一种新型好氧颗粒污泥反应器的试验研究概述

摘要: 该反应器在直接投加高浓度的二次沉淀池回流污泥、0.3-0.5kgCODCr/(m3·d)的容积负荷、24h的水力停留时间的条件下,在15天内启动驯化,成功培养出颗粒污泥;该反应器对CODCr的去除能力较强,同时又具有较好的脱除氨氮的效能。12-24h的水力停留时间内、0.65-5.0kgCODCr/(m3·d)的容积负荷条件下,CODCr去除率稳定高达98%以上,氨氮去除率80%以上。出水水质较好,CODCr最低达20mg/L以下,氨氮5mg/L以下,为中水回用提供条件。

关键词: 好氧颗粒污泥;CODCr去除率;氨氮去除率

0 前言

随着水环境污染和水体富营养化问题的日趋严重,水污染控制技术的应用日益广泛。颗粒污泥法是近几年来发展起来的微生物自身固定化的一种形式,颗粒污泥以它活性高、沉速快、可使反应器维持较高MLSS,从而使得系统能够承受较高的有机负荷和较大水质波动带来的冲击负荷等特点,成为污水生物处理研究的一个热点[1]。

本课题研究主要是针对工业废水、医院污水、居民小区生活污水等污染分布较为分散,且较难实现污水集中处理的情况,通过培养颗粒污泥,并使得反应器内达到高负荷的处理效果,同时通过泥层过滤作用,使出水水质稳定。

本课题通过探讨研究该泥层过滤好氧颗粒污泥反应器培养好氧颗粒污泥的条件,验证其达到高负荷、高CODCr去除率的处理效果,同时研究该反应器对氨氮的脱除效率,使出水水质能够稳定。通过研发新型高效颗粒污泥反应器,对絮状污泥进行颗粒化培养并对反应器的除污能力进行试验研究。

1 试验材料与方法

1.1 试验装置

试验用反应器由有机玻璃制成,尺寸为45mm×45mm×800mm,总容积为160L,有效容积为110L。反应器进水由进水泵提升打入,出水自流排入下水道,反应器于室温(20.0℃±2.0℃)条件下运行。试验装置如图1所示。

Fig1 The test unit of the reactor

1.2 接种污泥

本研究以某城市生活污水处理厂二次沉淀池回流污泥(絮状活性污泥)作为接种污泥,MLSS约为6500mg/L,接种量约为75L。采用逐步提高污泥负荷的方法培养颗粒污泥,60d后颗粒污泥成熟,此时污泥负荷达到0.7kg/(m3d),MLSS为8.5g/L,SVI为35mL/g。

1.3 进水组成

本研究的进水采用实验室自配的面粉(食品用面粉)废水,即在一定容积的自来水中加入一定量(按配比)的面粉作为有机基质和碳源,CODCr控制在650-3000mg/L的阶梯式范围内;并补充少量氯化铵作为氮源,NH4-N浓度控制在30-90mg/L的阶梯式范围内;磷源:磷酸二氢钾,磷浓度约为5mg/L;CaO约90mg/L,以及少量微量元素FeCl2、KI、MgSO4等。同时,通过添加适量的生石灰来调节pH在6.5-7.5。

试验研究表明,向该反应器内投加少量的土壤,可以增加反应器内的污泥密度,同时土壤中的Fe2+等微量元素可以作为核聚体,可加速污泥的颗粒化进程[2]。

1.4 试验检测项目及分析方法

本研究采用重铬酸钾滴定法检测进出水的CODCr指标,采用纳氏试剂722S分光光度计法[1]测定进出水NH4-N指标,MLSS与SS的测定采用重量法[1],SV、SVI采用标准测定方法[1]测定,溶解氧DO采用ProfiLine系列的Oxi197/Oxi197-S溶解氧仪即时测定,采用pH-3C精密型pH计检测反应器内的pH值和ORP值。

2 结果与讨论

2.1 反应器启动及污泥培养驯化阶段

该阶段,反应器内pH值维持在6.5-7.5,温度控制在23℃左右,反应器内的容积负荷控制在0.3-0.5kgCODCr/(m3·d)范围内,进水CODCr浓度由300mg/L逐步提高到650mg/L,进液方式为连续进水,水力停留时间为24h,连续运行15d。

反应器的上半部分为完全好氧反应区,ORP控制在23~33mV,下半部分为兼性缺氧反应区,ORP控制在-8~6mV,右侧沉淀区ORP控制在-155~-185mV,出水ORP在-285~-295mV范围内。保证了完全好氧反应区的溶解氧基本在2~5mg/L,兼性缺氧区的溶解氧在0~2mg/L,各部分的氧化还原电位值均能够满足“上部反应区0~50mV,下部反应区-10~10mV,沉淀区-150~-200mV,出水ORP-280~-300mV”的试验要求。

根据试验情况,该阶段反应到第12-15天时,CODCr的去除率达到了94%左右,且数据较为稳定。并且,从第14天开始,从反应器的外壁可以清晰的观察到颗粒污泥体在反应器内大量活跃。因此认为,此时反应器中的活性污泥已经适应了反应器系统内的环境,表明污泥驯化成功。

根据试验研究,该阶段系统内的污泥浓度是随着容积负荷的不断提高而增大的。在保持进水流量不变的情况下,随着反应系统内污泥浓度的不断增大,污泥的体积指数迅速降低,污泥的沉降性能就越来越好,这表明污泥培养驯化的比较成功。

2.2 CODCr的去除及脱氮效果的研究

2.2.1 CODCr去除效果研究

该阶段,反应器内pH值仍维持在6.5-8.0,温度仍控制在23℃左右,反应器内的容积负荷控制在0.65-5.0kgCODCr/(m3·d)范围内,进水CODCr浓度由650mg/L逐步提高到3000mg/L,进液方式仍为连续进水,水力停留时间调整为12-24h,该阶段连续运行60d。

当容积负荷提高到2.45kgCODCr/(m3·d)时,开始向配水中投加一定量的氯化铵作为氮源,进水氨氮浓度由30mg/L逐步提高到90mg/L,氨氮容积负荷控制在0.032-0.185kg/(m3d)范围内。

该阶段,反应器上部分的完全好氧反应区ORP控制在25~35mV,下部分的兼性缺氧反应区控制在-8~6mV,沉淀区控制在-155~-185mV,出水在-280~-295mV。该阶段氧化还原电位值的控制程度与污泥培养驯化阶段的情况一致。