溶解氧对好氧颗粒污泥处理城市污水的影响

2021-08-16张颜金文博付丽丽梁纪灵鹿钦礼张伦秋

辽宁石油化工大学学报 2021年4期

关键词：溶解氧碳源城市污水

张颜，金文博，付丽丽，梁纪灵，鹿钦礼，张伦秋

溶解氧对好氧颗粒污泥处理城市污水的影响

张颜，金文博，付丽丽，梁纪灵，鹿钦礼，张伦秋

（辽宁石油化工大学土木工程学院，辽宁抚顺 113001）

溶解氧；好氧颗粒污泥；同步硝化反硝化；生物除磷； SBR

1 试验部分

1.1 试验装置及方案

选取质地为PMMA的SBR反应器，其有效高度为110 cm，在反应器侧壁距底部33～77 cm处预留出5个出水口，相邻出水口间距11 cm。反应器侧壁为双层结构，内壁直径为9 cm，内外壁之间为恒温循环热水浴套管，用于保证适宜的试验温度。下部以半径为9 cm的半球形设备作为泥斗，泥斗的可利用容积为7 L。系统进水通过设置高位水箱实现，依靠重力势能进行排水。利用空气压缩机向SBR反应器中供给空气使水体获得溶解氧，采用微型小孔曝气器，进气量通过空气流量计控制。试验装置如图1所示。SBR反应器每天运行两个周期，每个运行周期内各工序运行时长见表1。试验装置设置微电脑计时器自动控制系统，设置好进水、曝气和排水的起止时间，自动开关电磁阀，从而实现进水、出水和曝气各工序的全自动运行。

图1　试验装置示意图

表1　周期内各工序运行时长

1.2 原水水质

进水采用人工配水模拟实际城市污水，分别以无水CH3COONa、NH4Cl和KH2PO4作为碳源、氮源和磷源，其质量浓度见表2。

表2　试验用水成分及其质量浓度

为促进微生物生长，进水中按1 mL/L的比例加入营养液，营养液成分及其质量浓度见表3。

表3　营养液成分及其质量浓度

1.3 溶解氧的控制

A.Mosquera-Corral等[19]在研究中发现，当系统中DO质量浓度过低时，AGS系统的稳定性会受到影响，形成的污泥颗粒容易破碎。杨麒[20]发现，当DO质量浓度小于1 mg/L时，容易导致由丝状菌膨胀引起的AGS解体，不利于系统的稳定运行。

本文通过改变曝气量来控制SBR中DO质量浓度。曝气量一方面影响DO质量浓度，另一方面影响水力剪切力。较大的水力剪切有利于胞外多糖的产生，促进丝状菌紧密缠绕，形成结构密实的颗粒污泥，其稳定性也较高，但高水力剪切力和高溶解氧也意味着高能耗[21-23]。所以，通过改变曝气量控制SBR中的DO质量浓度：3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L、1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L（在每个DO质量浓度控制范围内运行7 d），研究DO质量浓度对SBR反应器中AGS系统处理效果的影响。

1.4 试验分析方法

每天任意选取SBR反应器一个周期的出水，对出水中的各污染物指标进行检验测量。监控测量的项目、分析方法及仪器见表4。

表4　监控测量的项目、分析方法及仪器

2 结果与分析

2.1 AGS的形成和驯化

2.1.1AGS的形成机理及影响因素 AGS的形成过程是一个物理、化学和生物共同作用的复杂过程，受进水底物的类型、COD负荷、碳氮比、水力剪切力、SBR反应器的高径比和沉淀时间等诸多因素的影响[24-26]。对AGS形成的机理并没有统一的认识，现有的假说分类[27]见表5。

表5　AGS形成的机理分类

2.1.2AGS的形成培养和驯化接种絮状污泥在SBR反应器中经过一周左右的适应时间，将沉降时间从30 min逐渐降低，最后控制在3 min，将沉降性能不好的污泥洗出SBR反应器，以改善污泥的沉降性能。各阶段AGS的外部形态变化如图2所示。

图2　各阶段AGS的外部形态变化

由图2可见，30 d后污泥颜色由深褐色逐渐变为土黄色，并出现一些细小的颗粒；90 d后，原来的絮状污泥几乎全部转变成橙黄色、小米粒状的颗粒状污泥。在较高的进水负荷下继续培养，120 d后，好氧颗粒污泥颜色由浅黄色逐渐变为橙黄色，外部轮廓规则，表面光滑，近似球形或椭球形，粒径均匀，平均粒径为1～2 mm，结构密实，标志着好氧颗粒污泥成熟。

2.2 对COD去除效果的影响

在不同DO质量浓度下，对AGS进水和出水的COD进行检测，结果如图3所示。

图3　DO质量浓度对COD去除效果的影响

由图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时，进水COD质量浓度为300～400 mg/L，COD的平均去除率分别为92.22%、92.34%和91.85%，均高于90%，处理效果均很好且无明显差异。这说明，只要SBR中的DO质量浓度保持在1 mg/L以上，对COD的去除率影响不大。这主要有三方面的原因：一是试验进水COD采用乙酸钠作为碳源，乙酸钠为小分子碳源，容易被生物降解；二是在完全好氧条件下，好氧颗粒污泥中的好氧区域足够大，存在大量的异养菌，以乙酸钠作为碳源进行生命代谢消耗碳源，从而去除城市污水中的COD；三是为了保证一定的DO质量浓度，需要向SBR系统中曝气，曝气过程产生的水力剪切力有利于EPS（胞外聚合物）的形成，EPS对COD也有很好的吸收效果。

2.3 对NH-N去除效果的影响

图4　DO质量浓度对NH-N去除效果的影响

2.4 对TN去除效果的影响

在不同DO质量浓度下，对AGS进水和出水的TN质量浓度进行检测，结果如图5所示。

图5　DO质量浓度对TN去除效果的影响

由图5可知，当3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L时，进水TN质量浓度为40～50 mg/L，AGS系统的平均出水TN质量浓度分别为17.198、12.832、8.189 mg/L，在三个不同DO质量浓度下，出水TN质量浓度差异较大。当3 mg/L≤

图6　不同DO质量浓度下的出水NH-N、NO-N和NO-N质量浓度

2.5 对P去除效果的影响

在不同DO质量浓度下，对AGS进水和出水的P质量浓度进行检测，结果如图7所示。

图7　DO质量浓度对P处理效果的影响

由图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时，进水P质量浓度为8～12 mg/L，P的去除效果无明显变化，去除率为73.62%～77.95%，平均去除率为75.80%。这可能是因为：DO质量浓度虽然影响聚磷菌好氧吸磷的速率，但只要保证足够的好氧时间，聚磷菌的吸磷量可以得到保证，因此在好氧时间足够的条件下，DO质量浓度对出水中P的质量浓度影响不大，出水中P质量浓度为3 mg/L左右。

3 结论

（2） TN去除效果受DO质量浓度的影响显著，当3 mg/L≤（DO）＜4 mg/L、2 mg/L≤（DO）＜3 mg/L和1 mg/L≤（DO）＜2 mg/L时，TN去除率分别为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）