论文部分内容阅读
摘要：以水蚯蚓为研究对象，绍兴污水处理厂剩余污泥为底物，研究曝气供氧方式和搅拌供氧方式对水蚯蚓污泥减量效果以及生长情况的影响。研究表明，反应器中接种水蚯蚓能大幅度提高污泥减量效果，第一阶段试验发现曝气组的污泥减量率高于搅拌组，但是搅拌组的水蚯蚓生长情况较好；第二阶段试验采用搅拌供氧方式，调整进泥量，试验发现其污泥减量率MLSS41.3%、MLVSS46.2%均高于第一阶段污泥减量率MLSS34.9%、MLVSS39.3%。
关键词：水蚯蚓；污泥减量；生物捕食
中图分类号：[TU992.3] 文献标识码：A
1.引言
活性污泥法是当今应用最广泛的污水生物处理方法，但同时产生大量的剩余污泥(Wei, Van Houten et al. 2003)。目前剩余污泥的处理与处置费用约占污水处理厂总运行费用的25%~40%，甚至高达60%。此外，随着法律、法规对污水处理的要求愈益严格，污水处理厂今后将产生更多的剩余污泥。因此，剩余污泥减量技术的开发与研究日益受到关注。
近年的研究发现，利用原、后生动物捕食细菌的特点，以减少剩余污泥的产量，例如，蠕虫的大量生长能够大幅减少剩余污泥的产量。蠕虫是活性污泥中观察到的最大后生动物，主要类型有仙女虫、红斑瓢体虫和颤蚓。但是蠕虫的污泥减量效果受到污泥种类与性质的影响，因此本研究以水蚯蚓为研究对象，绍兴污水处理厂一期工程剩余污泥为底物，考察水蚯蚓生长在剩余污泥中的污泥减量效果。
2.材料与方法
2.1反应器
如图1所示，反应器尺寸为580 mm×400 mm×320 mm，有效高度215 mm，有效体积50L。生物载体为弹性立体填料，Φ130。
1——弹性立体填料
2——曝气器
图1反应器示意图
2.2试验污泥与水蚯蚓
2.2.1试验污泥
绍兴污水处理厂一期工程剩余污泥
2.2.2水蚯蚓
本研究选取从黄浦江打捞的水蚯蚓为试验对象，水蚯蚓实为颤蚓的混合种，主要包括霍夫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)和正颤蚓(Tubifex tubifexMüller)等。其中霍夫水丝蚓占主要组分，下图分别为其在解剖镜下的照片及鉴定照片。这3个种属均是最常见、全世界分布最广的颤蚓科蠕虫，并且耐污染，常作为有机污染水体和富营养化水体的指示生物，同时也是污泥减量研究中最常用的颤蚓种类。文中如不加特别说明，将用“水蚯蚓”指代这类混合种颤蚓科蠕虫。
图1 霍甫水丝蚓 图2 正颤蚓
图4 苏氏尾鳃蚓
水蚯蚓湿重称量方法：准备好铝箔纸，用细针在铝箔纸上以同心圆形式扎满小孔。然后将水蚯蚓用滤网滤去大部分的水分，放到事先扎好小孔的铝箔纸上，在铝箔纸下垫吸水纸，轻轻按压铝箔纸，将水蚯蚓体表附着的水分吸干，直至吸水纸无法吸出水分为止，最后将水蚯蚓转移至电子天平称重。
2.3试验方法
沈晓明等研究发现适合水蚯蚓污泥减量的最佳环境条件为DO 3 mg/L、pH 6.5、T 22.5℃。因此，试验期间主要控制pH、水温和溶解氧等环境条件，其监测方法：将每个反应器划分为五个监测区域（见图2），每天监测。
试验共设三个反应器，分别为：1号曝气组、2号搅拌组、3号对照组（见图5）。
1号曝气组 2号搅拌组 3号对照组
（①~⑥为环境因子pH、DO及水温监测点）
图5 各反应器平面图以及环境因子监测点分布图
试验按照一天一周期的运行方式，监测每个周期的进泥量、进泥浓度，反应器内MLSS、MLVSS以及出水SS、VSS。考察每个周期各反应器的污泥减量率以及整个试验期间水蚯蚓的污泥减量效率，将其定义如下：
反应器运行周期操作过程：进泥20min，曝气22.5h，静置沉淀1h，出水10min。第一阶段进泥量20L，第二阶段进泥量15L。
3.结果与讨论
