養(yǎng)殖廢水造粒污泥處理生活污水實驗研究

易 誠，楊 杰，鄧景衡，龍九妹

(衡陽師范學(xué)院 生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

好氧顆粒污泥克服了厭氧顆粒污泥啟動時間長、運行溫度高、處理低濃度的有機廢水時運行不穩(wěn)定，并無法實現(xiàn)脫氮除磷等問題。與結(jié)構(gòu)松散、形態(tài)不規(guī)則、尺寸細小的傳統(tǒng)活性污泥絮體相比，好氧顆粒污泥具有更加密實、堅固的結(jié)構(gòu)；有規(guī)則的形態(tài)和清晰的外觀；良好沉降性能；較高的生物量；工藝啟動過程快速；抗高沖擊負荷能力強，并能承受較高的有機負荷[1]等優(yōu)勢,成為近幾年來國內(nèi)外的一個研究熱點[2]。研究者們在好氧顆粒污泥的形成條件和機理[3-5]、微生物組成[6-7]、對氮[8-10]、難降解有機物以及重金屬的去除[11-13]等方面做了大量的理論基礎(chǔ)研究。

活性污泥中含有豐富的微生物及胞外聚，通過物理的方法制成污泥顆粒，既能保證活性污泥中微生物種類和數(shù)量，又能增加顆粒的穩(wěn)定度和沉降性能，還能適應(yīng)好氧曝氣環(huán)境，使其成為能夠快速生長的好氧顆?；钚詢?nèi)核，同時活性污泥量多易得，必將加快好氧顆粒污泥的規(guī)?；囵B(yǎng)。

本課題以養(yǎng)殖場的污泥為原料，進行人工造粒，在SBR中對模擬城市生活廢水進行處理，優(yōu)化SBR工藝厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間，研究養(yǎng)殖污水污泥處理生活污水效果，為人造污泥顆粒化處理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

養(yǎng)殖污泥：衡陽縣愛普樂斯養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖污泥(曝氣池接種第二天) SV：6.61 %； MLSS：0.03 mg/L；SVI：2.43 mL/g；含水率：99.12 %；

模擬生活廢水[14](每升)：500 mg乙酸鈉、300 mg蔗糖、200 mgNH4Cl、20 mgFeSO4.7H2O、35 mgKNO3、100 mgCaCl2、15 mgMgSO4.7H2O、40 mgKH2PO4、35 mgAlCl3。

1.1.1 實驗試劑

硫酸、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵銨、過硫酸鉀、抗壞血酸、鉬酸鹽、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、碘化鉀、碘化汞、酒石酸鉀鈉等。

1.1.2 實驗儀器與設(shè)備

DHG-9040A電熱鼓風(fēng)干燥箱(寧波江南儀器廠)；PTHW-DL恒溫多聯(lián)電熱套(上?？粕齼x器有限公司)；SB-948靜音可調(diào)式增氧泵(中山市松寶電器有限公司)；722SP可見分光光度計(上海棱光技術(shù)有限公司)；JA2603B電子天平(上海精科天美科學(xué)儀器有限公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 污泥培養(yǎng)

把取來的污泥進行培養(yǎng)，增強污泥的活性，為后續(xù)處理水樣做好準(zhǔn)備；顯微鏡下觀察；把過濾后的污泥放入干燥的培養(yǎng)皿中，稱取20.0 g左右的污泥，加入2.0 g瓊脂粉、2.0 g硅藻土，攪拌均勻，用10 mL的注射器擠出污泥顆粒；設(shè)計正交試驗用污泥顆粒處理模擬生活廢水，通過氨氮、總磷、COD的測定結(jié)果以及R值、k值的分析確定影響因素的主次順序及最優(yōu)組合。

1.2.2 正交試驗的設(shè)計

SBR工藝是現(xiàn)階段運用最廣泛的處理廢水的工藝，在SBR工藝的整個過程中，厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間這四個因素對處理結(jié)果影響最大，因此根據(jù)厭氧時間1 h、2 h、3 h；曝氣時間4 h、5 h、6 h；缺氧時間0.5 h、1.5 h、2.5 h；沉淀時間0.5 h、1 h、1.5 h設(shè)計正交試驗因素水平表，進行四因素三水平L9(34)正交試驗,優(yōu)化SBR工藝，確定各影響因素的主次順序以及最佳運行組合的最佳運行參數(shù)。

