反硝化除磷颗粒污泥的活性恢复及对生活污水处理能力 4页

第6卷第3期环境工程学报Ve1．6．NO．32012年3月ChineseJournalofEnvironmentalEngineerinMar．2012反硝化除磷颗粒污泥的活性恢复及对生活污水处理能力魏玉张捍民杨凤林张慧(大连理工大学环境学院工业生态与环境工程教育部重点实验室，大连116024)摘要实验利用序批式反应器(SBR)考察反硝化除磷颗粒污泥搁置1个月后重新投入运行，其活性恢复能力及对实际生活污水的处理效果。结果表明，颗粒污泥搁置后外观由淡黄色转变为灰黑色，颗粒重新投入反应器，11d后颜色基本恢复，污泥浓度及活性迅速增加；对COD处理能力的恢复历时14d，去除率稳定在80．32％以上；颗粒污泥对NH；一N和PO一一P的去除在40d时也恢复到正常水平；反硝化聚磷菌(DNPAOs)活性恢复期为50d。颗粒污泥对低碳氮比的实际生活污水处理结果显示，当C／N<5．1时(生活污水比例>60％)，无法满足系统内微生物生长要求，需要外加适量碳源进行补充。关键词反硝化除磷颗粒污泥反硝化聚磷菌活性恢复序批式反应器中图分类号X505文献标识码A文章编号1673-9108(2012)03—0839—04ActivityrecoveryandwastewatertreatmentabilityofdenitrifyingphosphorusaccumulatingorganismgranulesWeiYuZhangHanminYangFenglinZhangHui(KeyLaboratoryofIndustrialEcologyandEnvironmentalEngineering，SchoolofEnvironmentalScience＆Technology，DalianUniversityofTechnology，Dalianl16023，China)AbstractAsequencingbatchreactor(SBR)wasusedtostudytheperformanceofphysicalactivitiesandwastewatertreatmentabilityduringreactivationperiodafter1一monthstorage．Resultsshowedthatafterstoragethegranularsludgecolourbecamedark．Butthegranularappearancebecamebrownish—yellowafter11daysofreac—torrestartperiod．Also，whenSBRsystemwasrestarted，thegranularsludgewasstillabletoretaingoodabilityaftershort—timestorage．COD，NH：-N，PO～-Premovalabilitywasfullyreactivatedafter14d，40dand40d，respectively．DNPAOswerereactivatedafter50d．Wastewatertreatmentexperimentindicatedthatmieroorgan—ismcannotgrowwellwhenC／N<5．1，additionalcarbonsourceswereusedinthisexperimentandproportionofrealwastewaterwaskeptat60％．Keywordsdenitrifyingpolyphosphate—accumulatingorganismgranules；denitrifyingpolyphosphate—accu—mulatingorganisms(DNPAOs)；reactivation；sequencingbatchreactor(SBR)反硝化除磷颗粒污泥技术是利用颗粒自身成层以及活性恢复后对实际生活污水的处理能力，为反硝结构及反应器运行方式调控，在颗粒污泥内部富集化除磷颗粒污泥的工程应用提供技术支持。反硝化除磷细菌，使其在颗粒内部缺氧区以NO；为1实验材料与方法电子受体，利用内碳源PHB在反硝化脱氮的同时过量吸磷¨的新技术。该技术与传统脱氮除磷工艺1．1装置与运行条件比较，不仅可提高反应器脱氮除磷性能，而且能有效本实验所采用的序批式反应器(sequencingbatchreactor，SBR)由有机玻璃制成，有效体积3．1节省碳源和动力消耗、缩短沉降时间、降低污泥产量、减少占地面积，具有广阔的发展前景。基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878034)；大连市科技计颗粒污泥工艺运行过程中，常需颗粒污泥储存及划项目(2008E12SFI79)活性恢复，但未见反硝化除磷颗粒污泥搁置的研究收稿日期：2010—03—03；修订日期：2010一O4—14作者简介：魏玉(1984一)，女，硕士研究生，主要从事水污染控制研报道，本实验考察了搁置1个月的反硝化除磷颗粒污究工作。