3.1 水蚯蚓污泥减量效果
本研究通过两个阶段的试验研究发现，接种水蚯蚓后污泥减量效果显著提高，水蚯蚓在不同供氧方式条件下其污泥减量效果不同，曝气供氧方式的水蚯蚓污泥减量率稍高于搅拌方式供氧，但是搅拌方式的水蚯蚓生长挂载情况好于曝气方式，因此，第二阶段采用搅拌方式供氧，调整进泥量进行试验研究。
图61、2号反应器污泥去除负荷
1、2号反应器每个周期的污泥去除负荷变化趋势见图6，两个反应器每个周期的污泥去除负荷分别基本稳定在0.1535 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)和0.1121 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)。
圖7水蚯蚓MLSS减量率
图8 水蚯蚓MLVSS 减量率
由图7、图8可知，接种水蚯蚓的反应器中污泥减量效果明显高于对照组，调整进泥量后第二阶段搅拌组的(Wei, Van Houten et al. 2003)MLSS及MLVSS减量率均高于第一阶段，说明反应器内蚓泥比会影响水蚯蚓的污泥减量效果。
3.2 水蚯蚓生长挂载
试验过程中发现搅拌组的水蚯蚓挂载情况比曝气组好，下图为水蚯蚓挂载情况。试验结束后，搅拌组中水蚯蚓剩余229g，高于曝气组142g。
图9 搅拌组水蚯蚓挂载情况
图10 曝气组水蚯蚓挂载情况
4.结论
（1）研究表明，试验组的污泥减量效果明显好于对照组。因此，在反应器中接种水蚯蚓进行污泥减量能大幅度提高减量效果。
（2）第二阶段搅拌组的水蚯蚓污泥减量率MLSS41.3%、MLVSS46.2%均高于第一阶段的污泥减量率MLSS34.9%、MLVSS39.3%。
（3）曝气组水蚯蚓污泥去除负荷为0.1535 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)，搅拌组为0.1121 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)。
（4）试验发现，搅拌组水蚯蚓挂载情况好于曝气组，说明搅拌方式更利于水蚯蚓在生物填料上挂载。
关键词：水蚯蚓；污泥减量；生物捕食
中图分类号：[TU992.3] 文献标识码：A
1.引言
活性污泥法是当今应用最广泛的污水生物处理方法，但同时产生大量的剩余污泥(Wei, Van Houten et al. 2003)。目前剩余污泥的处理与处置费用约占污水处理厂总运行费用的25%~40%，甚至高达60%。此外，随着法律、法规对污水处理的要求愈益严格，污水处理厂今后将产生更多的剩余污泥。因此，剩余污泥减量技术的开发与研究日益受到关注。
近年的研究发现，利用原、后生动物捕食细菌的特点，以减少剩余污泥的产量，例如，蠕虫的大量生长能够大幅减少剩余污泥的产量。蠕虫是活性污泥中观察到的最大后生动物，主要类型有仙女虫、红斑瓢体虫和颤蚓。但是蠕虫的污泥减量效果受到污泥种类与性质的影响，因此本研究以水蚯蚓为研究对象，绍兴污水处理厂一期工程剩余污泥为底物，考察水蚯蚓生长在剩余污泥中的污泥减量效果。
2.材料与方法
2.1反应器
如图1所示，反应器尺寸为580 mm×400 mm×320 mm，有效高度215 mm，有效体积50L。生物载体为弹性立体填料，Φ130。
1——弹性立体填料
2——曝气器
图1反应器示意图
2.2试验污泥与水蚯蚓
2.2.1试验污泥
绍兴污水处理厂一期工程剩余污泥
2.2.2水蚯蚓
