氧化溝在污水處理中的應(yīng)用日益廣泛,但是氧化溝污泥膨脹問題也日益引起人們的關(guān)注｡1973年,Chudoba 第一個(gè)明確提出采用生物選擇器控制污泥膨脹〔1〕｡之后國內(nèi)外學(xué)者把生物選擇器應(yīng)用于氧化溝中控制污泥膨脹,并對前置生物選擇器的改良型氧化溝系統(tǒng)中的氧化溝進(jìn)行了大量的研究,但對系統(tǒng)中生物選擇器的運(yùn)行參數(shù)研究得較少〔2-4〕｡設(shè)置了生物選擇器后,氧化溝內(nèi)的底物分布､生物相組成等都發(fā)生了變化〔5〕｡因此,生物選擇器對氧化溝系統(tǒng)的影響不僅涉及污泥沉降性能,而且對氧化溝的處理效果也有一定影響｡本試驗(yàn)旨在前期采用Carrousel 氧化溝模型處理模擬生活污水的基礎(chǔ)上,在氧化溝前端設(shè)置一生物選擇器,研究生物選擇器的分格體積對Carrousel 氧化溝運(yùn)行效果的影響｡

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)設(shè)備及原水

　　試驗(yàn)裝置采用改良型Carrousel 氧化溝中試試驗(yàn)系統(tǒng),即在氧化溝主體反應(yīng)器前增置一生物選擇器, 如圖1 所示｡該系統(tǒng)主要由生物選擇器､Carrousel氧化溝和豎流式沉淀池組成, 生物選擇器前設(shè)置一進(jìn)水水箱｡生物選擇器由PVC 塑料板制成,總有效容積為23.33 L,分6 格,每格3.89 L;主體反應(yīng)器用不銹鋼制成,氧化溝有效容積為240 L,二沉池有效容積為100 L｡生物選擇器通過小型潛水泵進(jìn)行攪拌,反應(yīng)條件在缺氧和厭氧之間變化｡氧化溝采用表面曝氣機(jī)進(jìn)行曝氣,由曝氣機(jī)實(shí)現(xiàn)溝內(nèi)曝氣和推流過程(進(jìn)水處的曝氣機(jī)主要起曝氣作用,后2 個(gè)曝氣機(jī)主要起推流作用),曝氣機(jī)通過電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對氧化溝曝氣量和溝內(nèi)混合液推流程度的控制｡原水和二沉池回流污泥分別通過蠕動泵提升至生物選擇器,停留一段時(shí)間后,混合液進(jìn)入氧化溝,最后流到二沉池,二沉池沉淀后的上清液通過溢流堰直接外排,污泥回流比為100%｡中試系統(tǒng)采用間歇排泥,在運(yùn)行期間每日定時(shí)排除一定量的剩余污泥,維持污泥齡為30 d 左右｡

　　試驗(yàn)用水采用自配廢水,水質(zhì)參考城市污水水質(zhì)｡自配廢水以葡萄糖和淀粉的混合物為有機(jī)碳源,氮､磷分別采用氯化銨､磷酸二氫鉀進(jìn)行配制,同時(shí)向配水中加入一定量的微量元素｡試驗(yàn)用水水質(zhì)為COD 400 mg/L､氨氮40 mg/L､總磷4 mg/L,水溫為20 ℃左右,pH 為7.3~7.6｡

　　試驗(yàn)采用24 h 連續(xù)進(jìn)､出水的方式運(yùn)行｡運(yùn)行過程中,根據(jù)試驗(yàn)進(jìn)展情況不定期地監(jiān)測生物選擇器和氧化溝溝道中的溫度､pH､溶解氧和氧化溝內(nèi)的MLSS｡在系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行后,分別取原水､生物選擇器出水､氧化溝出水和二沉池出水水樣進(jìn)行分析,測定指標(biāo)包括COD､氨氮､硝態(tài)氮､亞硝態(tài)氮和總磷｡每天測定并計(jì)算氧化溝出水SV30和SVI 值3次,取平均值,以考察污泥沉降性能的變化｡

　　1.2 分析項(xiàng)目及方法

　　COD:重鉻酸鉀法;NH4+-N:納氏試劑光度法;NO3--N: 紫外分光光度法;NO2--N:N-(1-萘基)-乙二胺光度法;總磷:鉬銻抗分光光度法〔6〕;溫度､pH和DO:儀器測定;SV30:量筒靜置法;MLSS:濾紙重量法;污泥形態(tài):顯微鏡觀察｡

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 污泥的培養(yǎng)與馴化

　　試驗(yàn)接種污泥取自運(yùn)行良好的西安市某污水處理廠二沉池回流污泥｡首先將取回污泥悶曝1 周左右,消除污泥原有菌群特征對試驗(yàn)的影響,然后再將污泥移入生物選擇器和氧化溝,通過連續(xù)進(jìn)､出水方式進(jìn)行培養(yǎng),經(jīng)過20 d 左右的培養(yǎng)馴化,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定并進(jìn)入試驗(yàn)研究階段｡

