乐鱼,低温条件下好氧颗粒污泥培养及其脱氮性能研究 ：为研究在低温条件下好氧颗粒污泥(AGS)的形成及其脱氮性能,在序批式反应器(SBR)中 15℃条件下 60d 内培养出了成熟的具有良好短程硝化功能的

焦点提醒：低温前提下好氧颗粒污泥培育和其脱氮机能研究 ：为研究在低温前提下好氧颗粒污泥(AGS)的构成和其脱氮机能,在序批式反映器(SBR)中 15℃前提下 60d 内培育出了成熟的具有杰出短程硝化功能的 AGS,不变运转阶段亚硝酸盐氮堆集率(NAR)能够到达 90%以上,扫描电镜显示 AGS 首要由短杆菌和球菌组成. 经由过程批次尝试研究了温度在 15℃时,粒径为 R1(1.0~2.0mm)、R2 (2.0~3.0mm)和 R3 (>3.0mm)的短程硝化 AGS 的脱氮特征. 此中 R1 亚硝酸盐氮堆集结果最差

来历 ：北极星水处置网摘要：为研究在低温前提下好氧颗粒污泥(AGS)的构成和其脱氮机能,在序批式反映器(SBR)中 15℃前提下 60d 内培育出了成熟的具有杰出短程硝化功能的 AGS,不变运转阶段亚硝酸盐氮堆集率(NAR)能够到达 90%以上,扫描电镜显示 AGS 首要由短杆菌和球菌组成. 经由过程批次尝试研究了温度在 15℃时,粒径为 R1(1.0~2.0mm)、R2 (2.0~3.0mm)和 R3 (>3.0mm)的短程硝化 AGS 的脱氮特征. 此中 R1 亚硝酸盐氮堆集结果最差,R2、R3 相差不年夜,其 NAR都可到达 90%摆布,结果较好.AGS 粒径的增年夜会对基质的传质发生影响,这为氨化细菌(AOB)、硝化细菌(NOB)和反硝化细菌的发展供给了适合的场合,有益在短程硝化的实现.经由过程微电极测定,在温度为 15℃、水中消融氧(DO)浓度为 6~7mg/L 时,AGS 中氧气的传质深度为 600~700m.好氧颗粒污泥(AGS)是生物自絮凝而构成的非凡生物布局,其手艺发源在 20 世纪 90 年月[1].AGS手艺与保守活性污泥手艺比拟具有很年夜劣势,如颗粒污泥本身杰出的沉降性、较高的生物量,和较低的操作运转费用等。今朝短程硝化反硝化成为废艺比拟,具有需氧量小、碱度耗损少、反映时候短、反硝化所需碳源少、污泥产率低等长处,被认为是一种可延续的污水脱氮新手艺。

AGS 内部氧传质限制使 NOB 发展遭到按捺,进而使得亚硝化轻易实现,并且杰出的微生物固定化结果和颗粒污泥反映器较短的沉淀时候能够有用富集 AOB、淘洗 NOB.是以,短程硝化颗粒污泥的呈现为高效低耗处置废水供给了新的选择。

温度对所有情况中微生物代谢和群落布局有很年夜的影响,其改变会致使生物转化进程改变.是以,经由过程研究温度改变对细菌发生的影响,从而理解它对天然情况和革新生态系统的感化是有需要的.在我国冬季,年夜部门污水处置厂污水温度只要 10℃摆布,如许低的情况温度能够按捺微生物的新陈代谢和勾当.生物脱氮工艺的处置结果与温度呈极强的负相干,当温度到达 10℃乃至更低时,顺应常温(25℃摆布)的污泥活性就会被年夜幅度按捺,并且低温会给污水的生物处置带来良多的问题,例如丝状菌的年夜量发展、污泥沉降性变差等.

