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摘要采用有機物浓度低的城市污水,以好氧絮状活性污泥为接种污泥,在序批式反应器(SBR)中培养好氧颗粒污泥,并考察其动力学。结果表明,通过对剪切力、沉降时间等运行参数的调控,反应器中第16d出现细小颗粒,40d后趋于成熟。成熟后的颗粒污泥粒径可达0.7 mm。动力学模拟结果表明,相应的动力学参数(最大比降解速率)、Ks(半饱和常数)、Y(污泥产率系数)Kd(污泥衰减系数)分别为18.172、739.87mg/L、0.183 kgMLVSS / kgCOD 、0.0109 d-1。
关键词城市污水;颗粒化;动力学;好氧颗粒污泥
中图分类号X703文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0093-01
1材料与方法
1.1试验装置与启动
试验采用圆柱型SBR反应器,反应器内径均为7cm,高为120cm,有效容积4.6L,容积交换比分别为50%。采用空气压缩机供气,通过玻璃转子流量计控制曝气量,微孔粘砂曝气头曝气。 SBR单周期循环时间为4h,其中进水5min,曝气210min-227min,沉淀3min-20min,出水5min。整个过程采用微电脑时间控制器控制。
1.2试验用水及接种污泥
进水为合肥市某污水处理厂城市污水,试验阶段进水COD 100-200 mg/L、NH-N 15-30 mg/L、PO43--P(mg P/L) 1-10 mg/L、pH 6.5-7.5。接种污泥为该污水处理厂回流污泥。污泥呈深灰色,结构松散,外形不规则呈絮状。接种后反应器中MLSS为4300mg/L,SVI 为100 mL/g。
1.3分析项目和方法
COD、SV、SVI、MLSS、MLVSS均采用国家标准方法,污泥形态通过奥林巴斯CX31型光学显微镜观察并用奥林巴斯数码相机采集图像。
2结果与分析
2.1 好氧颗粒污泥的培养
运行前5d,反应器中的污泥颜色均逐渐变浅至浅灰色。在第16d取泥样,发现细小的好氧颗粒污泥出现。随着沉降时间的调整,各反应器中污泥颜色逐渐为黄褐色,好氧颗粒数量增多,粒径有所增大,运行至40 d后,基本趋于成熟。成熟的颗粒污泥粒径可达0.7 mm左右,与其它文献[5-6]相比,本实验培养的好氧颗粒粒径较小,原因可能与本实验中城市污水水质波动大且有机物浓度较低有关。好氧颗粒污泥的结构相对较为密实,较低有机负荷条件下,使扩散进入颗粒污泥内部一定深度的有机物数量受限,处于内部较深层的微生物无法获得满足自身生长繁殖所需要的足够碳源,从而限制了好氧颗粒污泥粒径的增大。
2.2好氧颗粒污泥对基质降解动力学研究
基质降解的动力学涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素之间的关系,主要描述决定底物降解速度的各项因素及其相互间的关系。有研究表明在反应系统中,基质降解速率与颗粒中的微生物浓度及颗粒周围的底物浓度密切相关,一般地,这种关系可用类似于Monod’s方程描述:
(1)
式中,为比降解速率 ,为最大比降解速率,为饱和常数,为基质浓度。
对等式(1)两边同时取倒数:
(2)
分别选取5组不同体积成熟好氧颗粒污泥2L、1L、0.7L、0.5L、0.4L;取污水厂进水10L作为试验进水,每组2L。取好氧颗粒与污水各一组倒入反应器中,曝气1.5h后取出水,测其COD。以为纵轴,为横轴,将试验中所得各组数据作图(如图1),所得直线斜率为,纵轴截距为。求得动力学参数为:为739.87mg/L,为18.172,有机底物降解动力学方程为:
(3)
图1好氧颗粒污泥降解动力学
试验所得的结果与相关报道中的常数有些差别,该好氧颗粒污泥的与明显高于普通活性污泥相应的(2-10)与(15 mg/L -70mg/L),这说明微生物活性高于普通活性污泥,并可看出好氧颗粒污泥具有处理高浓度有机废水的能力。
2.3好氧颗粒污泥生长动力学研究
根据微生物增长与基质利用的关系,可推出微生物增长动力学方程::
