好氧颗粒污泥的培养及处理味精废水研究

论文导读：好氧颗粒污泥工艺是近年来发展起来的污水处理新工艺。反应器对COD的去除率不断下降。味精废水直接取自某味精厂调节池内废水。同时硝化反硝化，好氧颗粒污泥的培养及处理味精废水研究。
关键词：好氧颗粒污泥，同时硝化反硝化，去除率，味精废水
 

味精生产过程产生的废水有机物和氮含量均较高。目前对该类废水的处理过程多采用厌氧与好氧相结合的生物处理工艺，但该工艺存在处理效率低、投资较大等缺点，因此如何实现对味精废水的经济高效处理成为了近几年来国内外学者研究的重点。

好氧颗粒污泥工艺是近年来发展起来的污水处理新工艺，他是微生物在特定环境下自发凝聚、增殖而形成的沉降性能好、生物协作性强的生物颗粒[1~4]。由于好氧颗粒结构上特殊的传质作用，在颗粒表面为好氧环境，内部为典型的厌氧环境，两者之间又存在一定的缺氧环境，因此可实现多种污染物的同步去除，具有良好的发展前景[5~7]。本研究采用SBR反应器以厌氧颗粒污泥为接种污泥培养具有同步硝化反硝化功能的好氧颗粒污泥，观察其成熟过程中的污泥形态的变化及处理效果，并尝试将该反应器应用于味精废水处理中，以为工程实践提供参考依据。

1 材料与方法

1.1接种污泥和实验用水

接种的厌氧颗粒污泥采自郑州某药厂，污泥MLVSS/MLSS=0.78，沉降速度为28~75m/h，粒径0.8~2.0mm，为了增加初始微生物群落的多样性水平，接种污泥中还加入了少量采自郑州城市污水处理厂二次沉淀池排放的剩余污泥。接种厌氧颗粒污泥与活性污泥的体积比为10:1。

实验中原水包括人工模拟废水和味精废水两类：人工模拟废水主要用于好氧颗粒污泥的培养；味精废水直接取自某味精厂调节池内废水，BOD:COD为0.27。科技论文，同时硝化反硝化。原水水质特征见表1。

表1 实验过程中进水水质特征

Tab 1 Composition of inflow water

1.2 实验装置

实验采用有机玻璃制成的圆柱形SBR反应器，直径24cm，有效高度80cm，总容积36.2L。采用气泵和曝气砂头供气，曝气量为0.38m3/h；实验过程在夏季，外界气温较高，反应器内的温度维持在22~28℃范围内；反应器运行周期为6h，其中进水6min，曝气5.5h，沉淀6min，排水6min，其他时间闲置。各阶段的操作变换通过时间继电器和电磁阀进行自动化控制。实验装置示意图如图1

图1 实验装置示意图

Fig 1 Schematic layout of the testfacilities

1.3 分析项目和方法

COD采用重铬酸钾标准方法测定；NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法测定；NO2—N采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法测定；NO3—N采用酚二磺酸分光光度法测定；TN采用过硫酸钾消解法测定； pH值采用梅特勒台式pH计测定；DO采用YSI550A便携DO测定仪测定；SV、MLSS、MLVSS采用的方法均按标准分析方法进行检验分析[9]；颗粒污泥形成过程中污泥形态的观察采用光学显微镜；成熟颗粒污泥结构观察采用Hitachi S-3400N Ⅱ型扫描电镜。

实验研究过程包括好氧颗粒污泥的培养和好氧颗粒污泥反应器处理味精废水研究，其中采用选择压法[4]35d培养出成熟好氧颗粒污泥，稳定运行一个月后，将该好氧颗粒污泥反应器用于处理味精废水研究中运行46d，共计运行111d。