E，mail：573259229@qq．con泥性状变化，反应器重新启动后的颗粒活性恢复情况通讯联系人，E—mail：zhhanmin@126．con\n840环境工程学报第6卷L，高径比为5。反应器采用厌氧一好氧一缺氧的方式新投入反应器后，初期运行过程中有少量颗粒破碎运行。人工模拟废水由计量泵从反应器底部泵人反被冲出反应器，导致MLSS从6．034g／L下降到应器内。好氧条件利用空气压缩泵和气体流量计进5．614g／L(图1)。运行至11d时，灰黑色和淡红色行控制，厌氧、缺氧过程使用了搅拌仪确保颗粒均匀的颗粒全部消失，污泥基本恢复为淡黄色。随着运分布在反应器中，电磁阀控制出水，进出水位均由液行期间絮体的不断排出及选择压和剪切力的不断作位仪来控制。全过程不控制温度，均在室温(16±3用，污泥的颗粒化水平也不断提高。第l5天开℃)下运行。装置为间歇进水，每周期约460min，始，MLSS呈显著增长态势，并稳定在5．852g／L。其中进水5rain，厌氧120rain，好氧240min，缺氧90颗粒污泥的MLVSS／MLSS在4周内也基本达到搁rain，沉降时间视污泥具体沉降情况进行调整，排水置前的水平0．72。SVI在1个月后稳定于36．14g／2rain。反应器进出水体积交换率为50％。mL，颗粒的沉降性能显著提高。1．2接种颗粒污泥及颗粒污泥活性恢复期进水接种颗粒污泥是前期实验中利用丙酸钠培养出点：八来的反硝化除磷颗粒污泥，反硝化聚磷菌占聚磷菌～比例的41．75％。此污泥用去离子水清洗后放广口__o)一SVI瓶中密封，恒温4cC冷藏1个月。。75使用该冷藏过的污泥来使反应器重新启动。．一⋯一一o一7。章COD保持在300～400mg／L，NH4+-N为30mg／L，_—rPO一一P为5～15mg／L。营养液成分：C甜aC16∞0鲳rag／，宴√_I_ss0。6．▲L，MgSO4·7H2O251／1g／L，FeSO4·7H2O20mg／L，EDTA20mg／L；微量元素成分：FeC1·6H，O1．5mg／L，H3BO30．15mg／L，CuSO4。5H200．03mg／L，K10．03Ill【g／L，MnC1，·4H，O0．12mg／L，ZnC1，0．058mg／L，CoC12·6H2O0．15mg／L，Na2MoO4·2H，O0．06mg／L。其中营养液按体积比1：100投加，微量元素1：1000投加。2．2对污染物处理能力的恢复1．3生活污水的投加该反硝化除磷颗粒搁置前COD、NH4+一N、PO反硝化颗粒污泥活性逐渐恢复后，分5阶段在P平均去除率分别为80．41％、98．98％和98．78％。进水中逐渐增高生活污水的比例，依次为20％、由图2可知，冷藏搁置对COD处理能力有一定影40％、60％、80％和100％，剩余部分靠模拟废水进响，COD在恢复初期去除率波动较大，14d后稳定行补充。保持在73．2％以上。由于硝化菌是自养菌，且处于1．4分析方法颗粒内部，颗粒外层异养菌存在竞争且有传质阻力NH4+一N、NO／一N、NO；一N、PO：一一P、COD、MLSS、存在，硝化菌活性恢复所耗用时间相对较长，因MLVSS和SVI均采用标准方法测定；TN利用此，NH；．N的去除率从23d起才呈现缓慢的上升TNM一1总氮分析仪(ShimadzuCorporation，Japan)测趋势，40d达到97．82％。此阶段硝酸盐氮及亚硝定；污泥中DNPAOs占总PAOs的比例可通过好氧／酸盐氮平均出水浓度分别为3．67mg／L和0．14缺氧吸磷速率实验确定。mg／L。保持在较低水平。冷藏搁置对磷酸盐的处理效果影响相对较大，PO：一．P去除率在40d后才稳2结果与讨论定于98．23％。这是因为聚磷菌及反硝化聚磷菌大部2．1污泥性状的恢复分聚集在颗粒污泥的内层，储存期间传质通道受到污泥搁置前，颗粒外观呈淡黄色，大小均匀。搁了部分破坏，恢复初期的养分传递便会造成影响。置后，由于硫酸盐的产生，有少许颗粒呈现灰黑色，2．3反硝化聚磷菌活性恢复还有一些由于红曲霉的滋生而呈现淡红色外观缺氧条件下，DNPAOs可利用硝酸盐氮作为电的颗粒，但颗粒结构基本保持完整。将颗粒污泥重子受体进行反硝化吸磷，实现同步脱氮除磷；好\n第3期魏玉等：反硝化除磷颗粒污泥的活性恢复及对生活污水处理能力84186表1实验运行条件84Table1Operationalcharacteristicsineachteststage82錾80—实验阶段(按生活污水加入百分比划分)78参数IⅡⅢIVV76差74(20％)(40％)(60％)(80％)(100％)呈728实验时间(d)718303037OrJ薹6866时间(d)。