好氧颗粒污泥技术处理味精废水

赵 晴，何 青，于鲁冀，王 震，杨 强

（1. 河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 450052；2. 郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 450002）

治理技术

好氧颗粒污泥技术处理味精废水

赵 晴1，何 青2，于鲁冀2，王 震2，杨 强2

（1. 河南工业大学 土木建筑学院，河南 郑州 450052；2. 郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 450002）

采用好氧颗粒污泥技术处理味精废水。实验结果表明：前置缺氧段对反应器脱氮效果影响较小，脱氮过程主要是在好氧段实现；曝气段的最佳工艺条件为曝气量0.38 m3/h，曝气时间5.5 h；在进水COD、ρ（NH3-N）和TN分别为1 000.00～1 300.00，70.00～130.00，100.00～200.00 mg/L的条件下，COD、NH3-N和TN的去除率可分别维持在90%、99%和85%以上，实现了味精废水的高效脱氮处理。有机物主要在曝气初期的1.5 h内被去除，其在微生物体内以聚β-羟基丁酸形式储存，以提供反硝化过程中所需要的碳源。与普通SBR相比，接种好氧颗粒污泥后的反应器对味精废水具有更好的处理效果。

好氧颗粒污泥；味精；同步硝化反硝化；脱氮； 聚β-羟基丁酸； 废水处理

味精发酵生产过程所排废水中有机污染物及ρ（NH3-N）均较高，成分复杂，可生化性差，治理难度大。目前对味精废水的处理主要采用厌氧技术与好氧技术相结合的方式，不仅工艺流程长，而且很难实现COD、ρ（NH3-N）和TN的达标排放。

近年来，好氧颗粒污泥技术［1-4］备受关注。好氧颗粒污泥具有结构致密的特点，这种特殊的结构可使反应器内同时存在厌氧、缺氧和好氧的环境，不仅确保了反应器能够承受相对高的污染物负荷，同时也实现了同步硝化反硝化脱氮，提高了脱氮效率。因此，很多专家认为好氧颗粒污泥技术将替代活性污泥技术成为废水生物处理的主流技术［5］。

本工作在SBR内以成熟的好氧颗粒污泥为接种污泥处理味精废水，着重考察了反应器内的有机物去除效果及脱氮效果。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

实验用废水取自某味精厂调节池，COD为700.00～1 400.00 mg/L，ρ（NH3-N）为60.00～130.00 mg/L，TN为100.00～200.00 mg/L，pH为 6.5～8.0，BOD5/COD为0.27，可生化性较差。

采用以葡萄糖为碳源的模拟废水培养的成熟好氧颗粒污泥为接种污泥。该颗粒污泥呈土黄色，形状规则，多为球形，粒径为0.8～2.5 mm，污泥体积指数为30 m L/g，通过扫描电子显微镜观察到颗粒污泥主要由丝状菌和球状菌组成［6］。

HI9147型便携式DO测定仪：意大利哈纳公司；759MC型比例双光束紫外-可见分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司。

1.2 实验装置及方法

SBR由有机玻璃制成，圆柱状，直径24 cm，有效高度80 cm，有效体积36.2 L。反应器内温度控制在22～28 ℃，底部进水，重力自流出水。反应器运行周期为6 h，其中进水6 m in，曝气5.5 h，沉淀6 m in，排水6 m in，排水后闲置12 m in。实验分别考察了前置缺氧时间和曝气条件对接种颗粒污泥的SBR的废水处理效果。进水后将实验装置加盖密封，采用机械搅拌装置进行搅拌混合，进行缺氧段实验。好氧段采用气泵和曝气砂头供气。

1.3 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD［7］；采用纳氏试剂分光光度法测定ρ（NH3-N）［7］；采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法测定ρ（NO2--N）［7］；采用酚二磺酸分光光度法测定ρ（NO3--N）［7］；采用过硫酸钾消解法测定TN［7］；按照文献［8］测定聚β-羟基丁酸（PHB）含量；采用DO测定仪测定DO。

