EGSB反应器快速培养微氧颗粒污泥

翟梅，刘晓，曹国凭

(河北联合大学建筑工程学院，河北唐山，063009)

微氧技术是近几年才逐渐发展起来的一种新型的废水处理技术，迄今还未给出一个严格的定义，但从很多文献中可以看出，微氧一般指反应器内的环境溶解氧的质量浓度在0.3～1.0 mg/L［1-3］，在此环境下通过培养微氧颗粒污泥来降解有机物。微氧颗粒污泥一般是通过消化污泥或厌氧颗粒污泥适当地添加溶解氧而培养起来的［3］。微氧颗粒污泥是多种微生物的共生体，可以提高反应器生物量和泥水分离效果，从而使反应器高效稳定的运行［4］。微氧EGSB反应器结合了厌氧与好氧的优点，即在微厌氧环境下(如颗粒污泥的内部厌氧与外部好氧)，厌氧菌和好氧菌可以在同一个反应器内同时新陈代谢，使一些在绝对好氧或绝对厌氧情况下不能降解或不能彻底降解的物质得以降解［5］。

1 材料和方法

1.1 试验装置

试验装置如图1所示。EGSB反应器高度1.9 m，有效体积10L。其中反应区高1.5 m，内径为7 cm。对EGSB反应器的回流水进行曝气，通过回流水中溶解氧的控制和调节回流比使EGSB反应器处于微氧状态。试验中控制各反应器的水温在25℃左右。

图1 试验装置

1.2 接种污泥和实验用水

试验的接种污泥为市政污水厂的剩余污泥，取自唐山市北郊污水厂。所取污泥为脱水后的污泥饼，在脱水之前添加了絮凝剂。把泥饼用自来水浸泡过夜，产生大量气泡，表明污泥中含有大量的厌氧微生物。因为添加了絮凝剂，所以浸泡后的污泥自行粘结成团。把浸泡好的泥饼用孔径2 mm的标准筛筛选，去除大的泥团，然后接入反应器。微氧EGSB反应器的接种污泥浓度为8.6gMLSS/L。

采用模拟生活污水培养颗粒污泥。碳源为蔗糖、啤酒和乙酸钠。氮源为氯化铵，磷源为磷酸二氢钾。控制配水COD在400 mg/L左右，氨氮在30～40 mg/L，总磷在4 mg/L左右。用小苏打调节pH在中性范围。为保证厌氧反应器良好的运行，每天向反应器中加入10 mL稀释后的微量元素(含Fe、Co、Ni和S2－等)。

1.3 分析方法

COD、氨氮、混合液悬浮固体(MLSS)、污泥容积指数(SVI)均采用标准方法［6］;pH采用pH－3C酸度计测定;溶解氧采用DO200便携式溶氧仪测定;颗粒污泥形态用光学显微镜观察;颗粒污泥粒径分布采用筛分法;颗粒污泥沉速采用某一粒径区间颗粒在水温20℃、水深50 cm的量筒中作自由沉降时的平均沉速。

1.4 实验方法

在24～26℃条件下，保持HRT=6 h左右，回流桶内的DO在7.3 mg/L左右，逐步提高回流比来增加反应区的上升流速和充氧量。定时取样在显微镜下观察污泥形态，以形成轮廓清晰，结构紧凑，沉降迅速的颗粒污泥，且其在污泥干质量中占据相当比例来界定颗粒污泥培养成功。运行参数调节过程见表1。

表1 运行参数调整

2 结果与讨论

2.1 颗粒污泥形成过程

15天左右时从各个取样口取样观察，污泥床中下部出现颗粒状污泥，结构比较完整，颗粒轮廓还不是很清晰，颗粒边缘并不光滑。污泥床上部仍为絮状污泥。随后增大回流比，提高上升流速和反应器充氧量，污泥沉降性能良好。运行23天时颗粒污泥已经初步形成，继续培养，颗粒污泥轮廓趋于规则，结构更加紧密。30天时，反应器内的污泥已基本转化为光滑致密的颗粒污泥。培养期间污泥形态变化过程见图2。