I．。ⅡⅢⅣ。7图2COD、NH4+一N和P0一一P去除率随时间的变化_0-_----●-_：Fig．2VariationofCOD，NH4+一N，PO：一一P／。removalefficiencywithoperationtime‘争——Aa．●▲窿|▲▲▲▲l，▲▲▲“氧条件下，由于颗粒的特殊构造，颗粒内部也可实现H●．反硝化吸磷。图3给出了活性恢复期DNPAOs一‘．··．F‘··'‘●●●●●●比例随时间变化情况。搁置期使DNPAOs数量有所时间(d)下降，这是低温及营养物缺乏造成的。随着反应器-进水NH：一N—一进水NOj—N▲进水Po}一P一出水NH：-NN_z习z上乏*·出水NO3一N+进水NO-N持续运行，颗粒性状不断得到恢一复，县DN璐PdA-O0s数刺量’出水NO；-N--,ca--出水POj一-p从21d呈稳步上升趋势，并在50勰dM时加达到挖42％。4O图4NH4+一N、P0：一P、NO；一N和NO；一N进、出水浓度在不同阶段变化曲线Fig．4VariationofCOD，NH4+一N，PO～P，NO；一N墨羞NO；一Nconcentrationininfluentandefluent8《曼凸阶段I仅持续1周时间，此阶段污染物质去除完全，NH；-N的平均去除率为98．46％，对POi一一P去除率为99．47％。运行初期检测到NO；．N出水时ju3(d)图3DNPAOs随时间变化情况浓度增大，这一方面是因为生活污水的突然引入，系Fig．3VariationofDNPAzO．sw0zith*o习perat占iozn*timez上1N*丑统内硝化一反硝化过程受到一定程度的冲击；另一方一．1，s暑一避d_0山*习N-0z*面推测是内碳源不充足，导致缺氧期间DNPAOs对2．4对不同比例生活污水的处理能力电子受体利用不充分。反硝化除磷颗粒污泥在模拟污水重新启动进行阶段Ⅱ，生活污水所占比重增大，进水COD明活性恢复至50d后，其外观、颗粒污泥活性、污染物显降低(图5)，碳源数量的下降直接导致该阶段处理效果及内部反硝化聚磷菌数量均恢复到搁置前初期脱氮效率的下降。出水中检测到NO；．N的水平，对实际污水的处理能力是本阶段考察的指标。积累，对DNPAOs的生长产生一定程度的阻碍作采用分阶段逐步增加生活污水在进水中比例的用¨(图6)。方式进行试运行，每个阶段运行时间根据反应器处阶段Ⅲ中，进水COD平均值仅为165mg／L，但理效能结果有所不同(表1)。图4给出了不同运行C、N和P平均去除率可分别稳定在64．8％、阶段进出水各参数的变化情况。生活污水为大连凌79．17％和81．7％。DNPAOs含量维持在31％～水河污水处理厂曝气沉砂池出水。原水水质成分较34％之间。复杂，COD／TN平均为1．96，BOD／COD平均为阶段Ⅳ中生活污水比例达到80％，NH4+一N出0．38，主要水质参数为：COD84．2mg／L，NH4+34．31水为6mg／L，PO：一一P出水为4mg／L，COD平均去除率仅为46．5％，系统已不能维持良好的运行状mg／L，NO；0．91mg／L，NO；0．11mg／L。TN42．96态，对各项污染物质的去除也不能达标，但此阶段颗mg／L，P0一7．40mg／L。\n842环境工程学报第6卷-IⅡⅢ前的外观，14d后COD处理能力恢复。而氨氮处．理能力耗用恢复时间相对较长，于40d达到Ⅻ㈣⋯㈣、V舳印们97．82％。此外，由于聚磷菌及反硝化聚磷菌大部分一一＼．，_一。、-_静聚集在颗粒污泥的内层，储存期间传质通道会受到拦＼部分破坏，因而磷酸盐的处理效果恢复相对缓慢，40丑进水COD00制U——-一勰鏊d后达到98．23％。吕’．-。入、、，．、．．／(2)颗粒污泥对低碳氮比的实际生活污水处理U．．．-结果显示，当C／N>5．1时，系统脱氮除磷能力及时间(d)DNPAOs富集情况良好；当C／N<5．1时(生活污水图5COD进出水及去除率变化曲线比例>60％)，无法满足系统内微生物生长要求，需Fig．5CODconcentrationininfluent／要适当~b,hn碳源。effluentandremovalefficiency参考文献KubaT．．VanLoosdrechtM．C．M．，HeijnenJ．J．Phos—phorusandnitrogenremovalwithminimalcodrequirementbyintegrationofdenitrifyingd。phosphatationandnitrifica—tioninatwo—sludgesystem．WaterRes．，1996，30(7)：1702．171O蚕[2]王新华，张捍民，夏丽萍，等．好氧硝化颗粒污泥搁置8后活性恢复研究．环境科学，2007，1(11)：6-9WangX．H．，ZhangH．M．，XiaL．P．，eta1．