2 结果与讨论

2.1 SBR反应器内好氧颗粒污泥的培养

2.1.1好氧颗粒污泥形成过程

以厌氧颗粒污泥为接种污泥培养好氧颗粒污泥过程中，污泥的形态变化过程如图2所示。科技论文，同时硝化反硝化。培养初期，在曝气条件下反应器内的厌氧颗粒污泥不断解体，此时反应器出水较为浑浊，颗粒颜色由黑色逐渐变为黄褐色或白色，解体后的颗粒成为好氧颗粒污泥形成的核心。随着培养的进行，反应器内絮状污泥不断在颗粒表面生长，颗粒粒径不断增大。在第35d，形成了粒径在0.8~2.5mm范围内、形状不规则、呈黄色的成熟颗粒污泥。在40倍的显微镜下观察，可清楚看到在颗粒内部有较明显的颗粒核心。

从颗粒污泥的SEM图3（a）、图3（b）和图3（d）中可清晰的看到颗粒污泥表面和内部均存在明显的孔隙，空隙的直径在10~40μm范围内，这些空隙的存在，使得DO与各种底物浓度形成空间上的梯度分布，从而为多种不同代谢类型的微生物提供生存和代谢环境，从图3中也可明显的观察到颗粒表面到内部微生物组成的分层现象，颗粒表面主要以球菌和短杆菌为主，丝状菌的含量较少；颗粒内部结构较致密，仅有少量的球菌附着；而中间层以较长的杆菌为主。

图2 培养过程中污泥形态的变化

fig 2 Microscopic observation of aerobicgranular sludge in operating phases

（a）表面4000倍照片（b）颗粒剖面8000倍照片

（c）内部10000倍照片（d）内部11000倍照片

图3 成熟好氧颗粒污泥SEM照片

fig 3 SEM photographs of aerobic granular sludge

图4 好氧颗粒污泥培养过程中MLSS和SVI的变化过程

fig 4 The change of MLSS and SVI in operatingphases

接种初期，在曝气条件下厌氧颗粒污泥不断解体，出水较浑浊，为了保证反应器内的微生物量，曝气初期沉淀时间设为8min，部分从厌氧颗粒污泥表面脱落的沉降性能较差的絮状污泥逐渐被洗出，而沉降性能较好的污泥则被截留在反应器内，因此，运行初期反应器内的MLSS逐渐减小；第10d时，厌氧颗粒污泥基本完全解体，将沉淀时间降至6min，以筛选出沉降性能更加良好的絮状污泥，使其在反应器内不断生长，第10d到第35d期间，反应器内的MLSS略有升高趋势；第35d污泥基本实现颗粒化，此时MLSS为8.04g/L，随后的运行过程中反应器内的MLSS变化较小。整个运行过程中系统的SV值稳定于25左右，因此SVI值随着MLSS的变化而变化，成熟的颗粒污泥SVI值保持在30ml/g，沉降性能良好。

2.1.2 培养过程中好氧颗粒污泥对污染物的去除效果

图5 好氧颗粒污泥培养过程中COD的去除效果

fig 5 The degradation of organicmatter by aerobicgranular sludge

图6 好氧颗粒污泥培养过程中NH4+-N的去除效果

fig 6 The degradation of ammonium by aerobic granular sludge

如图5和6所示，本研究以进水污染物浓度为选择压，不断提高进水COD和NH4+-N的浓度。在反应器运行初期，反应器内的好氧微生物不断生长，第10d时，出水COD、NH4+-N浓度分别为135.75mg/L、3.47mg/L。随着厌氧颗粒污泥逐渐向好氧颗粒污泥转化，系统对COD和NH4+-N的去除率不断提高。在第15d时，由于出水电磁阀堵塞，部分污泥流失，使得系统对氨氮的去除率出现了下降，但通过降低进水中污染物的浓度使系统恢复正常。第35d好氧颗粒污泥形成之后，系统在进水COD和NH4+-N浓度分别为1600mg/L和160mg/L的条件下稳定运行一个月，出水COD和NH4+-N浓度分别为40mg/L和1mg/L，去除率分别高于95%和99%。

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