本研究选取从黄浦江打捞的水蚯蚓为试验对象，水蚯蚓实为颤蚓的混合种，主要包括霍夫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)和正颤蚓(Tubifex tubifexMüller)等。其中霍夫水丝蚓占主要组分，下图分别为其在解剖镜下的照片及鉴定照片。这3个种属均是最常见、全世界分布最广的颤蚓科蠕虫，并且耐污染，常作为有机污染水体和富营养化水体的指示生物，同时也是污泥减量研究中最常用的颤蚓种类。文中如不加特别说明，将用“水蚯蚓”指代这类混合种颤蚓科蠕虫。
图1 霍甫水丝蚓 图2 正颤蚓
图4 苏氏尾鳃蚓
水蚯蚓湿重称量方法：准备好铝箔纸，用细针在铝箔纸上以同心圆形式扎满小孔。然后将水蚯蚓用滤网滤去大部分的水分，放到事先扎好小孔的铝箔纸上，在铝箔纸下垫吸水纸，轻轻按压铝箔纸，将水蚯蚓体表附着的水分吸干，直至吸水纸无法吸出水分为止，最后将水蚯蚓转移至电子天平称重。
2.3试验方法
沈晓明等研究发现适合水蚯蚓污泥减量的最佳环境条件为DO 3 mg/L、pH 6.5、T 22.5℃。因此，试验期间主要控制pH、水温和溶解氧等环境条件，其监测方法：将每个反应器划分为五个监测区域（见图2），每天监测。
试验共设三个反应器，分别为：1号曝气组、2号搅拌组、3号对照组（见图5）。
1号曝气组 2号搅拌组 3号对照组
（①~⑥为环境因子pH、DO及水温监测点）
图5 各反应器平面图以及环境因子监测点分布图
试验按照一天一周期的运行方式，监测每个周期的进泥量、进泥浓度，反应器内MLSS、MLVSS以及出水SS、VSS。考察每个周期各反应器的污泥减量率以及整个试验期间水蚯蚓的污泥减量效率，将其定义如下：
反应器运行周期操作过程：进泥20min，曝气22.5h，静置沉淀1h，出水10min。第一阶段进泥量20L，第二阶段进泥量15L。
3.结果与讨论
3.1 水蚯蚓污泥减量效果
本研究通过两个阶段的试验研究发现，接种水蚯蚓后污泥减量效果显著提高，水蚯蚓在不同供氧方式条件下其污泥减量效果不同，曝气供氧方式的水蚯蚓污泥减量率稍高于搅拌方式供氧，但是搅拌方式的水蚯蚓生长挂载情况好于曝气方式，因此，第二阶段采用搅拌方式供氧，调整进泥量进行试验研究。
图61、2号反应器污泥去除负荷
1、2号反应器每个周期的污泥去除负荷变化趋势见图6，两个反应器每个周期的污泥去除负荷分别基本稳定在0.1535 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)和0.1121 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)。
圖7水蚯蚓MLSS减量率
图8 水蚯蚓MLVSS 减量率
由图7、图8可知，接种水蚯蚓的反应器中污泥减量效果明显高于对照组，调整进泥量后第二阶段搅拌组的(Wei, Van Houten et al. 2003)MLSS及MLVSS减量率均高于第一阶段，说明反应器内蚓泥比会影响水蚯蚓的污泥减量效果。
3.2 水蚯蚓生长挂载
试验过程中发现搅拌组的水蚯蚓挂载情况比曝气组好，下图为水蚯蚓挂载情况。试验结束后，搅拌组中水蚯蚓剩余229g，高于曝气组142g。
图9 搅拌组水蚯蚓挂载情况
图10 曝气组水蚯蚓挂载情况
4.结论
（1）研究表明，试验组的污泥减量效果明显好于对照组。因此，在反应器中接种水蚯蚓进行污泥减量能大幅度提高减量效果。
（2）第二阶段搅拌组的水蚯蚓污泥减量率MLSS41.3%、MLVSS46.2%均高于第一阶段的污泥减量率MLSS34.9%、MLVSS39.3%。
（3）曝气组水蚯蚓污泥去除负荷为0.1535 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)，搅拌组为0.1121 kgVSS/(kg水蚯蚓•d)。
（4）试验发现，搅拌组水蚯蚓挂载情况好于曝气组，说明搅拌方式更利于水蚯蚓在生物填料上挂载。