污泥龄对SBR处理含HA和Cu2+废水的影响

施萍，刘智萍，2，3，方芳，2，3，武文会，苟凯

污泥龄对SBR处理含HA和Cu2+废水的影响

施萍1，刘智萍1，2，3，方芳1，2，3，武文会1，苟凯1

（1.重庆大学城市建设与环境工程学院，重庆400045；2.重庆大学三峡库区生态环境教育重点实验室，重庆400045；3.重庆大学低碳绿色建筑国际联合研究中心，重庆400045）

以模拟生活污水为对象，研究SRT分别为10、15、20、25 d的情况下，SBR系统对COD、NH4+-N、HA和Cu2+的去除效果以及TTC-ETS的变化。试验结果表明：SRT为20 d时，SBR系统处理含有10mg/LHA和2mg/LCu2+的模拟生活污水效果较好，此时COD、NH4+-N、HA、Cu2+去除率分别为92.65%、99.42%、96.98%、95.55%。SRT的变化并未明显改变TTC-ETS的趋势，呈现出先下降再上升最后下降的变化。与空白组相比，试验组的TTC-ETS受到HA和Cu2+的抑制。在单周期内0、2、4、6、8、10 h TTC-ETS的抑制率分别为26.13%、76.39%、79.50%、79.61%、49.59%、39.31%。

活性污泥；污泥龄；腐殖酸；含HA和Cu2+废水；SBR

在金属加工、电镀、采矿等行业产生大量含铜废水。Cu2+可以通过食物链积累，对人体和动植物造成潜在的危害〔1〕。Cu2+污染问题日益引起人们的重视。活性污泥作为一种吸附剂，已广泛应用于各种重金属〔2〕以及腐殖酸〔3〕的吸附。另外，腐殖酸（HA）也是自然水体中常见的污染物质，不易被微生物降解去除。但HA对重金属的迁移转化却有着重要作用。近年来，HA引起致癌物的形成，影响水体感官指标以及水体酸化等问题，引起了人们的重视〔4〕。目前，尽管活性污泥或HA吸附金属离子以及活性污泥吸附HA已经有较多研究，但是Cu2+、HA和活性污泥三者相互作用的报道相对较少。

污泥龄（SRT）是SBR中一个重要参数，与出水水质以及污泥负荷等直接相关，过长或者过短的SRT均会对污泥浓度和出水效果造成影响，难以维持系统的正常运行状态。SBR通过排泥来改变SRT，而不同的排泥量会导致不同的污泥浓度。污泥浓度的不同会使得SBR中的吸附点位不同〔5〕，最终影响HA和Cu2+的吸附去除量。现阶段，不同的SRT对于SBR同时处理HA和Cu2+废水的研究较少。因此笔者通过调整SBR系统中的SRT，考查SRT对SBR吸附去除HA和Cu2+废水的影响；同时通过NH4+-N和COD的去除效果以及TTC-ETS在SRT变化过程中的特性分析，确定最佳SRT，为活性污泥处理系统稳定和高效简便地控制出水中的金属离子和HA提供理论指导。

1　试验材料、仪器与方法

1.1试验材料

1.1.1反应器运行

试验采用4个SBR反应器，如图1所示。

每个反应器直径20 cm，高50 cm，总体积15.7 L，有效体积为10 L。排水比为1∶2，每次排水5 L。反应器顶部进水，底部出水，曝气管连接于反应器底部，内置曝气砂头装置。利用转子流量计控制SBR中的曝气量。经前期试验确定反应器运行周期为10 h时去除效果最好，因此试验的运行周期为10 h，其中进水10min，曝气490min，静置60min，排水10min，闲置30min。运行期间pH范围为6～8，温度为室温。控制4个反应器的SRT分别为10、15、20、25 d，连续监测进出水的COD、NH4+-N等指标。

1.1.2试验水质与接种污泥

试验用水为人工配制的生活污水，即在自来水中加入适量的葡萄糖、NH4Cl、KH2PO4，使COD为320～420mg/L，NH4+-N为30～40mg/L。加入适量的NaHCO3，调节pH至6～8。