= (4)
其中,为污泥龄,为污泥负荷率,污泥产率系数,污泥衰减系数(微生物的自身氧化率)。
在反应器中,以不同进水COD浓度,控制不同的污泥龄和污泥浓度连续运行,监测出水COD,以及MLVSS。以1/为纵坐标, 为横坐标作图(如图2),求出颗粒污泥生长动力学系数Y(污泥产率系数)为0.183 kgMLVSS / kgCOD,(污泥衰减系数(微生物的自身氧化率))为0.0109 d-1。
图2好氧颗粒污泥增长动力学
与普通活性污泥的污泥产率系数(0.25-0.4 kgMLVSS / kgCOD)相比,好氧颗粒污泥的产率系数较小,这说明好氧颗粒污泥剩余污泥量少的原因,大大减少了剩余污泥的处置费。
3结论
1)在SBR反应器中,采用有机物浓度低的城市污水,以好氧絮状活性污泥为接种污泥,通过对剪切力、沉降时间等运行参数的调控,反应器中第16d出现细小颗粒,40d后趋于成熟,成熟后的颗粒污泥粒径可达0.7 mm。成功实现了好氧颗粒污泥的培养。
2)动力学模拟结果表明,相应的动力学参数(最大比降解速率)、(半饱和常数)、Y(污泥产率系数)(污泥衰减系数)分别为18.172、739.87mg/L、0.183 kgMLVSS / kgCOD 、0.0109 d-1。与普通活性污泥相比,好氧颗粒污泥最大比降解速度相对较大,产率系数相对较小,这充分说明好氧颗粒污泥降解速度快,剩余污泥量少。由此可见,该技术有着良好的应用前景。
参考文献
[1]de Kreuk M K, Heijnen J J, van Loosdrecht M C M. Simultaneous COD, nitrogen and phosphate removal by aerobic granular sludge[J]. Biotechnology Bioeng,2005,90(6):761-769.
[2]杨国靖,李小明,曾光明等.利用好氧颗粒污泥实现同时除磷脱氮[J].中国给水排水,2005,21(2):18-22.
[3]阮文权,卞庆荣,陈坚. COD与DO对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响[J].应用与环境生物学报,2004,10(3):366 -369.
[4]国家环保总局.水和废水监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002.
关键词城市污水;颗粒化;动力学;好氧颗粒污泥
中图分类号X703文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0093-01
1材料与方法
1.1试验装置与启动
试验采用圆柱型SBR反应器,反应器内径均为7cm,高为120cm,有效容积4.6L,容积交换比分别为50%。采用空气压缩机供气,通过玻璃转子流量计控制曝气量,微孔粘砂曝气头曝气。 SBR单周期循环时间为4h,其中进水5min,曝气210min-227min,沉淀3min-20min,出水5min。整个过程采用微电脑时间控制器控制。
1.2试验用水及接种污泥
进水为合肥市某污水处理厂城市污水,试验阶段进水COD 100-200 mg/L、NH-N 15-30 mg/L、PO43--P(mg P/L) 1-10 mg/L、pH 6.5-7.5。接种污泥为该污水处理厂回流污泥。污泥呈深灰色,结构松散,外形不规则呈絮状。接种后反应器中MLSS为4300mg/L,SVI 为100 mL/g。
1.3分析项目和方法
COD、SV、SVI、MLSS、MLVSS均采用国家标准方法,污泥形态通过奥林巴斯CX31型光学显微镜观察并用奥林巴斯数码相机采集图像。
2结果与分析
2.1 好氧颗粒污泥的培养