图2 微氧颗粒污泥的形成过程

图3是EGSB反应器污泥粒径分布变化。由图可知:16 d后，污泥粒径在小于0.355 mm范围内的颗粒污泥最多，是总体的33.6%，其次为0.45～0.9 mm范围内的颗粒污泥，是总体的29.8%，粒径在0.355～0.45 mm范围内的污泥是总体的25.5%。31 d后，小于0.355 mm范围内的颗粒污泥减少到总体的25.1%，0.355～0.45 mm范围内的颗粒污泥减少到总体的21.3%，0.45～0.9 mm范围内的颗粒污泥增加到了36.8%，其他范围内的颗粒污泥均有少量的增加。由此可知EGSB反应器维持一定的溶解氧有利于颗粒污泥的形成，适当的溶解氧易促进颗粒污泥的快速形成。

图3 EGSB反应器颗粒污泥粒径分布变化

图4是EGSB反应器污泥沉降性能的变化。由图可知:培养了16 d的颗粒污泥沉降性比培养了31 d的颗粒污泥沉降性好，其主要原因是微氧反应器的回流比较大，造成了溶解氧过多，从而影响了微氧反应器中颗粒污泥的形成，如果延长本实验，在后期培养过程中，在微氧反应器中维持适宜的溶解氧，那么颗粒污泥的沉降性会有所改善。

图4 EGSB反应器颗粒污泥沉降性能变化

2.2 COD和氨氮去除效果

EGSB反应器对COD的去除效果见图5。由图可知:在反应器启动初期，保持上升流速为2.8 m/h，当HRT为4.6 h，回流比R为4:1时，COD去除率在54% ～71%。为了提高进水浓度，保证有充足的营养进入污泥反应区，并且为了保持反应器中有一定的溶解氧，以加快颗粒污泥的快速成长，遂将HRT缩短至3.7 h，回流比R调高至8:1，同时上升流速升高为6.3 m/h。此时COD去除率在71% ～81%，COD去除率明显提高，说明反应器中存在适量的溶解氧有利于COD的去除。HRT为6 h，回流比为9:1时，微氧反应器的COD去除率依然很高，维持在70% ～87%。由此证明，适当的溶解氧可以促进颗粒污泥的快速形成。

图5 EGSB反应器对COD去除效果

图6是EGSB反应器对氨氮的去除效果。由图可知，微氧反应器出水的氨氮含量基本维持在10mg/L以下，对于进水中氨氮的去除效果很好。其原因是反应器中溶解氧的存在，有利于为颗粒污泥的内部造成一个缺氧的环境，同时在颗粒污泥的外部又创造了一个微氧的环境，这就将硝化与反硝化同时融入一个反应器中，硝化反硝化反应同时进行［7］。

图6 EGSB反应器对氨氮去除效果

3 结论

在EGSB反应器中保持适量的溶解氧，并不会影响甲烷菌的正常活动，反而可以促进颗粒污泥的快速形成。在微氧条件下，颗粒污泥有较大的粒径，大多数＞0.45 mm，沉降性好，且对氧的穿透具有适当的抵制作用，可使颗粒外部有一定的氧浓度，而内部形成缺氧的微环境，使硝化细菌和反硝化细菌具备各自适合的空间，有利于硝化和反硝化的同时进行。当维持微氧反应器内的HRT为6 h，回流比R为9时，对于进水COD

和氨氮去除率分别为80% ～90%、80% ～90%。运行稳定后出水COD维持在50 mg/L以下，氨氮维持在10 mg/L以下。

［1］ 高立杰，肖羽堂，高冠道，马程.微氧水处理技术的特性及应用研究进展［J］.工业用水与废水，2007，38(2):5-8.

［2］ 陈元彩，陈竹，蓝惠霞，付时雨，郭靖.微氧条件下固定化颗粒污泥的氯酚降解及菌群结构［J］.华南理工大学学报，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，吕炳南，赵庆良.限氧EGSB反应器内颗粒污泥性能研究［J］.安全与环境学报，2007，7(5):27-31.

［6］ 国家环保总局.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京:环境科学出版社，2006，211-279.

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