容易被生物降解；二是在完全好氧條件下，好氧顆粒污泥中的好氧區(qū)域足夠大，存在大量的異養(yǎng)菌，以乙酸鈉作為碳源進(jìn)行生命代謝消耗碳源，從而去除城市污水中的COD；三是為了保證一定的DO質(zhì)量濃度，需要向SBR系統(tǒng)中曝氣，曝氣過程產(chǎn)生的水力剪切力有利于EPS（胞外聚合物）的形成，EPS對(duì)COD也有很好的吸收效果。

2.3 對(duì)NH-N去除效果的影響

圖4　DO質(zhì)量濃度對(duì)NH-N去除效果的影響

2.4 對(duì)TN去除效果的影響

在不同DO質(zhì)量濃度下，對(duì)AGS進(jìn)水和出水的TN質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖5所示。

圖5　DO質(zhì)量濃度對(duì)TN去除效果的影響

由圖5可知，當(dāng)3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時(shí)，進(jìn)水TN質(zhì)量濃度為40～50 mg/L，AGS系統(tǒng)的平均出水TN質(zhì)量濃度分別為17.198、12.832、8.189 mg/L，在三個(gè)不同DO質(zhì)量濃度下，出水TN質(zhì)量濃度差異較大。當(dāng)3 mg/L≤

圖6　不同DO質(zhì)量濃度下的出水NH-N、NO-N和NO-N質(zhì)量濃度

2.5 對(duì)P去除效果的影響

在不同DO質(zhì)量濃度下，對(duì)AGS進(jìn)水和出水的P質(zhì)量濃度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖7所示。

圖7　DO質(zhì)量濃度對(duì)P處理效果的影響

由圖7可知，在3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時(shí)，進(jìn)水P質(zhì)量濃度為8～12 mg/L，P的去除效果無明顯變化，去除率為73.62%～77.95%，平均去除率為75.80%。這可能是因?yàn)椋篋O質(zhì)量濃度雖然影響聚磷菌好氧吸磷的速率，但只要保證足夠的好氧時(shí)間，聚磷菌的吸磷量可以得到保證，因此在好氧時(shí)間足夠的條件下，DO質(zhì)量濃度對(duì)出水中P的質(zhì)量濃度影響不大，出水中P質(zhì)量濃度為3 mg/L左右。

3 結(jié) 論

（2） TN去除效果受DO質(zhì)量濃度的影響顯著，當(dāng)3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L時(shí)，TN去除率分別為62.14%、71.81%和82.11%。

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Effect of Dissolved Oxygen on Municipal Sewage Treatment by Aerobic Granular Sludge

Zhang Yan， Jin Wenbo， Fu Lili， Liang Jiling， Lu Qinli， Zhang Lunqiu

（College of Civil Engineering， Liaoning Petrochemical University， Fushun Liaoning 113001， China）

Dissolved oxygen； Aerobic granular sludge； Synchronous nitrification denitrification； Biological phosphorus removal； SBR

X52

A

10.3969/j.issn.1672-6952.2021.04.005

1672-6952（2021）04-0028-06

http：//journal.lnpu.edu.cn

2020-09-10

2020-11-25

遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（L2019005）。

張顏（1986-），女，碩士，從事污水處理與利用方面的研究；E-mail：747176778@qq.com。

梁紀(jì)靈（1985-），女，博士，講師，從事油泥砂固化/穩(wěn)定化和含油污水處理研究；E-mail：l2j418@126.com。

（編輯 宋錦玉）