垃圾渗滤液颗粒污泥驯化试验及主要微生物种群变化

童 庆,樊 霆,王浩明,孙礼明

(1.合肥水泥研究设计院,安徽合肥230051;2.安徽农业大学,安徽合肥230036)

垃圾渗滤液颗粒污泥驯化试验及主要微生物种群变化

童 庆1,樊 霆2,王浩明1,孙礼明1

(1.合肥水泥研究设计院,安徽合肥230051;2.安徽农业大学,安徽合肥230036)

垃圾渗滤液生化处理过程中,采用城市污水处理厂污泥浓缩池污泥进行接种,并选择间歇培养同驯化的启动方法,分阶段提高废水配比。试验结果表明,经过16d的污泥驯化,MLSS保持在5000mg/L左右,HRT=3d,SV=36,F/M为0.144 kgBOD5/kg MLVSS.d,容积负荷(FV)为1.3～1.6 kgCOD/m3.d,温度28～30℃,pH=7,DO为3～5 mg/L条件下,该渗滤液CODCr降至450.05mg/L,去除率保持80%左右,NH3-N的去除率最终达96.15%。随着驯化时间的延长,通过显微观察,活性污泥絮状性能变好,絮体增大,边缘清晰,结构紧密,反应器内原生动物种类丰富,与其他微生物相互协同,可提高处理效率。

垃圾渗滤液;污泥驯化;种群变化

垃圾渗滤液是由城市生活垃圾填埋作业后滤出或垃圾分解以及因为降水等因素形成的一种成分复杂的高浓度有机废水,环境危害极大[1～2]。SBR法用于渗滤液处理是近几年应用较为普遍的一种生物法,具有曝气、沉淀等各功能段运行时间调节方便、对不同水质水量废水变化适应性强等特点。SBR工艺通过在原有好氧曝气前强化缺氧搅拌,通过调节曝气量在同一反应器内部形成缺氧、好氧、厌氧环境的交替变化,方便实现A/O工艺的硝化和反硝化功能,从而达到脱氮除磷效果[3～6]。本研究目的在于探讨难降解有机物的生物反应器的快速启动控制技术,通过进行微生物的镜检分析反应器中污泥特性、微生物种群及数量变化。

1 试验材料与方法

1.1 废水来源及水质

本试验水样取自某市垃圾填埋场渗滤液化学预处理出水,主要水质指标见表1。投加NaOH和HCl调节pH值,曝气量恒定。

1.2 试验装置及方法

试验整套装置如图1所示:反应器有效容积为15L,采用压缩空气鼓风曝气,用玻璃转子流量计调节曝气量。反应过程中在线检测温度、pH和DO值。为更好地实现生物脱氮除磷,SBR反应器的运行方式为:瞬间进水,缺氧搅拌,好氧曝气,停机静置,瞬间出水。各项水质指标的测定方法均采用标准水和废水监测分析方法[7],镜检分析采用日本Nikon公司Model YS100生物(可拍照)显微镜。

表1 渗滤液原水样特性

2 试验结果与分析

2.1 污泥接种及驯化过程

鉴于经化学预处理后,渗滤液COD浓度依旧偏高,本试验选择间歇培养同驯化的启动方法,接种污泥取自某城市污水处理厂污泥浓缩池。

第一阶段,废水按投配比为25%与接种污泥泥水混合物(其中测得MLSS=1859 mg/L),共同进入SBR反应器,调节pH至中性,控制温度30℃,DO为4～6 mg/L,闷曝2d,静置1h,排放上清液。再1次/d瞬时注水,搅拌,曝气,静置,排放上清液,连续稳定运行2d,测定出水水质。

第二阶段,废水投配比依次增加到50%、75%,操作如上,连续稳定运行5d。

第三阶段,废水投配比增加到90%～100%,瞬时进水,缺氧搅拌4h,好氧曝气8h,静置1h,排水,闲置程序连续稳定运行8d,期间不排泥。镜检结果表明,活性污泥中富含微生物,菌胶团絮体呈茶褐色,污泥沉淀性能良好,出水清澈,出水为茶黄色,同时试验测得MLSS=4981mg/L,SV5=36,F/M为0.144 kgBOD5/kg MLVSS·d,容积负荷(FV)为1.3～1.6 kgCOD/m3·d时COD、NH3-N去除率分别达到80%和95%以上。至此可认为污泥驯化过程结束,SBR反应器启动成功。阶段运行数据见表2(本实验以COD浓度作为主要控制标准)。

表2 污泥驯化阶段实验运行数据

根据表2所测数据及计算结果,绘出反应器污泥驯化阶段CODCr及NH3-N变化曲线,结果如图2、图3所示。

由图2、图3可知,闷曝2d后,废水按投配比25%,SBR出水CODCr从587.37mg/L降至257.86mg/L,去除率仅为56.10%,而NH3-N从31.66mg/L降至7.85mg/L,去除率为75.21%。此后,废水按投配比依次按25%、50%和75%递增,污泥驯化8d后,SBR中NH3-N去除率已达91.56%,并首次超过90%,但反应器的CODCr去除率不到75%。进一步提高废水投配至90%,最终达到100%。11d后,SBR出水中CODCr去除率达到80%,NH3-N去除率也保持在93%左右,污泥驯化基本成功。16d后,CODCr从2420.67mg/L降至456.05mg/L,去除率保持80%左右,NH3-N的去除率最终达96.15%,反应器已成功启动。但CODCr出水浓度仍较高,说明渗滤液中还有相当难降解有机物未得到去除,之后SBR的出水水质基本上稳定在此水平。