Reactivation0characteristicsofstoredaerobicnitrifyinggranules．Envi—ron．Sci．，2007，1(11)：6-9(inChinese)[3]国家环境保护总局．水和废水监测分析方法(第4版)．时1~3(d北京：中国环境科学出版社，2002，243—284，368-370』4】HuJ．Y．，OngS．L．，NgW．J．，eta1．Anewmethodfor图6生活污水试运行阶段DNPAOs比例characterizingdenitrifyingphosphorusremovalbacteriabyusingthreedifferenttypesofelectronacceptors．WaterFig．6VariationofDNPAOsduringRes．，2003，37(11)：3463—3471wastewatertreatmenttime[5]刘宏波，杨昌柱，濮文虹，等．好氧颗粒污泥活性恢复的实验研究．中国给水排水，2008，24(19)：16—19LiuH．B．，YangC．Z．，PuW．H．，eta1．Experimentalre—粒形态并未出现异常，无显著破碎解体现象。searchonactivityrecoveryofaerobicgranularsludge．China阶段V进水100％为生活污水，COD仅84～WaterWastewater，2008，24(19)：16—19(inChinese)107mg／L。阶段V运行第2天，便出现颗粒破碎现[6]邱兆富，周琪，杨殿海．低碳氮比城市污水短程生物脱氮象，第3天，颗粒破碎现象加剧，对COD、NH4一N和试验研究．工业水处理，2006，26(11)：35—38Qiuz．F．，ZhouQ．，YangD．H．，eta1．Short-cutnitrifica—PO：一P已基本无处理效果。tionanddenitrificationoflowC／Nratiomunicipal综合考虑污染物去除效果、颗粒形态和反硝化wastewaterinapilot—scaleresearch．Indus．WaterTreat．．聚磷菌富集比例等多方面因素后，立即调整反应器2006，26(11)：35—38(inChinese)[7]MoyB．Y．P．，TayJ．H．，TohS．K．Highorganicload—进水，恢复到阶段Ⅲ(C／N比约为5．1)运行，1周后inginfluencethephysicalcharacteristicsofaerobicsludge处理效果便有了明显的改善。厌氧段COD去除占granules．Lett．App1．Microbio1．，2002，34(6)：407412总去除量的87％以上，好氧段颗粒吸磷量也逐步上『8]LiuY．Q．，LiuY．，TayJ．H．Relationshipbetweensizeandmasstransferresistanceinaerobicgranules．Lett．Ap．升，C、N和P的去除率也恢复正常。由此可见，当p1．Microbio1．，2005，40(5)：312—315C／N>5．1时，反硝化除磷颗粒污泥系统脱氮除磷『9]GulsumYilmaz，RomainLemaire，JurgKeller，eta1．Sim—能力及DNPAOs富集情况良好；当C／N<5．1时(生uhaneousnitrification，denitrification，andphosphorusre—moralfromnutrient．richindustrialwastewaterusinggranu-活污水比例>60％)，无法满足系统内微生物生长larsludge．Biotechno1．Bioeng．，2007，100(2)：529-541要求，需要外加适量碳源。『1O]GildaCarvalho，PauloC．Lemos，AdrianOehmen，eta1．Denitrifyingphosphorusremoval：Linkingtheprocessper—3结论formancewiththemicrobialcommunitystructure．WaterRes．，2007．41(11)：4383-4396(1)实验结果表明，在没有外加营养物质及溶[11]ZengR．J．，SaundersA．M．，YuanZ．，eta1．Identifica-解氧等情况下，将反硝化除磷颗粒污泥恒温冷藏1tionandcomparisonofaerobicanddenitrifyingpolyphos—phate-accumulatingorganisms．Biotechno1．Bioeng．，个月重新运行后，污泥在较短期内恢复活性是可行2003a，83(2)：140—148的。重新启动至11d时，颗粒污泥基本恢复到搁置