在 AGS 系统中,低温会致使 AGS 的粉碎、生物量流掉等一系列问题,是以在低温前提下,AGS 系统很难启动.虽然如许,郭安等采取厌氧、好氧瓜代运转的小试 SBR 反映器,在秋、冬季温度由 18℃逐步降至 10℃并持久保持在较低温度的下,培育出了具有杰出物化特征的颗粒污泥,对糊口污水中污染物的去除具有杰出结果.王硕等采取内轮回序批气提式反映器(SBAR)40d 在低温前提下培育出AGS,其对生化需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)和磷(P)的去除率别离为 87.2%、81.8%和 58.9%.粒径对颗粒污泥系统的结果具有主要影响.李定昌等研究了分歧粒径成熟 AGS 中胞外聚合物的散布和物理化学特征.但是,关在粒径对 AGS 脱氮机能的影响少有研究.是以,本研究拟考查短程硝化 AGS 系统在低温前提下的启动进程和其不变运转的环境,并挑选 3种粒径的 AGS,研究粒径对其脱氮机能的影响.

1 材料与方式

1.1 尝试装配

尝试所用装配为序批式反映器,如图 1 所示,反映器由无机博璃板制成,高 170cm,直径为 8cm,反映器总容积为 8.5L,有用容积 8L,设定排水比为 50%.采取曝气泵(50L/min,50Hz)在反映器底部进行曝气;反映器外部设有水浴装配,用控温槽(上海朗晟,中国)节制反映器内水温恒定在 15℃.

1.2 接种污泥与尝试用水

接种污泥取自北京市高碑店污水处置厂曝气池活性污泥,黑褐色.接种污泥的质量浓度(MLSS)为4600mg/L 摆布,污泥的沉降指数(SVI)为 68.33,

MLVSS/MLSS=0.72.

尝试用水为人工配制,摹拟城镇糊口污水,NH4+-N(以 NH4Cl 配制)质量浓度为 60mg/L,COD(CH3COONa) 值 为 300mg/L 左 右 ,P(KH2PO4) 为4mg/L,Ca(无水 CaCl2)为 40mg/L,Mg(MgSO42H2O)为 20mg/L.按照反映器现实降解 NH4+-N 的量,投加NaHCO3,保持反映器 pH 在 7.8~8.2 之间.每 1L 配水中添加 0.5mL 微生物心理勾当所必须的微量元素,此中微量元素成份为 FeCl36H2O 1500mg/L、H3BO3150mg/L、CuSO45H2O 50mg/L、KI 150mg/L、MnCl24H2O 110mg/L 、 CoCl26H2O 150mg/L 、Na2MoO42H2O 60mg/L、ZnSO47H2O 120mg/L.

1.3 尝试方式

1.3.1 低温培育 AGS

反映器运转体例为序批式进水,每一个周期 12h,分为进水(3min)、曝气(9.5h)、沉淀(1-5min)、排水(1min)和静置(残剩时候)5 个阶段.

AGS 启动培育阶段(阶段 1,1~60d)、不变运转阶段(阶段 2,61~100d)和亚硝化粉碎与恢复阶段(阶段3,101~140d),此中在 1~99d 节制 DO 在 6mg/L 摆布,100~109d 提高 DO 至 8mg/L 摆布,110~140d 下降DO 至 5mg/L 摆布.

1.3.2 批次尝试装配和法式批次实验

利用500mL 集气瓶,进行分歧粒径 AGS 的脱氮特征测定.反映器运转第 138d,亚硝化结果不变落后行批次尝试, AGS 从反映器中掏出,先用自来水冲刷 3 遍以去除概况的残留基质,再用孔径为 1.0,2.0,3.0mm 的不锈钢筛网过滤获得粒径为 R1(1.0~2.0mm)、R2(2.0~3.0mm)和R3(>3.0mm)的AGS. AGS外不雅形态如图2所示,刻度尺最小刻度为 1mm. 用阐发天等分别称取不异质量的 3 种粒径湿污泥,将污泥和摹拟配水(与反映器进水水质不异)一路放入有用容积为500mL 的集气瓶中,集气瓶中 MLSS 与反映器中不异. 包管其他尝试前提不异,每隔 1h 取样测定NH4+-N、亚硝酸盐氮(NO2--N)、硝酸盐氮(NO3--N)和COD浓度,以此来肯定分歧粒径AGS的亚硝化活性,每次取水样体积为 5mL.