　　2.2 生物選擇器體積比對運(yùn)行效果的影響

　　為了考察生物選擇器對氧化溝系統(tǒng)運(yùn)行效果的影響,本研究采用6 個(gè)分格的生物選擇器,研究不同體積比(R)對Carrousel 氧化溝運(yùn)行效果的影響｡選擇器的體積比是指生物選擇器的實(shí)際運(yùn)行體積與氧化溝體積之比｡當(dāng)生物選擇器的實(shí)際運(yùn)行的分格數(shù)分別為1､2､3､4､5､6 時(shí), 對應(yīng)的體積比分別為1.62%､3.24%､4.86%､6.48%､8.10%､9.72%｡試驗(yàn)過程中,只改變生物選擇器體積比,保持系統(tǒng)的其他運(yùn)行條件不變, 控制氧化溝內(nèi)溶解氧為0.8~1.2 mg/L,水力停留時(shí)間為28 h,MLSS 在2.0 g/L 左右｡

　　2.2.1 對脫氮及COD 去除效果的影響

　　生物選擇器體積比對生物選擇器出水水質(zhì)的影響見圖2｡

　　圖2 體積比對生物選擇器出水水質(zhì)的影響試驗(yàn)研究工業(yè)水處理2011- 11,31(11)28由圖2 可以看出, 體積比對生物選擇器出水COD 的影響不是很顯著｡原水進(jìn)入生物選擇器后,出水COD 由400 mg/L 降低到小于150 mg/L｡生物選擇器出水氨氮基本上未受到體積比的影響, 氨氮濃度主要由于回流污泥的稀釋作用而降低, 降低到只有原水的一半左右,但總量沒有明顯變化｡回流污泥中攜帶的硝態(tài)氮平均為10 mg/L,其在生物選擇器通過發(fā)生反硝化反應(yīng)而去除｡當(dāng)體積比過小時(shí),生物選擇器出水還會存在一部分硝態(tài)氮, 反硝化反應(yīng)不完全｡但當(dāng)體積比達(dá)到3.24%后,生物選擇器出水基本上不含硝態(tài)氮｡這說明生物選擇器的第1 格和第2 格相當(dāng)于一個(gè)缺氧區(qū),之后就相當(dāng)于厭氧區(qū)｡

　　生物選擇器體積比對氧化溝出水水質(zhì)的影響見圖3｡

　　由圖3 可以看出,氧化溝出水COD 受體積比變化的影響較小,系統(tǒng)對有機(jī)物的處理效果穩(wěn)定｡在各種體積比下,出水COD 均在25 mg/L 以下,說明有機(jī)物在氧化溝中降解得很完全｡生物選擇器體積比對硝化反應(yīng)影響不大,出水氨氮在1.0~1.7 mg/L,氨氮去除率均超過95%｡但生物選擇器體積比對反硝化反應(yīng)有一定的影響,反硝化反應(yīng)是同步硝化反硝化的限制條件｡當(dāng)體積比<4.86%時(shí),隨著體積比的增大,出水硝態(tài)氮逐漸減小,TN 去除率有上升的趨勢;繼續(xù)增大體積比,出水硝態(tài)氮逐漸增大,TN 去除率有下降的趨勢｡原因在于體積比增大,相當(dāng)于原水在生物選擇器中的停留時(shí)間增大,反硝化菌通過吸附吸收的有機(jī)物增多,進(jìn)入氧化溝后能夠?yàn)榉聪趸�反�?yīng)提供更多的碳源｡但當(dāng)體積比過大時(shí),反硝化菌在生物選擇器中的停留時(shí)間過長,為了維持自身的生命活動進(jìn)行的內(nèi)源呼吸消耗了貯存的有機(jī)物,使進(jìn)入氧化溝中的有機(jī)物逐漸減少,反硝化過程逐漸受到碳源的抑制,難以促成反硝化反應(yīng)的發(fā)生｡

　　2.2.2 對除磷效果的影響生物選擇器基本上在缺氧—厭氧條件下運(yùn)行,前2 格首先去除了回流污泥中帶入的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮, 為后面厭氧條件聚磷菌的釋磷創(chuàng)造了良好的環(huán)境｡生物選擇器體積比對系統(tǒng)除磷效果的影響見圖4｡