运行前5d,反应器中的污泥颜色均逐渐变浅至浅灰色。在第16d取泥样,发现细小的好氧颗粒污泥出现。随着沉降时间的调整,各反应器中污泥颜色逐渐为黄褐色,好氧颗粒数量增多,粒径有所增大,运行至40 d后,基本趋于成熟。成熟的颗粒污泥粒径可达0.7 mm左右,与其它文献[5-6]相比,本实验培养的好氧颗粒粒径较小,原因可能与本实验中城市污水水质波动大且有机物浓度较低有关。好氧颗粒污泥的结构相对较为密实,较低有机负荷条件下,使扩散进入颗粒污泥内部一定深度的有机物数量受限,处于内部较深层的微生物无法获得满足自身生长繁殖所需要的足够碳源,从而限制了好氧颗粒污泥粒径的增大。
2.2好氧颗粒污泥对基质降解动力学研究
基质降解的动力学涉及基质降解与基质浓度、生物量等因素之间的关系,主要描述决定底物降解速度的各项因素及其相互间的关系。有研究表明在反应系统中,基质降解速率与颗粒中的微生物浓度及颗粒周围的底物浓度密切相关,一般地,这种关系可用类似于Monod’s方程描述:
(1)
式中,为比降解速率 ,为最大比降解速率,为饱和常数,为基质浓度。
对等式(1)两边同时取倒数:
(2)
分别选取5组不同体积成熟好氧颗粒污泥2L、1L、0.7L、0.5L、0.4L;取污水厂进水10L作为试验进水,每组2L。取好氧颗粒与污水各一组倒入反应器中,曝气1.5h后取出水,测其COD。以为纵轴,为横轴,将试验中所得各组数据作图(如图1),所得直线斜率为,纵轴截距为。求得动力学参数为:为739.87mg/L,为18.172,有机底物降解动力学方程为:
(3)
图1好氧颗粒污泥降解动力学
试验所得的结果与相关报道中的常数有些差别,该好氧颗粒污泥的与明显高于普通活性污泥相应的(2-10)与(15 mg/L -70mg/L),这说明微生物活性高于普通活性污泥,并可看出好氧颗粒污泥具有处理高浓度有机废水的能力。
2.3好氧颗粒污泥生长动力学研究
根据微生物增长与基质利用的关系,可推出微生物增长动力学方程::
= (4)
其中,为污泥龄,为污泥负荷率,污泥产率系数,污泥衰减系数(微生物的自身氧化率)。
在反应器中,以不同进水COD浓度,控制不同的污泥龄和污泥浓度连续运行,监测出水COD,以及MLVSS。以1/为纵坐标, 为横坐标作图(如图2),求出颗粒污泥生长动力学系数Y(污泥产率系数)为0.183 kgMLVSS / kgCOD,(污泥衰减系数(微生物的自身氧化率))为0.0109 d-1。
图2好氧颗粒污泥增长动力学
与普通活性污泥的污泥产率系数(0.25-0.4 kgMLVSS / kgCOD)相比,好氧颗粒污泥的产率系数较小,这说明好氧颗粒污泥剩余污泥量少的原因,大大减少了剩余污泥的处置费。
3结论
1)在SBR反应器中,采用有机物浓度低的城市污水,以好氧絮状活性污泥为接种污泥,通过对剪切力、沉降时间等运行参数的调控,反应器中第16d出现细小颗粒,40d后趋于成熟,成熟后的颗粒污泥粒径可达0.7 mm。成功实现了好氧颗粒污泥的培养。
2)动力学模拟结果表明,相应的动力学参数(最大比降解速率)、(半饱和常数)、Y(污泥产率系数)(污泥衰减系数)分别为18.172、739.87mg/L、0.183 kgMLVSS / kgCOD 、0.0109 d-1。与普通活性污泥相比,好氧颗粒污泥最大比降解速度相对较大,产率系数相对较小,这充分说明好氧颗粒污泥降解速度快,剩余污泥量少。由此可见,该技术有着良好的应用前景。
参考文献
[1]de Kreuk M K, Heijnen J J, van Loosdrecht M C M. Simultaneous COD, nitrogen and phosphate removal by aerobic granular sludge[J]. Biotechnology Bioeng,2005,90(6):761-769.
[2]杨国靖,李小明,曾光明等.利用好氧颗粒污泥实现同时除磷脱氮[J].中国给水排水,2005,21(2):18-22.
[3]阮文权,卞庆荣,陈坚. COD与DO对好氧颗粒污泥同步硝化反硝化脱氮的影响[J].应用与环境生物学报,2004,10(3):366 -369.
[4]国家环保总局.水和废水监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002.