1.4 阐发项目与方式

NH4+-N、NO2--N 和 NO3--N 的测定别离采取纳氏试剂分光光度法、N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法和麝喷鼻草酚分光光度法;DO、T 和 pH 值经由过程在线测定仪(WTW,德国)进行测定;MLSS和MLVSS均采取分量法;COD 采取 COD 快速测定仪(连华,中国)进行测定;采取 Olympus BX51/52 (OLYMPUS,日本)光学显微镜不雅察 AGS 的外形;AGS 概况微不雅形态采取 Hitachi S3400N (HITACHI,日本)扫描电子显微镜(Scanning electronic microscopy,SEM)表征;AGS 粒径丈量采取湿筛分法:从反映器中掏出污泥样品,使其经由过程分歧孔径的尺度筛,将截留在分歧孔径筛网上的颗粒污泥进行搜集;AGS 中 DO 经由过程微电极测定,尝试所用的微电极装备首要由以下几部门构成:Unisense 公司出产的 Microsensor MultimeterVersion 2.01 四通道主机、Z 轴微米级马达推动器、OX-10 氧微电极.

2 成果与会商

2.1 污泥特征的转变

在反映器最先启动阶段,接种2L活性污泥,接种后反映器内 MLSS 为 4630mg/L 摆布,培育进程中污泥色彩慢慢从黑褐色变成淡黄色,最初变成黄褐色,如图 2 所示.

反映器在低温前提下启动进程中呈现了丝状菌年夜量滋生的现象,这与 Kreuk 等和 Bao等的尝试成果分歧.本尝试经由过程将沉降时候从5min下降到3min,逐步将絮体污泥挑选出去.在全部运转阶段污泥物理性质的转变如表 1 所示.

第 10d 在反映器中能够看到灰褐色外形不法则的藐小颗粒,此阶段略擅长常温前提下 AGS 的培育进程.第 15d,SVI 从 68 升高到 104,反映器中的污泥沉降机能因为丝状菌的年夜量增殖变差,年夜量沉降性欠好的污泥随排水排出反映器,MLSS 从 4630 下降到 1824mg/L.第 30d,SVI 从 104 下降到 84,MLSS 从1824 升高到 2139mg/L,颗粒平均粒径在 1.3mm 摆布.

以后污泥的沉降性愈来愈好,污泥量逐步升高,第60d,SVI 值到达 36,MLSS 为 4356mg/L,布局密实、概况滑腻的颗粒污泥占有反映器的主体.构成的AGS 粒径逐步变年夜,在第 60d 平均粒径为 3.2mm.由表 1 可知,培育进程中 MLVSS/MLSS 的值先增年夜后减小,这是由于接种污泥取自污水厂,污泥中还年夜量 的 无 机 质和其他惰 杂质 , 使得接种污泥MLVSS/MLSS 的值较低,跟着培育的进程,无机质等逐步被挑选出去,而且微生物的增殖使得 MLVSS/MLSS 的值逐步升高,45d 后,MLVSS/MLSS 的值下降,阐发其缘由多是跟着颗粒污泥粒径的增年夜,颗粒污泥内部无机物资的富集和概况对无机质的吸附感化加强的配合感化.

第 10、30 和 60d 的 AGS 外形如图 2a、b、c所示,d 为 100d 时 AGS 扫描电镜图象,能够看到颗粒污泥首要由短杆菌和球菌组成,丝状菌很少,颗粒污泥布局慎密,具有孔隙布局.