2 结果与讨论

2.1 前置缺氧反硝化过程对废水处理效果的影响

缺氧时间对废水处理效果的影响见图1。由图1可见：前置缺氧段后，COD去除率和NH3-N去除率变化不大；TN去除率略有提高，但提高很小。这主要是因为进水后虽然有机物含量较高，但反应器内的ρ（NO3--N）较低，限制了脱氮作用。因此接种好氧颗粒污泥的SBR的脱氮过程主要是在好氧段实现。后续实验均未在进水后设置缺氧段。

图1 缺氧时间对废水处理效果的影响

2.2 曝气量对废水处理效果的影响

曝气量对废水处理效果的影响见图2。由图2可见：当曝气量为0.10 m3/h时，由于硝化作用不完全，出水COD、TN和ρ（NH3-N）均较高；曝气量为0.55 m3/h时出水中的TN和ρ（NO3--N）较高，分别为28.00 mg/L和26.47 mg/L；当曝气量为0.38 m3/ h时，出水中各指标均较低，TN和ρ（NO3--N）分别为22.16 mg/L和20.36 mg/L。

图2 曝气量对废水处理效果的影响

随曝气量的增加，废水DO逐渐增加。在曝气量为0.10 m3/h的条件下连续运行1 d，污泥开始发黑，这是由于反应器内DO较低，溶解氧无法进入颗粒内部，颗粒污泥内形成了厌氧环境，厌氧微生物大量繁殖，污泥变黑；将曝气量调至0.38 m3/h运行两个周期后，污泥恢复正常。可见好氧颗粒污泥形态及污染物去除性能均与水力条件密切相关。

2.3 曝气时间对废水处理效果的影响

曝气时间对废水处理效果的影响见图3。由图3可见：曝气5.5 h后，反应器内各种污染物浓度降至较低水平；继续延长曝气时间，污染物浓度降低不明显。

由图3还可见，COD的去除主要集中在曝气初期的1.5 h，而TN则在曝气2.5～5.5 h过程中逐渐降低。这是由于，反应液与颗粒污泥内部存在污染物浓度差，且颗粒污泥具有良好的吸附性能，因此污染物会向颗粒污泥内部快速渗透，导致运行初期COD快速下降。被吸附后的COD一部分被异养微生物利用，合成细胞物质；另一部分则以糖元或PHB的形式在微生物体内存储起来，糖元或PHB会在外界碳源缺乏时为微生物的生长和代谢提供能量；另外还有部分吸附在颗粒污泥上的COD未被利用，因此即使在液相中COD很低时，反硝化菌一方面可利用内碳源进行反硝化，另一方面可利用吸附的有机物进行反硝化。在曝气初期的1.5 h内，PHB含量快速升高；之后随运行时间的延长，COD迅速下降，PHB含量逐渐降低。这证明了反硝化过程所需的碳源是由胞内储存物PHB提供的。

图3 曝气时间对废水处理效果的影响

2.4 接种好氧颗粒污泥的SBR对味精废水的处理效果

在进水COD、ρ（NH3-N）和TN分别为1 000.00～1 300.00，70.00～130.00，100.00～200.00 m g/L的条件下，接种好氧颗粒污泥的SBR对COD、ρ（NH3-N）、TN的去除效果见图4～图6。由图4可见，在46 d的运行过程中，随运行时间的延长，出水COD略有升高，COD去除率略有下降，但基本维持在90%以上。由图5可见，虽然进水ρ（NH3-N）变化较大，但反应器对NH3-N的去除率一直维持在99%以上。由图6可见，运行35 d后，反应器对TN的去除率稳定在85%以上，由此可见，反应器对味精废水具有较好的反硝化效果。