1.2.3 分析項目的測定

表1 分析項目及測定方法

2 結(jié)果與分析

2.1 氨氮、總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

(1)氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)HJ535-2009納氏試劑分光光度法，以吸光度為縱坐標(biāo)，以其對應(yīng)的氨氮含量(ug)為橫坐標(biāo)，繪制氨氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線。吸光度及對應(yīng)的標(biāo)曲如圖1。

圖1 氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線

(2)總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)GB11893-89鉬酸銨分光光度法，繪制總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖2。

圖2 總磷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 顯微鏡觀察污泥及污泥顆粒的制備結(jié)果

圖3是在40倍顯微鏡下觀察的污泥微生物分布圖，在圖中可以看出，微生物的數(shù)量很多，分布較集中，但有較少的絲狀菌。

圖3 污泥鏡下圖片(稀釋前(左)后(右))

用10 mL的注射器擠壓出污泥顆粒如圖4所示。

2.3 正交試驗表的設(shè)計及結(jié)果分析

對于SBR工藝中處理效果影響最大的因素為厭氧時間(A)、曝氣時間(B)、缺氧時間(C)、沉淀時間(D)，因此根據(jù)此4因素設(shè)計4因素3水平正交試驗并分析。

2.3.1 正交試驗表的設(shè)計

表2 L9(34)正交試驗水平表(h)

2.3.2 正交試驗結(jié)果

表3 正交試驗結(jié)果(mg/L)

2.3.3 正交試驗結(jié)果分析

2.3.3.1 正交試驗氨氮結(jié)果分析

表4 氨氮極差分析

影響因素的主次順序由極差R得出，優(yōu)組合由k值得出，根據(jù)表4氨氮測定結(jié)果得出影響因素主次順序為缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間>曝氣時間，優(yōu)化組合為A1B2C1D3。

圖5 氨氮變化曲線

由圖5可以看出，各試驗號氨氮的含量都有一點的差異，1號至5號是呈現(xiàn)出逐漸遞減的趨勢，后面幾個試驗號變化波動較大，其中5號跟7號的含量差不多，但是從圖中可以直觀看出，5號效果比7號要更好。

2.3.3.2 正交試驗總磷結(jié)果分析

表5 總磷極差分析

續(xù)表5

厭氧時間曝氣時間缺氧時間沉淀時間K32 702 842 702 88k11 220 990 960 98k20 841 021 110 98k30 900 950 900 96極差R0 290 150 180 01主次順序A>C>B>D優(yōu)化組合A1B2C2D2

影響因素的主次順序由極差R得出，優(yōu)組合由k值得出，根據(jù)表5總磷的測定結(jié)果得出影響因素主次順序為厭氧時間>缺氧時間>曝氣時間>沉淀時間，優(yōu)化組合為A1B2C2D2。

圖6 總磷變化曲線

由圖6可以看出，整個試驗總磷的變化還是很明顯的，6號效果達到最佳。5號曝氣時間為5 h，6號為6 h，5號處理效果已經(jīng)較佳，能縮短運行周期。

2.3.3.3正交試驗COD結(jié)果分析

表6 COD極差分析

影響因素的主次順序由極差R得出，優(yōu)組合由k值得出，根據(jù)表7COD測定結(jié)果得出影響因素主次順序為曝氣時間>缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間，優(yōu)化組合為A2B1C2D3。

圖7 COD變化曲線

在圖7正交試驗測定的結(jié)果中，COD的含量都較高，波動比較大，沒達到預(yù)期的結(jié)果，測定結(jié)果并不理想。出現(xiàn)COD處理結(jié)果不理想的原因為：在水樣回流消解時，本該加入30 mL硫酸銀-硫酸溶液，在整個過程中，硫酸銀是起催化作用，樣品中還原性物質(zhì)較復(fù)雜，為了讓氧化劑重鉻酸鉀充分與其反應(yīng)，用高溫回流+催化劑創(chuàng)造反應(yīng)條件，但是由于缺少硫酸銀，直接加的硫酸，導(dǎo)致水樣消解不完全，數(shù)據(jù)明顯偏大。

