氧化溝在污水處理中的應用日益廣泛,但是氧化溝污泥膨脹問題也日益引起人們的關注｡1973年,Chudoba 第一個明確提出采用生物選擇器控制污泥膨脹〔1〕｡之后國內外學者把生物選擇器應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中的氧化溝進行了大量的研究,但對系統中生物選擇器的運行參數研究得較少〔2-4〕｡設置了生物選擇器后,氧化溝內的底物分布､生物相組成等都發生了變化〔5〕｡因此,生物選擇器對氧化溝系統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｡本試驗旨在前期采用Carrousel 氧化溝模型處理模擬生活污水的基礎上,在氧化溝前端設置一生物選擇器,研究生物選擇器的分格體積對Carrousel 氧化溝運行效果的影響｡

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗設備及原水

　　試驗裝置采用改良型Carrousel 氧化溝中試試驗系統,即在氧化溝主體反應器前增置一生物選擇器, 如圖1 所示｡該系統主要由生物選擇器､Carrousel氧化溝和豎流式沉淀池組成, 生物選擇器前設置一進水水箱｡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行攪拌,反應條件在缺氧和厭氧之間變化｡氧化溝采用表面曝氣機進行曝氣,由曝氣機實現溝內曝氣和推流過程(進水處的曝氣機主要起曝氣作用,后2 個曝氣機主要起推流作用),曝氣機通過電機控制器實現對氧化溝曝氣量和溝內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,停留一段時間后,混合液進入氧化溝,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%｡中試系統采用間歇排泥,在運行期間每日定時排除一定量的剩余污泥,維持污泥齡為30 d 左右｡

　　試驗用水采用自配廢水,水質參考城市污水水質｡自配廢水以葡萄糖和淀粉的混合物為有機碳源,氮､磷分別采用氯化銨､磷酸二氫鉀進行配制,同時向配水中加入一定量的微量元素｡試驗用水水質為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｡

　　試驗采用24 h 連續進､出水的方式運行｡運行過程中,根據試驗進展情況不定期地監測生物選擇器和氧化溝溝道中的溫度､pH､溶解氧和氧化溝內的MLSS｡在系統調試運行后,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行分析,測定指標包括COD､氨氮､硝態氮､亞硝態氮和總磷｡每天測定并計算氧化溝出水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:顯微鏡觀察｡

　　2 結果與分析

　　2.1 污泥的培養與馴化

　　試驗接種污泥取自運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的影響,然后再將污泥移入生物選擇器和氧化溝,通過連續進､出水方式進行培養,經過20 d 左右的培養馴化,系統運行穩定并進入試驗研究階段｡

　　2.2 生物選擇器體積比對運行效果的影響

　　為了考察生物選擇器對氧化溝系統運行效果的影響,本研究采用6 個分格的生物選擇器,研究不同體積比(R)對Carrousel 氧化溝運行效果的影響｡選擇器的體積比是指生物選擇器的實際運行體積與氧化溝體積之比｡當生物選擇器的實際運行的分格數分別為1､2､3､4､5､6 時, 對應的體積比分別為1.62%､3.24%､4.86%､6.48%､8.10%､9.72%｡試驗過程中,只改變生物選擇器體積比,保持系統的其他運行條件不變, 控制氧化溝內溶解氧為0.8~1.2 mg/L,水力停留時間為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的影響見圖2｡

　　圖2 體積比對生物選擇器出水水質的影響試驗研究工業水處理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氮平均為10 mg/L,其在生物選擇器通過發生反硝化反應而去除｡當體積比過小時,生物選擇器出水還會存在一部分硝態氮, 反硝化反應不完全｡但當體積比達到3.24%后,生物選擇器出水基本上不含硝態氮｡這說明生物選擇器的第1 格和第2 格相當于一個缺氧區,之后就相當于厭氧區｡

　　生物選擇器體積比對氧化溝出水水質的影響見圖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,系統對有機物的處理效果穩定｡在各種體積比下,出水COD 均在25 mg/L 以下,說明有機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有一定的影響,反硝化反應是同步硝化反硝化的限制條件｡當體積比<4.86%時,隨著體積比的增大,出水硝態氮逐漸減小,TN 去除率有上升的趨勢;繼續增大體積比,出水硝態氮逐漸增大,TN 去除率有下降的趨勢｡原因在于體積比增大,相當于原水在生物選擇器中的停留時間增大,反硝化菌通過吸附吸收的有機物增多,進入氧化溝后能夠為反硝化反應提供更多的碳源｡但當體積比過大時,反硝化菌在生物選擇器中的停留時間過長,為了維持自身的生命活動進行的內源呼吸消耗了貯存的有機物,使進入氧化溝中的有機物逐漸減少,反硝化過程逐漸受到碳源的抑制,難以促成反硝化反應的發生｡

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

　　由圖4 可以看出,當體積比<4.86%時,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,系統總磷去除率呈上升趨勢｡因為體積比增大就相當于提高了在生物選擇器中的水力停留時間, 污泥中的兼性酸化菌能充分地將污水中的大分子有機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,聚磷菌在生物選擇器中的停留時間過長, 為了維持自身的生命活動而內源呼吸釋放磷,這種磷的釋放是無效釋放〔7〕,在后續的氧化溝中并不能產生這么多的能量來吸收這些磷,導致了磷去除率不能再提高｡

　　由圖4 可以清楚地看出, 本試驗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,遠高于0.5 mg/L 的排放標準｡總磷去除率不高的原因:一方面在于原水先進入生物選擇器第1 格､第2 格再進入第3 格,原水中易生物降解的有機物將優先被反硝化菌利用,減少了聚磷菌可獲得的易降解碳源數量, 降低了除磷效果｡因此,必須將原水分配給第1 格和第3 格,分別同時向反硝化菌和聚磷菌提供碳源, 即分流進水表面上分配的是水量,實際上分配的是碳源〔8〕｡另一方面在試驗期間氧化溝污泥齡高達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,故去除率不高｡為了彌補長污泥齡對除磷的不足, 可以輔以化學除磷｡

　　2.2.3 對污泥沉降性能的影響

　　污泥沉降性能對于系統的運行具有重要意義,如果污泥沉降性能不好,容易導致污泥隨出水流出,不僅造成出水懸浮物增高, 同時也不利于系統污泥濃度的穩定｡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｡當體積比<4.86%時,隨著體積比的增大,SVI逐漸減小,這是因為在過小的體積比條件下,生物選擇器不能很好地發揮選擇作用, 絮狀菌對底物的吸附和降解不夠充分, 有相當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行生長繁殖; 而當體積比繼續增大時,SVI 變化幅度較小,原因在于隨著體積比的繼續增大, 相當于原水和回流污泥在生物選擇器中的停留時間增大, 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SVI 集中在75mL/g 左右; 但當體積比>8.10%時,SVI 呈上升的趨勢｡在試驗運行期間, 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｡

　　在試驗運行期間生物選擇器污泥的顏色由黃褐色逐漸變為黑色,氧化溝中污泥的顏色變化不大｡正常活性污泥是由許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果表明該微生物群落以菌膠團細菌為主,輔以少量的絲狀菌,以及大量的鐘蟲､一定數量的累枝蟲和少量的輪蟲等｡具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。

　　3 結論

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

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

　　(3)生物選擇器的設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生和發展｡