接种污泥取自重庆市鸡冠石污水处理厂的曝气池。将活性污泥运送到实验室，并在SBR系统中以试验用水进行培养。

1.1.3HA溶液的配制

HA为商业HA（C-HA，化学纯，天津市津科精细化工研究所，灰分10%，水分＜8%，铁质量分数≤0.3%）。

称取1.0 g HA，投入到1 L的去离子水中，滴加适量的0.1mol/LNaOH使其溶解，再使用浓盐酸调节pH为7.2，用0.45μm滤膜滤去不溶物〔6〕。

1.1.4Cu2+储存液的配置

称取3.781 3 g的Cu（NO3）2·3H2O溶解于适量的去离子水中，定容到1 000mL的容量瓶，得到Cu2+质量浓度为1.00 g/L的储备液。

1.1.5其他材料

HA（C-HA），天津市津科精细化工研究所；硝酸铜，成都市科龙化工试剂厂；氢氧化钠，重庆川东化工有限公司；甲醛，重庆博艺化学试剂有限公司；TTC、次氯酸钠、丙酮，成都市科龙化工试剂厂，以上试剂均为分析纯。

1.2水质分析方法

MLSS采用重量法测定；Cu2+使用日立Z-5000原子吸收分光光度计测定；COD和NH4+-N分别采用COD快速测定仪和纳氏试剂分光光度法测定；溶解氧采用YSIProfessional ODOTM溶解氧仪测定；TTC-ETS测定方法见参考文献〔7-8〕。HA浓度以TOC、UV254表征。计算Cu2+和HA时用溶液中的Cu2+和HA浓度值减去空白溶液中的Cu2+和HA浓度。

2　结果与分析

SBR反应器稳定运行一个月后，在不同SRT下考察系统处理含有10mg/LHA以及2mg/LCu2+模拟生活污水的效果以及污泥活性变化的趋势。

2.1SRT对SBR处理常规指标的影响

SBR出水中COD、NH4+-N的去除效果如表1所示。

表1　出水中COD和NH4+-N的去除效果

由表1可见，SBR反应器在不同SRT下COD和NH4+-N的去除率均较高，并且不同SRT之间的COD和NH4+-N的去除率差异较小。

2.2SRT对SBR去除HA的影响

不同SRT对SBR去除HA的效果如表2所示。

表2　不同SRT时SBR对HA的去除效果

由表2可见，由TOC、UV254表征HA的去除结果趋势大致相同。但以UV254表征HA的去除率高于以TOC表征的去除率。这是由于UV254代表芳香性腐殖质有机物中的C=C双键的含量〔3〕，间接反映水中非饱和键有机物的含量；而TOC表示的是溶液中总的有机物浓度，不仅包括腐殖类物质，还包括生物降解释放的有机物，如蛋白质、碳水化合物、脂类和核酸类物质，这些均难以去除，导致去除率较低。

SRT分别为10、15、20、25 d时，HA去除率分别为79.20%、91.84%、96.98%、68.39%。可见，SRT为20 d时，HA去除率最高。这是由于活性污泥对于HA的去除主要是吸附作用而非降解〔3〕，当SRT从10 d增加为20 d时，污泥浓度逐渐增加，吸附HA的位点也逐渐增加，表现为HA去除率也逐渐增加。当SRT从20 d增加为25 d时，出水HA反而下降，这可能是由于SRT为25 d时，污泥负荷更低，污泥处于内源呼吸阶段，大量的惰性物质释放到出水中〔9〕，活性污泥释放的腐殖质类的物质大于吸附的HA，所以在SRT为25 d时，HA的吸附率减小。

2.3SRT对SBR处理Cu2+的影响

考察不同SRT对SBR处理Cu2+的影响。结果表明，活性污泥对于Cu2+的去除率先增大后减少，并且在SRT为20 d时，达到最大值。在SRT分别为10、15、20、25 d时，出水Cu2+分别为0.141、0.125、0.089、0.110 mg/L，Cu2+去除率分别为92.95%、93.75%、95.55%、94.50%。这可能是因为随着SRT的增加，污泥浓度逐渐增加。因此，逐渐增加的位点促进了活性污泥对Cu2+的吸附。当污泥浓度增加到一定值时，由于污泥点位之间的相互遮掩，导致Cu2+的吸附率反而下降。

2.4SRT对SBR污泥活性的影响

不同SRT下，SBR污泥的TTC-ETS变化趋势如图2所示。

图2　TTC-ETS的变化趋势

由图2可见，不同SRT，污泥的TTC-ETS呈现出相同的趋势。反应开始时，各SRT的TTC-ETS均保持在较高水平。随着反应的进行，各组污泥TTCETS均出现急剧下降。到8 h时，反应器内停止曝气，各组的TTC-ETS出现上升，随后TTC-ETS又开始下降。由前面的试验结果可知，当SRT为20 d时，出水中的COD、NH4+-N、HA和Cu2+浓度均达到较低水平，因此选择SRT为20 d为最佳SRT。