2.2 AGS 脱氮机能

由图3可知,最先运转的几天,出水NH4+-N浓度很低,出水 NO3--N 的浓度跨越 50mg/L,而 NO2--N浓度仅为1mg/L摆布,进水NH4+-N几近全数转化为NO3--N,接种污泥具有很高的硝化机能,并且反映器中 DO 很高,是以未呈现 NO2--N 堆集的现象.随后因为年夜量沉降机能欠好的污泥随排水排出,反映器内生物量年夜幅度下降,致使反映器出水NH4+-N浓度逐步升高.15~30d,跟着反映器中 MLSS 的提高,出水NH4+-N 浓度逐步下降,终究去除率接近 100%.第32d,跟着颗粒污泥的构成,反映器中呈现 NO2--N 堆集,并且NAR ����APP跟着AGS的粒径增年夜逐步升高,在57d时到达最高并延续不变了 43d,此阶段 NAR 一直在90%以上,出水 NO3--N 浓度保持在 5mg/L 摆布.第100d,连结其他前提不变,提高曝气量,使反映器中的DO 到达 8mg/L,短程硝化被粉碎,9d 时候出水NO3--N 浓度急剧升高,NAR 由 91.93%降至 2.07%.随后,调理 DO 在 5mg/L 摆布,16d 后 NAR 逐步升高到达 90.07%,短程硝化获得恢复并不变运转了 16d.

如上所述,与常温前提下比拟,系统的短程硝化机能具有杰出机能,但其 NH4+-N 去除效力会有所下降.

2.3 粒径对 AGS 机能的影响

2.3.1 去除无机物的机能

由图 4 能够看出,3 种粒径的 AGS 对 COD 的去除效力都可以到达 80%以上,全体不同不年夜,出水COD 可到达一级A尺度,对COD的去除均有较好的结果.在周期的前 2h,能够看到粒径越年夜,COD 的去除速度越低. R1 中颗粒粒径较小,比概况积较年夜,是以前期对 COD 的吸附感化较强,同时 R2 和 R3 中由于基质传质的感化的具有而使得粒径较年夜的颗粒内部微生物耗损基质的速度变慢,所以对 COD 的去除 R1 要略快在 R2 和 R3[13].

2.3.2 短程硝化机能

由图 5 可见,跟着粒径的增年夜,系统中发生的 NO3--N 越少,NO2--N 堆集的结果越不变,粒径>3.0mm 的小试中全部进程几近没有 NO3--N的发生.可是跟着粒径的增年夜,系统 NH4+-N 的去除率下降,R1 终究出水的 NAR 没有 R2 和 R3 高,是由于颗粒粒径较小,即便颗粒内有氧气的传质感化,但内部的DO 浓度仍是比力高,NOB 的发展没有获得有用的按捺,生成了年夜量的 NO3--N,是以 NAR 比力低.而R2 和 R3 的 NAR 仅仅相差 10%摆布,能够看出,当水中 DO 为 6~7mg/L 时,粒径为 2mm 的颗粒污泥已能够供给实现短程硝化适合的微情况.

由图 2 可知,在夹杂粒径的反映器中,亚硝化不变运转阶段,根基没有 NO3--N 的发生,是以提出假定:在 DO 比力高前提下的 AGS 短程硝化的系统中,粒径分歧的 AGS 具有分歧的感化,粒径小的颗粒污泥首要起到全程硝化的感化,系统中NH4+-N的去除首要是小粒径的颗粒污泥起感化,而其发生的NO3--N 由年夜颗粒污泥的反硝化感化去除,同时年夜颗粒污泥在去除 NH4+-N 的同时发生 NO2--N,系统短程硝化的实现首要是到达必然粒径的颗粒污泥在起首要感化.跟着粒径的增年夜,系统为到达完全的NH4+-N 去除和生成 NO2--N,和后续的反硝化,系统中 DO 的浓度能够更高.如许来讲,颗粒粒径的增年夜可使系统的运转前提加倍宽松,运转加倍简单.

颠末测定,粒径年夜在 3.0mm 的颗粒占全部反映器中颗粒总数的 25.33%,粒径为 2.0~3.0mm 的颗粒占 62.47%,粒径小在 2.0mm 的颗粒占 12.2%.能够看到粒径年夜在 2.0mm 的颗粒污泥占反映器中颗粒污泥总数的比例较年夜,是以反映器表现出较强的短程硝化机能.假如本反映器中粒径小在 2.0mm 的颗粒污泥占的比例较年夜,则反映器短程硝化的机能较弱.