　　由圖4 可以看出,當(dāng)體積比<4.86%時(shí),隨著體積比的增大,生物選擇器出水TP 逐漸增大,氧化溝出水TP 逐漸減小,系統(tǒng)總磷去除率呈上升趨勢｡因?yàn)轶w積比增大就相當(dāng)于提高了在生物選擇器中的水力停留時(shí)間, 污泥中的兼性酸化菌能充分地將污水中的大分子有機(jī)物分解為可供聚磷菌攝取的低級脂肪酸,并且確保PO43--P 能從污泥中釋放出來,從而提高了TP 的去除率｡但從圖4 也可看到,當(dāng)生物選擇器的體積比>4.86%后,TP 去除率基本上不再增長,原因可能是體積比過大時(shí),聚磷菌在生物選擇器中的停留時(shí)間過長, 為了維持自身的生命活動而內(nèi)源呼吸釋放磷,這種磷的釋放是無效釋放〔7〕,在后續(xù)的氧化溝中并不能產(chǎn)生這么多的能量來吸收這些磷,導(dǎo)致了磷去除率不能再提高｡

　　由圖4 可以清楚地看出, 本試驗(yàn)總磷的去除效果不是很理想,TP 去除率基本在60%~70%,氧化溝出水TP 基本介于1.0~1.5 mg/L,遠(yuǎn)高于0.5 mg/L 的排放標(biāo)準(zhǔn)｡總磷去除率不高的原因:一方面在于原水先進(jìn)入生物選擇器第1 格､第2 格再進(jìn)入第3 格,原水中易生物降解的有機(jī)物將優(yōu)先被反硝化菌利用,減少了聚磷菌可獲得的易降解碳源數(shù)量, 降低了除磷效果｡因此,必須將原水分配給第1 格和第3 格,分別同時(shí)向反硝化菌和聚磷菌提供碳源, 即分流進(jìn)水表面上分配的是水量,實(shí)際上分配的是碳源〔8〕｡另一方面在試驗(yàn)期間氧化溝污泥齡高達(dá)30 d, 而生物除磷污泥齡要求在15~20 d, 磷的去除主要靠微生物的同化作用和剩余污泥的排放, 而同化作用主要是用來維持微生物生長所需的營養(yǎng),故去除率不高｡為了彌補(bǔ)長污泥齡對除磷的不足, 可以輔以化學(xué)除磷｡

　　2.2.3 對污泥沉降性能的影響

　　污泥沉降性能對于系統(tǒng)的運(yùn)行具有重要意義,如果污泥沉降性能不好,容易導(dǎo)致污泥隨出水流出,不僅造成出水懸浮物增高, 同時(shí)也不利于系統(tǒng)污泥濃度的穩(wěn)定｡生物選擇器體積比對污泥沉降性能的影響見圖5｡

　　由圖5 可以看出, 體積比對污泥沉降性能影響顯著｡當(dāng)體積比<4.86%時(shí),隨著體積比的增大,SVI逐漸減小,這是因?yàn)樵谶^小的體積比條件下,生物選擇器不能很好地發(fā)揮選擇作用, 絮狀菌對底物的吸附和降解不夠充分, 有相當(dāng)部分的底物泄露到氧化溝中, 絲狀菌利用這些底物在氧化溝中進(jìn)行生長繁殖; 而當(dāng)體積比繼續(xù)增大時(shí),SVI 變化幅度較小,原因在于隨著體積比的繼續(xù)增大, 相當(dāng)于原水和回流污泥在生物選擇器中的停留時(shí)間增大, 絮狀菌對底物的吸附和降解比較充分, 流到氧化溝中的底物很少, 絲狀菌的生長受到抑制, 此時(shí)SVI 集中在75mL/g 左右; 但當(dāng)體積比>8.10%時(shí),SVI 呈上升的趨勢｡在試驗(yàn)運(yùn)行期間, 污泥的沉降比在11%~27%,SVI 維持在63~139 mL/g,污泥保持了良好的沉降性能,這說明生物選擇器能夠有效地抑制污泥膨脹｡

　　在試驗(yàn)運(yùn)行期間生物選擇器污泥的顏色由黃褐色逐漸變?yōu)楹谏?氧化溝中污泥的顏色變化不大｡正�；钚晕勰嗍怯稍S多具有絮凝作用的微生物組成的微生物群落〔9〕,氧化溝中污泥鏡檢結(jié)果表明該微生物群落以菌膠團(tuán)細(xì)菌為主,輔以少量的絲狀菌,以及大量的鐘蟲､一定數(shù)量的累枝蟲和少量的輪蟲等｡具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)論

　　(1)體積比對系統(tǒng)COD 的去除和硝化反應(yīng)影響不明顯,但對反硝化反應(yīng)有一定的影響｡當(dāng)體積比<4.86%時(shí),隨著體積比的增大,總氮去除率呈上升的趨勢;繼續(xù)增大體積比,總氮去除率呈下降的趨勢｡

　　(2)體積比對系統(tǒng)總磷的去除有一定的影響｡當(dāng)體積比<4.86%時(shí),隨著體積比的增大,總磷去除率逐漸增大;繼續(xù)增大體積比,總磷去除率變化不明顯｡

　　(3)生物選擇器的設(shè)置使污泥保持了良好的沉降性能,有效地抑制了污泥膨脹的發(fā)生和發(fā)展｡