用味精生产废水培养好氧颗粒污泥

王 震 ，柏义生，孔德芳，范 铮，刘 培

（1. 郑州大学 水利与环境学院，河南 郑州 450002；2. 郑州大学 环境政策规划评价研究中心，河南 郑州 450002；3. 郑州大学 环境技术咨询工程公司，河南 郑州 450002）

好氧颗粒污泥是在特定的好氧条件下通过微生物自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥。与普通活性污泥相比，它具有不易发生污泥膨胀、生物量高、能承受高有机负荷等特点［1-3］。近年来，好氧颗粒污泥废水处理工艺已逐步发展成为废水处理的新型工艺，众多研究者在好氧颗粒污泥的形成、特性以及影响因素等方面做了大量研究［4-8］。但这些研究基本是以人工配水作为处理对象，而以实际废水培养好氧颗粒污泥的研究报道相对较少。

本工作以某味精厂味精生产废水作为处理对象，以厌氧颗粒污泥为接种污泥，采用SBR培养好氧颗粒污泥，研究好氧颗粒污泥的培养过程，考察其对基质的降解特性，为好氧颗粒污泥处理味精生产废水的实际应用提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

接种污泥取自某味精废水处理厂厌氧反应器，污泥质量浓度为6 000～7 000 mg/L，MLVSS/MLSS=0.75，粒径0.5～3.0 mm。接种的厌氧颗粒污泥呈黑色，结构紧密，形状不规则。

实验用废水为某味精废水处理厂味精生产废水，废水水质见表1。

表1 味精生产废水水质

1.2 实验装置

实验装置示意见图1。为提高味精生产废水可生化性、后续脱氮效率和稳定废水pH，实验前对废水进行预曝气处理。自制SBR由φ9 cm×100 cm的有机玻璃柱制成，有效容积6.32 L，排水体积为反应器有效体积的1/2。由微电脑时控开关控制整个运行周期中进水、曝气、沉淀、排水和静置的自动运行。实验在室温（25～30 ℃）下进行，采用直流泵（流量50 L/min）从反应器底部进水，出水由电磁阀控制。采用空气压缩机连接微孔曝气头曝气，使反应器内曝气更加均匀，由气体流量计控制曝气量。

图1 实验装置示意

表2 培养好氧颗粒污泥的最佳运行参数

1.3 培养方法

整个培养过程可以分为启动阶段、出现阶段和成熟阶段3个阶段。在启动阶段初期，为保证反应器内的污泥浓度，设置较长的运行周期和沉淀时间；随反应器中污泥沉降性能的改善和处理效果的增强，缩短运行周期并减少沉淀时间。在出现阶段进一步减少沉淀时间，以促进颗粒化进程。在成熟阶段，适当提高有机负荷。经过近95 d的运行和监测，以及对运行参数进行调整［9］，得到培养好氧颗粒污泥的最佳运行参数，见表2。

1.4 分析方法

分析方法见表3。

表3 分析方法

2 结果与讨论

2.1 颗粒化过程中污泥形态的变化

不同培养阶段污泥试样的光学显微镜照片见图2。由图2可见：在水力剪切力作用下，厌氧颗粒污泥逐渐解体变小并留下内核，经过15 d的培养污泥颜色变浅，呈黄色，污泥形态为块状絮体；在出现阶段，反应器中的污泥不断生长，并出现大量细小的好氧颗粒污泥，污泥颜色仍为黄色。该反应器中好氧颗粒污泥的出现时间比Liu等［11］和Ivanov等［12］研究的好氧颗粒污泥出现的时间晚，可能是因为味精生产废水的成分较为复杂。运行65 d后，颗粒污泥粒径达0.3 mm左右，污泥颗粒化较为明显。颗粒污泥粒径增大的原因主要是：1）运行周期缩短使得反应器中微生物在内源呼吸期中的消耗量减少［13］；2）沉淀时间减少使得反应器中沉降性能较差的絮状污泥排出，同时减少了反应器中营养物质的竞争；3）有机负荷提高丰富了反应器内的营养物质，为深层微生物的生长提供了较多的碳源［12］。