本尝试研究 AGS 的粒径尺寸最年夜为 4.0mm 摆布,在本尝试研究的粒径规模内(0~4.0mm),粒径的增年夜对 AGS 的短程硝化活性的感化表示为两个方面,包罗增进感化和按捺感化.增进感化:小颗粒污泥具有更好的传质效力和更年夜的比概况积,能够揭示更好的生物活性.是以颗粒中的微情况与外界情况不同不年夜,基质足够,不克不及有用按捺 NOB 的发展,跟着颗粒的增年夜,受传质感化的影响,颗粒污泥内部能够供给低 DO 的情况,能够按捺 NOB 的发展,所以粒径的增年夜将对 AGS 的短程硝化活性发生增进感化.按捺感化:跟着粒径的增年夜,颗粒内部反硝化等发生的气体味溢出颗粒污泥,这些气体的溢出会使AGS 内部布满了孔道,这有益在基质进入颗粒污泥内部,粉碎颗粒污泥已构成的微情况,在必然水平上减缓传质感化的影响,从而按捺短程硝化.

2.3.3 氧气的传质

在 R1、R2 和 R3 中随机拔取一颗 AGS,经由过程显微镜测得它们的半径顺次为 533m,1146m 和 1524m.将 AGS 固定在丈量槽中,操纵微电极手艺丈量颗粒污泥内部氧气传质的浓度梯度.丈量槽中插手人工配水,水质为 NH4+-N 和 NO2--N 浓度为 20mg/L,NO3--N 浓度为 10mg/L,未添加碳源.经由过程水浴节制槽中的水温在 15℃.在丈量槽水中进行曝气,直到水中DO 为6mg/L 摆布住手曝气.颗粒在丈量槽中与水接触 1h 后认为反映不变,微电极的尖端在水中从 AGS 的正上方间接插入 AGS 进行丈量,认

为 AGS 为法则的球形,设定颗粒污泥上部与水的程度接触面地点位置为零点,尝试成果见图 6.

能够看到氧气在 AGS 内部的浓度梯度较着,3个分歧粒径的 AGS 中氧气的传质进程类似.R1 中掏出的样品由于粒径较小,在颗粒的中间处 DO 的浓度还能够到达 1.32mg/L,而 R2 与 R3 中 DO 的浓度能够到达 0mg/L,为反硝化细菌供给了缺氧情况.有研究注解,AOB 和 NOB 的氧饱和系数别离为0.3,1.1mg/L,它们在无限氧的前提下会对氧气进行争取.是以,年夜大都的研究为了到达短程硝化都经由过程节制低 DO 的前提,使 AOB 能够发展,按捺 NOB发展.R1 中小粒径的颗粒内部 DO 不足以按捺 NOB的发展,所以出水 NO3--N 的浓度较高.而 R2 和 R3中掏出的颗粒污泥粒径较年夜,其内部较低的 DO 能够有用的按捺 NOB 的发展和活性,能够实现NO2--N 的堆集.已有研究指出,生物膜能够显著的影响氧气传质.Anthonisen 等[17]得出当外界 DO 浓度为 3.3 和 6.8mg/L 时,在生物膜 30m 处 DO 下降为 0和 0.06mg/L.Rathnayake 等指出外界 DO 浓度为2mg/L 时,在生物膜 100m 处 DO 下降为 0mg/L.对好氧颗粒污泥来讲,当外界 DO 浓度为 5.5mg/L 时DO 的传质深度在 100m[19].与其分歧,本尝试中外界 DO 浓度为 6mg/L 时,DO 在 600~700m 的深度才降为 0.经由过程对照,Kishida 等[19]的反映器设置有搅拌装配,而本尝试中并未设置,这可能致使本尝试中构成的颗粒污泥布局不敷密实,如图 2d 也能够看出好氧颗粒污泥内部浮泛较多,这将有益在氧气传质到更深的处所.其次,本尝试在低温前提下进行,温度会影响硝化细菌的活性,低温会致使颗粒污泥外部硝化细菌活性下降,使得外层好氧区域扩年夜,从而使颗粒污泥内部氧的分散深度增添.

