好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化

第16卷1期2003年2月

城市环境与城市生态

URBANENVIRONMENT&URBANECOLOGYVol16,No.1Feb.　2003

好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化

杨　麒,李小明,曾光明,谢珊,刘精今

(湖南大学环境科学与工程系,长沙　410082)

Ξ

　　摘要:采用人工配制的模拟生活污水,通过对运行条件的调控,在序批式反应器(SBR)中培养出了高活性的好氧颗粒污泥,颗粒污泥浓度达到4.5g/L以上,SVI值在32.5左右,反应器对于COD、NH3-N的去除率分别在83.6%～92.8%和82.3%～98.5%之间。实验结果表明:由于好氧颗粒污泥的存在,SBR反应器内发生了同步硝化反硝化

(SND)反应,而不是通常所认为的顺序式硝化反硝化(SQND)反应。

关键词:好氧颗粒污泥;序批式反应器;同步硝化反硝化;顺序式硝化反硝化中图分类号:X703　　文献标识码:A　　文章编号:1002-1264(2003)01-0040-03SimultaneousNitrificationandDenitrificationbyAerobicGranularSludge

YANGQi,LIXiao2ming,ZENGGuang2ming,XIEShan,LIUJing2jin

(DepartmentofEnvironmentalScienceandTechnology,HunanUniversity,Changsha　410082,China)

Abstract:TheaerobicgranularsludgewithhighactivityinSequencingBatchReactor(SBR)fedwithasyntheticdomesticwastewateriscultivatedbycontrollingtheoperatingconditions.TheMixedLiquidSuspendedSolids(MLSS)andtheSludgeVolumetricIndex(SVI)ofthegranularsludgeareabove4.5g/Landabout32.5,respec2tively.TheremovalratesofCODandNH3-Nreach83.6%to92.8%and82.3%to98.5%,respectively,inthereactor.Itisshownthatthesimultaneousnitrificationanddenitrification(SND)ratherthanthesequentialnitri2ficationanddenitrfication(SQND)occurredintheSBRfortheexistingoftheaerobicgranularsludge.

Keywords:aerobicgranularsludge;　SBR;　simultaneousnitrificationanddenitrification;　sequentialnitrifica2tionanddenitrfication

　　水环境污染和水体富营养化问题的加剧,使得对污水中氮、磷的控制越来越受到重视。根据传统的脱氮理论:氮的去除是由硝化和反硝化两个独立过程实现的,由于对环境的要求不同,两过程不能同时发生,只有通过顺序式的硝化反硝化工艺(sequentialnitrificationanddenitrfication,SQND)才能达到脱氮的目的。然而,近年来同步硝化反硝化(simultaneousnitrificationanddenitrifi2cation,简称SND)生物脱氮现象在国内外文献中广为报道,尤其是有氧条件下的反硝化现象确实存在于各种不同的生物处理系统中,如生物转盘、SBR、氧化沟等[1-2]。

SBR独特的厌-好氧交替反应,反应器内气液二相均呈升流状态,在技术上具有培养出颗粒活性污泥的可行性。具有一定大小尺寸的颗粒污泥,由于氧扩散梯度的存在,其内部存在缺氧或厌氧区域,在好氧条件下形成了有利于同步硝化反硝化的微观环境。

因此,借鉴厌氧颗粒污泥培养的成功经验,近几

年国内外均有在SBR中培养出好氧颗粒污泥的报道[3-4]。本实验通过对SBR反应系统的运行条件进行调控,培养出了高活性好氧颗粒污泥,并对该颗粒污泥实现同步硝化反硝化脱氮作了初步研究。

1　实验材料与方法

1.1　实验装置

实验采用的反应器为30cm×30cm×75cm有机玻璃方桶,总体积约64L,有效容积50L实验装置见图1,通过时间程序控制器实现对反应周期的自动控制。

图1　实验装置示意图

Ξ基金项目:湖南省自然科学基金项目(WJ2002101);湖南大学科学基金项目(200219)

　收稿日期:2002-08-09

杨　麒,等　好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化　　

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)下运行,运行状态　　实验在室温(20℃～30℃数量庞大的微生物种群,如原生动物、后生生物、丝状菌、真菌等。

为曝气4h,厌氧3.5h,二次曝气5min,二次沉淀5min,出水10min,进水10min,运行周期为7h,每天运行两次,其余时间闲置。每次换水约30L,定期测定混合液中的NH4+-N、NO3--N、NO2--N、COD、pH、DO等参数,对其进行分析,判

断反应器的运行状况,及时作调整。1.2　实验用水

实验研究以动态连续实验室小试为主,采用自配的模拟生活污水作为进水,COD:100～400mg/L;NH4+-N:10～40mg/L;TP10mg/L;pH图2　好氧颗粒污泥形态由图3可见,反应器对于COD、NH4+-N浓度分别为172.9～381.8mg/L和14.22～33.50mg/L的进水,去除率在83.6%～92.8%和82.3%

控制在7左右。

2　实验结果与讨论2.1　颗粒污泥的培养～98.5%之间,出水浓度分别为27.13～72.47mg/L和0.57～8.36mg/L,脱氮能力较一般活性

污泥大为提高。

颗粒污泥运行约25d后,其活性随着运行时间的增加而有所减小,COD、NH4+-N的去除率均有不同程度的下降,可能是颗粒污泥频繁受浓度冲击,有部分解体所致。

实验以长沙市第二污水处理厂二沉池的活性污泥作为接种污泥进行好氧颗粒污泥的培养。接种污泥形态为絮状,基本没有颗粒性污泥存在,沉降性能很差,混合液悬浮固体浓度约3.5g/L,沉降指数(SVI)为100。