图2 不同培养阶段污泥试样的光学显微镜照片

随着反应器的运行，好氧颗粒污泥的粒径进一步增大，颗粒化明显且反应器中以颗粒污泥为主。培养95 d后，好氧颗粒污泥颜色为黄褐色，显微镜检验发现颗粒污泥表面和周围存在大量原生动物，如轮虫、累枝虫等，颗粒污泥粒径达0.6 mm左右。

2.2 颗粒化过程中污泥性能的变化

颗粒化过程中MLSS和SVI的变化见图3。由图3可见：反应器中接种污泥的MLSS为6.43 g/L，SVI为59.12 mL/g；启动阶段反应器中接种污泥逐渐解体，运行15 d后污泥的MLSS略有降低，SVI增至96.20 mL/g；运行20 d后，反应器中MLSS为7.85 g/L，SVI降至67.51 mL/g，污泥沉降性能相比启动阶段有明显提高；运行60 d后，反应器中MLSS升至9.11 g/L，污泥的沉降性能显著提高；运行95 d后，SVI稳定在30.00 mL/g左右，MLSS达到8.00 g/L。

图3 颗粒化过程中MLSS和SVI的变化

2.3 好氧颗粒污泥对污染物的去除效果

培养过程中COD的去除效果见图4。

图4 培养过程中COD的去除效果

由图4可见：运行初期系统对COD的去除率有较大波动；经过15 d的培养驯化，进入出现阶段后，系统对COD的去除率基本维持在80%～90%，出水COD为70～90 mg/L；成熟阶段，系统的有机负荷由1.2 kg/（m3·d）提高至2.0 kg/（m3·d），而出水COD低于80 mg/L，去除率达到90%以上，并基本稳定。可见好氧颗粒污泥对味精生产废水中有机物具有较高的代谢活性。这主要是因为好氧颗粒污泥可在短时间内迅速吸附系统内有机物，并以聚合物的形态储存于体内，随着反应的进行，所吸附的有机物被微生物逐渐分解利用［14-15］。

培养过程中NH3-N的去除效果见图5。由图5可见，出水ρ（NH3-N）从初期的10 mg/L左右降至后期的2 mg/L左右，去除率也从80%左右升至95%以上，表明系统对NH3-N具有较好的去除效果。

图5 培养过程中NH3-N的去除效果

培养过程中ρ（NO3--N）、ρ（NO2--N）和DO的变化见图6。

图6 培养过程中ρ（NO3--N）、ρ（NO2--N）和DO的变化

由图6可见：NH3-N在硝化过程中产生的氧化产物基本上以NO3--N形式存在，且大量积累，浓度逐渐增加，系统对NH3-N基本实现了完全转化，但反硝化作用效果不好。主要是因为脱氮效果受溶解氧饱和度和颗粒粒径的限制［16-17］。在本实验条件下，反应器中DO较高，粒径相对较小，颗粒污泥比表面积较大，可以较快地扩散到颗粒表面，为NH3-N的快速氧化提供充足的氧，硝化反应进行的较为充分；同时溶解氧向颗粒内部扩散，能够提供反硝化的缺氧区域较小，反硝化作用受到了抑制，导致最终反硝化效果不理想。

3 结论

a）在SBR中以厌氧颗粒污泥为接种污泥，以味精生产废水为进水底物，通过运行参数的不断调整，最终实现了好氧颗粒污泥的培养。运行95 d后颗粒污泥趋于成熟，粒径可达0.6 mm，颜色为黄褐色，表面和周围存在大量原生动物。

b）运行95 d后MLSS由原来的6.43 g/L提高至8.00 g/L，SVI由59.12 mL/g稳定降低至30.00 mL/g左右。成熟的好氧颗粒污泥对味精生产废水具有较好的处理效果且运行稳定。出水COD低于80 mg/L，COD去除率达90%以上；出水ρ（NH3-N）稳定在2 mg/L左右，NH3-N去除率达到95%以上。

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