运转第 100d 时,提高 DO 为 8mg/L 摆布,AGS内部氧气传质的深度增添,颗粒华夏来散布的 NOB获得更多的 DO 从而恢新生性,短程硝化被粉碎.可是,遵照所测得的成果(图 6)猜测,即便外界 DO 为8mg/L,粒径在 2mm 以上的 AGS 中也具有着缺氧区域,照旧能够供给反硝化菌、AOB 和 NOB 的保存情况.Bian 等经由过程比值节制实现了短程硝化,申明短程硝化所需要的氧传质前提不但仅与 DO 相关,并且还与氨氮的浓度相关,是以揣度即便在 DO 为8mg/L 的前提下,经由过程提高氨氮的浓度,颠末长时候的调控运转,该系统也能够实现短程硝化.

颗粒粒径的增年夜,不异体积的颗粒污泥比概况积变小,相对的颗粒单元概况积的氨氮负荷提高,这使得氧的传质深度变小,而 AOB 的氧亲和力要高在NOB,这将致使颗粒中好氧区变小,缺氧区变年夜.在好氧颗粒污泥系统中,分歧的细菌之间在争取着颗粒内部的空间和基质,AOB 和 NOB 争取氧气,而 AOB具有更高的氧亲和力,而反硝化细菌遭到氧气的按捺,需要严酷的缺氧情况.这些微生物散布在颗粒中彼此影响,而且间接影响着反映器的机能.AGS 系统实现亚硝化必需使得AOB的活性高在NOB.系统到达不变后 AOB 将在氨氮和氧气都比力足够的颗粒污泥的外层.NOB 假如没有被淘洗清洁将会在 AOB的下一层,这里会有必然的氧气足够 NOB 将NO2--N 氧化成 NO3--N.反硝化细菌则发展在颗粒污泥中的缺氧的部门,这里 NO2--N 和 NO3--N 和COD 能够传质进来,但依然接近 AOB 地点的层.

单从氧气的传质角度来看,颗粒污泥的粒径越年夜越有益在短程硝化实现.但有研究注解,颗粒污泥粒径越年夜越不不变[21].Toh 等[22]研究发觉,当颗粒粒径>4mm 时,粒径增年夜反而会致使其沉降机能变差,在浮力和外部剪切力感化下,终究会致使颗粒污泥解体,从而影响污染物去除结果和固液分手机能.现实中在用好氧颗粒污泥实现短程硝化处置污水时,能够将颗粒污泥的粒径节制在公道的规模,避免粒径较年夜而带来的不不变运转环境.李定昌等研究注解,在 AGS 培育的项目实践中,可将 AGS 粒径节制在 1.6~2.0mm 规模内,保持较高的 PN/PS 值,以利在颗粒污泥的构成和不变保持.

3 结论

3.1 15℃下,在 SBR 反映器中培育好氧颗粒污泥,培育进程中会呈现丝状菌年夜量增殖的现象,经由过程逐步缩短沉淀时候,机能杰出的好氧颗粒污泥能够构成.

3.2 低温前提下的 AGS 培育,跟着 AGS 粒径增年夜,最先呈现 NO2--N 堆集. 培育成熟的 AGS 具杰出的污染物去除机能,出水氨氮几近为零,出水 NO3--N在 5mg/L 摆布,不变时 NAR 能够到达 90%以上.

3.3 AGS 跟着粒径的增年夜,其对无机物的去除结果全体不同不年夜,但前期耗损 COD 的速度会下降. 粒径对短程硝化的影响表现在增进感化和按捺感化两个方面.AGS 内部氧气传质较着,当水中 DO 为6~7mg/L 时,粒径为 2mm 的颗粒污泥已能够供给实现短程硝化适合的微情况.

原题目:低温前提下好氧颗粒污泥培育和其脱氮机能研究

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