图4 接种好氧颗粒污泥的SBR对COD的去除效果

图5 接种好氧颗粒污泥的SBR对NH3-N的去除效果

图6 接种好氧颗粒污泥的SBR对TN的去除效果

2.5 普通SBR与接种好氧颗粒污泥的SBR处理味精废水效果的对比

普通SBR与接种好氧颗粒污泥的SBR运行参数及味精废水处理效果的对比见表1。

表1 普通SBR与接种好氧颗粒污泥的SBR处理味精废水效果的对比

由表1可见，接种好氧颗粒污泥的SBR对味精废水的处理效果优于普通SBR，尤其TN去除率可基本稳定在85%以上。

3 结论

a） 采用接种好氧颗粒污泥的SBR处理味精废水，在进水COD、ρ（NH3-N）和TN分别为1 000.00～1 300.00，70.00～130.00，100.00～200.00 mg/L的条件下，COD、NH3-N和TN的去除率可分别维持在90%、99%和85%以上，实现了味精废水的高效脱氮处理。

b） 通过研究发现前置缺氧段对反应器脱氮效果影响较小，脱氮过程主要是在好氧段实现。

c） 接种好氧颗粒污泥的SBR曝气段的最佳工艺条件为：曝气量0.38 m3/h，曝气时间5.5 h。实验结果表明，有机物主要在曝气初期的1.5 h内被去除，其在微生物体内以PHB形式储存，以提供反硝化过程中所需要的碳源。

d） 与普通SBR相比，接种好氧颗粒污泥的SBR对味精废水的处理效果更好，尤其TN去除率可基本稳定在85%以上。

［1］ Schw A rzenb Eck N，Borges J M，Lderer E P A. Treatment of dairy ef fl uents in an aerobic granular sludge sequencing batch reactor［J］. Appl M icrobiol Biotechnol，2005，66（6）：711 - 718.

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［3］ 王建龙，张子健，吴伟伟. 好氧颗粒污泥的研究［J］.环境科学学报，2009，29（3）：449 - 473.

［4］ 张蓉蓉，任洪强，张志，等. 不同类型污泥接种源培养的好氧颗粒污泥脱氮性能比较［J］. 食品与生物技术学报，2006，25（4）：105 - 108.

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［7］ 原国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会. 水和废水监测分析方法［M］. 第4版. 北京：中国环境科学出版社，2002：211-213，279-281，271-274，259-261，255-257.

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Treatment of M onosodium G lutamate Production W astewater by Aerobic Granular Sludge Process

Zhao Qing1，He Qing2，Yu Luji2，Wang Zhen2，Yang Qiang2

（1. College of Civil Engineering and Architecture，Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450052，China；2. College of Hydraulic and Environmental Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450002，China）

Monosodium glutamate production wastewater was treated by aerobic granular sludge process. The experimental results show that：The effect of the pre-setting anoxic section on denitrification is little，and the denitrification process is mainly realized in the aerobic section；The optimum operation conditions in aerobic section are aeration rate 0.38 m3/h and aeration time 5.5 h；When COD，ρ(NH3-N) and TN of the influent are 1 000.00-1 300.00，70.00-130.00，100.00-200.00 mg/L，the removal rates of COD，ρ(NH3-N) and TN can reach more than 90%，99% and 85% respectively；The organic compounds are mainly removed during the first 1.5 h of aeration，and they are stored in microorganism cells in the form of poly-β-hydroxybutyrate， which is the carbon source for denitrification. Comparing with the conventional SBR，the aerobic granular sludge process has a higher effect on the treatment of monosodium glutamate production wastewater.

aerobic granular sludge；monosodium glutamate；simultaneous nitrification and denitrification；denitrification；poly-β-hydroxybutyrate；wastewater treatment

X703

A

1006-1878（2012）04 - 0325 - 04

2012 - 02 - 06；

2012 - 03 - 24。

赵晴（1979—），女，湖南省怀化市人，硕士，讲师，主要从事水污染控制方面研究。电话 13938545600，电邮 zhqing2008@163.com。

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2009zx07201-002-002.1）。

（编辑 王 馨）