2.4 最優(yōu)組合的確定

根據(jù)確定的四組較優(yōu)組合進行實驗，但綜合分析與COD分析得出了相同的結(jié)果，所以這兩組可以整合在一起分析，通過各階段對處理效果的影響以及最終的處理效果進一步分析，確定最優(yōu)的組合，得出最終的結(jié)論。COD分析得出的優(yōu)組合為1號，氨氮分析得出的優(yōu)組合為2號，TP分析得出的優(yōu)組合為3號，實驗設(shè)計如表7。

表7 優(yōu)組合試驗設(shè)計(h)

2.4.1 氨氮變化

三組較優(yōu)組合試驗中氨氮的變化見圖8，從曲線圖中可以看出，氨氮在厭氧過程中基本無變化，在好氧過程下降趨勢很明顯迅速硝化。經(jīng)過上圖三條曲線的對比，1號效果最佳。可得出氨氮的去除率達82.63 %以上。

圖8 氨氮隨時間變化曲線

2.4.2 總磷變化

三組組較佳試驗中總磷變化如圖9所示，從圖中可看出,厭氧階段污水中TP的含量迅速提高,1號達到7.76 mg/L，2號達到6.73 mg/L，3號達到6.55 mg/L。在曝氣階段聚磷菌過量吸磷使水中TP迅速下降，隨后下降較為緩慢。在缺氧階段TP的含量稍微有點上升，但由于SBR工藝后期為反硝化，水中硝酸氮的濃度較高，會抑制聚磷菌放磷使得放磷程度不嚴重，不會影響處理結(jié)果，能達到除磷效果，對比三組試驗的變化曲線，可得出1號效果最佳，總磷的去除率為82.45 %以上。

圖9 總磷隨時間變化曲線

2.4.3 COD變化

三組組較佳試驗COD變化曲線如圖10，原水COD為385.21 mg/L，由于微生物的吸附作用去除約1/3的COD，然后在厭氧過程中，COD緩慢下降，主要原因是聚磷菌將污水中易分解的有機物攝入體內(nèi)并貯存起來，為好氧吸磷提供必要的能源物質(zhì)，同時將體內(nèi)的聚磷酸水解[23]，變成正磷酸釋放到體外。在曝氣過程中，COD大幅度下降，曝氣末段三組試驗COD濃度分別為：1號190.40 mg/L、2號203.02 mg/L、3號199.36 mg/L，在缺氧反硝化和沉淀過程中，由于反硝化過程需要消耗碳源，COD緩慢下降。通過三組試驗COD變化曲線的對比，1號試驗效果最佳，去除率為57.14 %以上。

圖10 COD隨時間變化曲線

3 結(jié) 論

本實驗主要研究養(yǎng)殖廢水污泥顆粒處理生活廢水，根據(jù)厭氧時間、曝氣時間、缺氧時間、沉淀時間設(shè)置四因素三水平正交試驗，得出以下結(jié)論：

(1)由正交試驗R、k值分析得出四組較佳的實驗分別為：由COD測定結(jié)果得出影響因素主次順序為曝氣時間>缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間，優(yōu)組合為A2B1C2D3；由氨氮測定結(jié)果得出影響因素主次順序為缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間>曝氣時間，優(yōu)組合為A1B2C1D3；由總磷的測定結(jié)果得出影響因素主次順序為厭氧時間>缺氧時間>曝氣時間>沉淀時間，優(yōu)組合為A1B2C2D2。

(2)對四組較佳試驗進行進一步分析，確定最優(yōu)組合為A2B1C2D3，影響因素的主次順序為曝氣時間>缺氧時間>厭氧時間>沉淀時間，所以本試驗得出處理生活污水的最佳運行參數(shù)為:厭氧時間(2 h)→曝氣時間(4 h)→缺氧時間(1.5 h)→沉淀時間(1.5 h)，周期時間為9.0 h。

(3)由最佳工況運行結(jié)果可得出，氨氮去除率達82.63 %以上，TP去除率達82.45 %以上。但COD的含量還是很高，去除率為57.14 %以上。

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(編校 陳志陽)