不同换水方式在污泥培养驯化中的比较及在倒置A2 /O 启动研究

凌琪，曾麒峰，伍昌年，张贤芳，唐玉朝，陶勇，刘明亮，方涛，赵秋燕，鲍超

(安徽建筑大学 水污染控制与废水资源化实验室安徽省重点实验室，安徽合肥 230601)

随着我国对污水排放要求的提高，对氮磷提出了更严格的要求［1］。传统A2/O 工艺采用厌氧/缺氧/好氧的布置形式，达到了一定脱氮除磷的效果，但是还有许多待解决问题［2-4］，比如回流污泥硝酸盐对厌氧环境中磷的释放产生抑制作用、缺氧段碳源不足造成反硝化不充分。张波等提出了将缺氧/厌氧倒置的理论［5］，大量实践运行［6-8］表明倒置A2/O 工艺解决了常规A2/O 工艺存在的部分问题，明显改善了脱氮除磷效果，并且运行稳定。应用活性污泥法的生物脱氮除磷工艺中，活性污泥的培养和驯化是整个工艺稳定运行的前提，合理的培养驯化会减少工艺启动时间，节约运行成本，并能快速有效的开始处理污水。常用的培养驯化方式有接种培养和自然培养［9-12］。在培养驯化换水方式上又可分为连续换水和间歇换水，对于不同的换水方式在不同工艺培养上的应用已有大量研究，也有将两者结合起来运用。而关于两种不同换水方式的比较，并未有特别详细的文献报道。本文采用两种换水方式在倒置A2/O 工艺反应器中培养和驯化污泥，基于微生物对污染物的去除速率和污泥性能分析，比较两种换水方式对污泥培养和驯化的影响，为实际工程应用提供一定的实验依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

乙酸钠、氯化铵、磷酸二氢钾、碳酸氢钠、二水氯化钙、五水硫酸铜、六水氯化镁、七水硫酸亚铁、六水二氯化钴、四水氯化锰等均为分析纯;接种污泥，取自合肥市塘西河污水厂的好氧池。

TU1901 双光束紫外可见分光光度计;T6 新世纪紫外可见分光光度计;雷磁PHS-3C pH 计;XSP-2008CA 光学显微镜;MS104S 电子天平;HACH HQ 30d 便携式溶解氧仪。

1.2 培养装置及其运行方法

试验装置如图1 所示。设有两套相同装置，由水箱、缺氧池、厌氧池、好氧池4 个部分组成，材质均为有机玻璃。装置有效容积为120 L，其中缺、厌、好氧池的容积分别为30，30，60 L。缺氧、厌氧池中设有搅拌器，确保泥水均匀混合;好氧池底部设有两个石英砂曝气装置。

图1 实验装置图Fig.1 Schematic diagram of the experimental setup

取接种污泥60 L，混合人工配水加至装置有效容积。控制一定曝气量，连续闷曝24 h。连续换水培养开始由水箱持续加入人工配水，由沉淀池排水;间歇换水培养由人工填加配水，只进行曝气、静沉、排水3个过程，反复循环。培养驯化过程中不排泥。实验中分别考察反应器运行2，15，40 d 和55 d 时污染物去除速率。每次都是在进水后，连续取样5 h，出水取样频率为1 次/h，并测定水样的COD、NH3-N、TP。

1.3 试验污泥及用水

两反应器的接种污泥MLSS 约为5 000 mg/L，SV30 为31%，污泥呈黑棕色，镜检下只能观察到少量的微生物。本试验采用人工配水，乙酸钠339 ～412 mg/L，NH4Cl 24.6 ～50.2 mg/L，KH2PO44.7 ～14.3 mg/L，CaCl2·2H2O、CuSO4·5H2O、MgCl2·6H2O、FeSO4·7H2O、COCl2·6H2O、MnCl2·4H2O均为微量;加入碳酸氢钠调节pH。

1.4 测试方法

测试指标COD、NH3-N、TP、SV30、MLSS 均采用国家标准方法进行测定［13］。pH 采用pH 计进行测定。活性污泥的生物镜检采用光学显微镜检测。

2 结果与讨论

2.1 对污染物的去除速率

在进水0 ～5 h，COD 去除得很快，有机底物的浓度也较高，活性污泥在此阶段处于对数增长期，5 h后，有机底物的平均浓度已经在50 mg/L 以下。Eckenfelder 模型由W W Eckenfelder Jr 对间歇反应器内微生物生长情况进行观察后提出的［14］。Eckenfelder 公式［15］指出了有机物在微生物对数增殖期的去除规律:

式中 Y——产率系数;

该公式表达了不同培养时间后有机物的去除速率常数K 和常数C，以考察培养中污泥对有机物的去除规律。COD 去除速率拟合方程见表1。

表1 不同换水方式COD 去除速率拟合方程Table 1 The fitted regression equation between COD degradation rate in different way of change water

随着培养时间的延长，间歇换水培养方式中COD 去除速率常数K 先增加后降低，第2 d 去除速率为－ 0. 160 2，在第40 d 左右K 达到最大值－0.489 1后在55 d 降到了－0.376 8;连续培养方式中COD 去除速率常数K 在持续增大，40 d 时为－0.490 9，55 d 去除速率常数为－0.498 8。在不同培养时间下，连续换水的COD 去除速率常数都比间歇换水的高。实验数据拟合趋势与王长生等［16］的研究相符合。随着培养时间的增加，活性污泥的MLSS 也随之增加，去除速率随污泥的MLSS 的增加而增加，在间歇换水培养驯化方式中，活性污泥的成熟期较连续式换水方式更早达到，在40 d 达到顶峰后，速率开始下降;而连续换水方式还未完全达到污泥成熟期，去除速率仍在缓慢增加。连续换水方式在COD 去除速率上占一定优势，COD 的去除速率并非随培养时间的增长而无限增加的，在一定时间，两种不同培养方式的去除速率都会达到峰值，此时活性污泥的活性最强。