2.2 反应体系中颗粒污泥生物相的镜检分析

生物相指活性污泥中微生物的种类、数量、优势度及其代谢活力等状况的概貌。微生物(主要指原生动物)无论是在提高活性污泥法的处理水水质方面,还是在减少剩余污泥量方面,都已证实是必需的。

本试验垃圾渗滤液污泥驯化过程中,吸取体系活性污泥镜检,制样2份,其中1份在酒精灯下烤炙片刻。采用日本Nikon公司的Model YS100生物显微镜检测,放大倍数为16×40。镜检发现,整个驯化过程中出现的微生物相非常丰富,微生物种群是分期变化的,伴有钟虫、纤毛虫等原生动物及少量线虫、轮虫出现。

在颗粒污泥驯化初期,由于原污泥中的原生动物对渗滤液水质不适应,几乎全部绝迹,混合液中游离细菌大量存在,污泥结构松散,颗粒细密,很少量的成絮凝体形式(如图4),此时镜检观察混合液中出现较多的是如游泳型纤毛虫(如图5)、豆形虫等。随着驯化时间的延长,污泥中的原生动物对渗滤液水质已渐渐适应,活性污泥絮状性能变好,混合液中游离细菌大量减少,游泳型纤毛虫也逐渐减少,污泥絮体以菌胶团细菌为骨架,絮体大,边缘清晰,结构紧密(如图6),出水开始变透明,出水水质较好,此时体系内原生动物发展成为觅食细菌量较少的固着型纤毛类原生动物,如钟虫(如图7)等,同时也有少量线虫(如图8)和轮虫(如图9)及藻类出现[8]。检测出水COD去除率逐步升高,出水水质愈来愈好。

试验还发现,当反应器原水COD浓度突然增大,出现较大冲击负荷,反应体系pH值、DO急剧降低初期时,钟虫活跃性均呈现明显降低,甚至不动,出水水质随即变差,需要一段时间适应。

可见,主要微生物对水质参数、冲击负荷、pH值、DO、温度等水质环境条件有很高的敏感性,稍有变动,很快就会在原生动物的种类组成、个体数量、个体形态和代谢活力上发生相应的变化[9]。因此活性污泥生物相在一定程度上反映出生化反应曝气系统的处理质量及运行状况,可为污水处理的运行管理提供重要判断指标。

3 结论

(1)采用某城市污水处理厂污泥浓缩池污泥进行接种,并选择间歇培养同驯化的启动方法,阶段提高废水配比,污泥驯化8d后,SBR中NH3-N去除率已达91.56%,并首次超过90%,但反应器的CODCr去除率不到75%。进一步提高废水投配至90%,最终达到100%。11d后,SBR出水中CODCr去除率达到80%,NH3-N去除率也保持在93%左右,污泥驯化基本成功。16d后,CODCr从2420.67mg/L降至456.05mg/L,去除率保持80%左右,NH3-N的去除率最终达96.15%,反应器已成功启动;

(2)反应器成功启动后,当温度控制在30℃、pH值在中性附近、DO为3～5mg/L时,出水的水质较好;

(3)整个驯化过程中反应体系微生物非常丰富,微生物种群、数量及活跃程度的变化均可作为系统稳定运行的重要标准。

[1]孟了,熊向陨.我国垃圾渗滤液处理现状及存在问题[J].给水排水,2003,29(10).

[2]张兰英,韩静磊,张德安,等.垃圾渗沥液中有机污染物的污染及去除[J].中国环境科学,1998,18(2).

[3]Rodrigues Ana C,Antonio G Brio.Posttreatment of a brewery wastewater using a sequencing batch reactor[J].Water Environ2 ment Research,2001,73(1).

[4]王小虎,胡春莲.SBR法处理垃圾渗滤液试验研究[J].环境卫生工程,2000,8(4).

[5]Pai SL,Chong NM,CHen CH.Potential applications of aerobic de2 nitrifying bacteria as bioagents in wastewater treatment[J].Biore2 sour Technol,1999,68(2).

[6]StropsM.The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium-oxidizing micioorgan2 isms[J].Appl Microbiol Biotechnol,1998,50(5).

[7]国家环保局.水和废水监测分析方法(第三版)[M].北京:中国环境科学出版社,1989.

[8]须藤隆一(日).水环境净化及废水处理微生物学[M].北京:中国建筑工业出版社,1988.

[9]Zhang BL,iao LH,Pei J.The preliminary exploration on main mi2 croorganis m groups and their basic ecological 1aw in activated sludge of SBR[J].Advances Eaviron Sci,1994,2(3).

Experiment of Particle Sludge Acclimation of Landfill Leachate and Changes of the Ma in Microorgan ism Species

TONG Qing1,FAN Ting2,WANG Hao2ming1,SUN Li2ming1
(1.Hefei Cement Research&Design Institute,Anhui Hefei 230051 China)

The sludge from municipal sewage treatment plant concentration pond was inoculated by choosing the start-up method of inter mission culture domestication and increasing the sewage proportion by stages in the course of landfill leachate biochemical treatment.The results showed that under the situation of 5000mg/L ofMLSS and 3d of HRT and 0.144kgBOD5/kg MLVSS.d of F/M and 1.3 to 1.6 kgCOD/m3of FV and 7 of pH and 28 to 30℃of the reaction temperature and 3 to 5mg/L ofDO after 16 days of sludge domestication,the removal rate of COD and ammonia nitrogen approached 80 percent and 96 percent respectively,the concentration of COD remains about 450mg/L.W ith the acclimation time extended,the activated sludge brim was clear.The protozoa in bioreactor were abundant,which could grow well with other microorgan is ms to promote disposal efficiency.

landfill leachate;sludge acclimation;species change

X705

A

1673-9655(2010)03-0008-04

2010-01-26

童庆(1977-),男,工学硕士,工程师,主要从事污染物治理科研与设计工作。