一般污泥培养中可能出现脱氮性能不佳以及颗粒化程度不够的现象,笔者在参考相关资料[5-6]的基础上,通过以下两个方面的调控强化颗粒污泥的培养,一方面在每天的两个周期中,一个周期的进水中加入碳源,另一周期则不加,通过减少碳源的投加,抑制非脱氮菌(如产甲烷菌、产酸菌等)的生长,为脱氮菌(硝化菌和反硝化菌)提供合适的生长条件;另一方面,在正常的SBR运行程序后增加二次曝气和二次沉淀过程,利用较短的污泥沉降时间将沉降性较差的颗粒如悬浮污泥和丝状菌等随出水排出,从而为沉降性良好的颗粒污泥的形成、生长提供了充足的营养。

经过约50天的驯化、培养,观察到好氧颗粒污泥在高负荷运行阶段表现得极为明显,用肉眼可观察到,颗粒污泥外观呈橙黄色,表面光滑,近似圆形或椭圆形小颗粒,粒径一般约为0.5～1.0mm,最大达到约3mm。颗粒污泥形成

图3　颗粒污泥阶段NH4+-N、COD浓度及去除率

2.2　好氧颗粒污泥实现同步硝化反硝化

微环境理论认为[7]:由于氧扩散的限制,在微生物絮体或者生物膜内产生溶解氧梯度,即微生物絮体或生物膜的外表面溶解氧浓度高,以好氧硝化菌及氨化菌为主,深入絮体内部,氧传递受阻及外部氧的大量消耗,产生缺氧区,反硝化菌占优,从而形成有利于实现同步硝化反硝化的微环境,微生物絮体内反应区的分布和底物浓度的变化,见图4[8]。

后,污泥浓度达到4.5g/L以上,SVI值在32.5左右。

图2为颗粒污泥生长阶段,数码相机拍摄到的同步硝化反硝化好氧颗粒污泥形态,可以清楚的看到污泥颗粒的结构致密,形态完整。在光学显微镜下放大200倍可观察到,颗粒周围聚集着

图4　微生物絮体内反应区的分布和底物农度的变化

实验中保持进水碳氮比为6,控制反应器内DO在3mg/L,考察颗粒污泥实现同步硝化反硝

化的效果。在每个运行周期内,隔1h取样一次,

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　　城市环境与城市生态　16卷1期　2003年

检测其中NH4+-N、NO3--N、NO2--N浓度,一个代表性周期内的变化结果如图5所示。

高出水水质,特别是脱氮作出了重要的贡献,而且其较高的生物活性和生物量,提高了反应器的处理负荷。

3.2　由于好氧颗粒污泥的存在,在SBR反应器

中,一个循环周期内NH4+-N浓度随运行时间明显的下降的同时,出水中的NO3--N、NO2--N浓度均一直维持在低于1mg/L的较低范围内,说

图5　SBR反应器内一个代表性周期氮形态随时间变化曲线

明反应器内发生的是同步硝化反硝化反应,而不

是通常所认为的顺序式硝化反硝化(sequentialni2trificationanddenitrfication,简称SQND)反应。

由图5可以看出在SBR反应器中,一个循环周期内NH4+-N浓度随运行时间呈明显的下降趋势,其中70%以上NH4+-N的去除发生在好氧曝气阶段;与此同时出水中的NO3--N、NO2--N浓度均一直维持在低于1mg/L的较低范围参考文献[1]　MasudaS.,WatanableY.andIshiguroM.Biofilmpropertiesand

simultaneousnitrificationanddenitrificationinaerobicrotatingbio2logicalcontactors[J].Wat.Sci.Tech.,1991,23(12):1355-1363.

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[3]　BeunJ.J.,vanLoosdrechtM.C.M.andHeijnenJ.J.Aerobic

granulation[J].Wat.Sci.Tech.,2000,41(4):41-48.[4]　BeunJ.J.,HendriksA.,vanLoosdrechtM.C.M.,etal.Aero2

bicgranulationinasequencingbatchreactor[J].Wat.Res.,1999,33(10):2283-2290.

[5]　卢然超,张晓健,张悦,等.SBR工艺运行条件对好氧污泥颗

内,并没有随NH3N的减少而呈先增加再减少的趋势,与图4中微生物絮体内部底物浓度变化相比较具有相似的趋势。基于微环境理论,我们可以认为在SBR反应器中由于有颗粒污泥的存在,形成了有利于同步硝化反硝化的微环境。在颗粒污泥的外表面溶解氧浓度高,以好氧硝化菌及氨化菌为主,模拟废水中的NH4+-N首先被外侧的硝化细菌氧化成NO3--N和NO2--N;深入絮体内部的缺氧区,反硝化菌占优,反硝化细菌利用从废水中扩散至厌氧区的碳源将NO3-N和NO2现了同步硝化反硝化生物脱氮。

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粒化和除磷效果的影响[J].环境科学,2001,21(2):87-90.

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[7]　吕锡武,李从娜,稻森悠平.溶解氧及活性污泥浓度对同步

-N还原,直接以气态最终产物形式去除,从而实

硝化反硝化的影响[J].城市环境与城市生态,2001,14(1):

3　结论

3.1　在SBR反应器中,采用自配的模拟生活污

33-35.

[8]　杨麒,李小明,曾光明,等.同步硝化反硝化机理的研究进展

[J].微生物学通报,2003(已收录).

水,通过对SBR运行条件的调控,形成了高活性的好氧颗粒污泥,颗粒污泥浓度达到4.5g/L以上,SVI值为32.5左右。颗粒污泥的形成,对于提

作者简介:杨麒(1974-),男,湖南安乡人,湖南大学环境科学与工程系在读硕士研究生,主要从事废水生物处理研究,已发表论文5篇。

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