SRT为20d时，对SBR处理含HA和Cu2+生活污水试验组与空白组的TTC-ETS在一周期内的变化情况进行测试分析，结果如图3所示。

由图3可见，空白组的污泥活性TTC-ETS均普遍高于试验组，但其变化趋势相同。试验开始时，与空白组相比，试验组TTC-ETS由113.97mg/（g·h）降至84.18mg/（g·h），抑制率为26.13%，说明当SBR系统加入HA和Cu2+后，对微生物产生了抑制。在2 h之前，SBR系统中TTC-ETS主要表征异养菌的活性〔10〕，此期间随着可降解COD逐渐减少，异养菌活性逐渐下降，这是由于基质的不断消耗而造成的。但由表1可知，出水COD均未超过50mg/L，这可能是由于异养菌的世代周期较短，在污泥龄为20 d时，异养菌均会出现大量、有效的积累，导致出水COD较低。

图3　SBR单周期内TTC-ETS的变化趋势和抑制率变化

在2、4、6 h内，随着反应的进行，空白组和试验组的TTC-ETS继续降低，主要是由于反应器内的基质不断减少而造成的。但与空白组相比，试验组在2、4、6 h时的抑制率均大于79%，这是由于微生物对Cu2+的毒性敏感〔11〕。但由表1中数据可知，试验组NH4+-N去除率仍然大于97%，这可能是由于当添加HA后，能够缓解Cu2+对硝化菌的毒害作用，所以硝化菌依旧能够去除NH4+-N〔12〕。

在8 h时，反应器停止曝气，试验组以及空白组TTC-ETS均有上升。随着反应的继续进行，试验组以及空白组的TTC-ETS随着反应基质的降低而继续降低。在10 h时，TTC-ETS的抑制率为39.31%，在整个周期中抑制率仅高于试验开始时的抑制率，这可能是由于在周期的最后阶段，反应器中的溶解性Cu2+含量随着反应的进行逐渐减少，而微生物的活性仅受到溶解性的Cu2+影响〔13〕，因此使得微生物的活性抑制率减小。

3　结论

（1）SBR处理含2mg/L的Cu2+和10mg/L的HA的模拟生活污水，当SRT为20 d时处理效果较好，系统出水COD、NH4+-N、TN、HA、Cu2+的质量浓度较低，分别为23、0.20、14.23、0.12、0.089mg/L，去除率分别为92.65%、99.42%、58.75%、96.98%、95.55%。

（2）SRT的变化并未明显改变TTC-ETS的趋势。试验组与空白组在0、2、4、6、8、10h的TTC-ETS的抑制率分别为26.13%、76.39%、79.50%、79.61%、49.59%、39.31%。

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Influences ofSRT on the treatm entofwastewater containing HA and Cu2+by SBR

ShiPing1，Liu Zhiping1，2，3，Fang Fang1，2，3，WuWenhui1，Gou kai1
（1.Faculty of Urban Construction＆EnvironmentalEngineering，Chongqing University，Chongqing400045，China；2.Key Laboratory ofGorgesReservoirRegion’s Eco-Environment，Ministry of Education，Chongqing University，Chongqing 400045，China；3.National Centre for InternationalResearch of Low-Carbon and Green Buildings，Chongqing University，Chongqing400045，China）

Taking simulated domestic sewage as the research target，the influencesof SRTsystem on COD，NH4+-N，HA and Cu2+removing effects and the change of TTC-ETShave been studied，when SRT is under the conditions of 10，15，20，25 d，respectively.The resultsshow thatwhen SRT is20 d，SBR system hasagood removingeffecton the simulated domestic sewagecontaining10mg/LofHA and 2mg/LofCu2+，meanwhile，the removing ratesofCOD，NH4+-N，HA and Cu2+are 92.65%，99.42%，96.98%，95.55%，respectively.The change of SRT does not significantly change the trend of TTC-ETS，showing the change as declining firstly，rising next，and declining finally.Compared with theblank group，the TTC-ETS in theexperimentgroup hasbeen inhibited by HA and Cu2+.The inhibition rates of TTC-ETSin single cycle0，2，4，6，8，10 h are26.13%，76.39%，79.50%，79.61%，49.59%，39.31%，respectively.

activated sludge；sludge age；humic acid；wastewater containing HA and Cu2+；SBR

X703.1

A

1005-829X（2016）09-0076-04

施萍（1991—），硕士。E-mail：123417435@qq.com。

2016-06-14（修改稿）