氨氮、总磷的去除与时间成线性关系。去除速率常数可用下式［17］表示:

式中 N0——起始氨氮/总磷浓度，mg/L;

表2 不同换水方式NH3-N 去除速率拟合方程Table 2 The fitted regression equation between NH3-N degradation rate in different way of change water

表3 不同换水方式TP 去除速率拟合方程Table 3 The fitted regression equation between TP degradation rate in different way of change water

通过表2 中的拟合方程可知，第2 d 去除速率常数分别为－4. 070 和－4. 337，间歇换水方式的NH3-N 去除速率趋势与COD 一致，速率常数同样先增大后下降;不同的是，连续换水方式的NH3-N 去除速率趋势去COD 不一致，并没有持续增长，在40 d达到峰值－9.814 后，便开始下降，55 d 降到了－6.188，比间歇式方式55 d 的－7.123 还要低。这与张传义等［18］在研究中发现相符合，在DO 偏高的环境中，对氨氮的去除更有利，在DO 偏低环境中，则相反。在间歇换水方式中DO 的含量比连续换水方式DO 的含量高，在55 d 时，间歇方式中氨氮的去除速率高于连续方式中氨氮的去除速率。由拟合表3 得知，两不同换水方式的总磷去除速率与COD 的去除规律一致，不过存在较小的差异，COD 去除速率常数从开始，连续换水方式就一直大于间歇方式，在TP 去除方面，经过55 d 的培养驯化，连续方式的速率常数虽然还在持续增长，但最大的速率常数－2.209也比间歇换水方式的极值－2.309 小。

当培养时间为2，15，40 d 和55 d 时，氨氮在间歇和连续换水方式上去除速率常数K 分别为－4.070，－5. 547，－7. 235，－7. 123 和－4. 337，－6.318，－9.814，－6.188;TP 在间歇和连续换水方式上去除速率常数K 分别为:－0.502，－0.871，－2.309，－1. 956 和－0. 585，－1. 138，－1. 595，－2.209。间歇换水方式能更快使污泥活性达到最佳值，但是如果不排泥，会导致活性污泥的老化，从而活性开始降低，在一定时间下，去除速率常数也会随之降低。

2.2 不同换水培养方式的污泥特性

2.2.1 污泥浓度和沉降性 污泥培养驯化期间两反应器的MLSS 和SVI 值见图2。

由图2 可知，在55 d 的污泥培养驯化期间，间歇换水和连续换水的活性污泥的MLSS 均随运行时间的增加而逐渐升高，从开始培养的约2 400 mg/L分别增长到了5 800 mg/L 和4 900 mg/L，在25 d 之前，连续换水方式的MLSS 高于间歇，在25 d 后，连续方式的MLSS 增长缓慢，间歇换水方式的MLSS 开始加速增长，最终，在相同的培养条件下，间歇换水培养方式的MLSS 高于连续换水培养方式。随着驯化时间的增加，两反应器内的SV30均有所增加，间歇换水方式活性污泥的SV30从13%增加到了36%，连续换水方式活性污泥的SV30从12%增加到32%，因为反应器内的MLSS 大幅度上升，导致了SV30的上升。从两种方式的污泥指数SVI 分析，范围分别为48 ～70 mL/g 和43 ～84 mL/g，说明在培养驯化期间两反应器都没有出现污泥膨胀的现象，而且处于一个污泥状态较好的范围。

图2 污泥特性变化Fig.2 Variation of sludge performance

2.2.2 生物相观测 在污泥培养驯化期间，对接种污泥和经过40 d 培养的污泥进行了微生物相的观察。图3 是两种换水方式分别得到污泥的微生物镜检照片。

图3 活性污泥微生物相照片Fig.3 Photos of activated sludge microorganisms a.间歇式;b.连续式

对接种污泥用显微镜检测，并未发现后生动物和原生动物。污泥培养驯化40 d 后，对间歇式换水培养和连续式换水培养的活性污泥做镜检，均能发现大量的原生动物和后生动物，种类也较多，以轮虫、钟虫为主，表现十分活跃。污泥絮体规则排列，并且密集。说明两种换水方式均能培养出较好的活性污泥。

3 结论

随着培养时间增加，采取两种不同的换水方式培养，均能培养出较好的活性污泥。在有机物去除上，间歇换水培养会在40 d 达到最快去除速率常数－0.489 1，连续换水培养的污泥去除速率稍快，但没有显著差异，在相同时间为－0.490 9，后续还在缓慢增涨，50 d 时为－0.498 8;去除速率并不是随着培养时间增加而增加，间歇换水培养在达到峰值后开始下降。在脱氮除磷上，间歇换水培养方式同样先达到最佳去除速率。连续换水培养方式在去除速率上没有太大优势，间歇换水培养方式能更快使污泥成熟，在正常运作启动上节省了时间。在倒置A2/O 工艺启动上采用间歇换水培养方式更佳，目前大多数水厂启动也多采用间歇换水培养方式。

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