养殖废水造粒污泥处理生活污水实验研究

易 诚，杨 杰，邓景衡，龙九妹

(衡阳师范学院 生命科学与环境学院，湖南 衡阳 421002)

好氧颗粒污泥克服了厌氧颗粒污泥启动时间长、运行温度高、处理低浓度的有机废水时运行不稳定，并无法实现脱氮除磷等问题。与结构松散、形态不规则、尺寸细小的传统活性污泥絮体相比，好氧颗粒污泥具有更加密实、坚固的结构；有规则的形态和清晰的外观；良好沉降性能；较高的生物量；工艺启动过程快速；抗高冲击负荷能力强，并能承受较高的有机负荷[1]等优势,成为近几年来国内外的一个研究热点[2]。研究者们在好氧颗粒污泥的形成条件和机理[3-5]、微生物组成[6-7]、对氮[8-10]、难降解有机物以及重金属的去除[11-13]等方面做了大量的理论基础研究。

活性污泥中含有丰富的微生物及胞外聚，通过物理的方法制成污泥颗粒，既能保证活性污泥中微生物种类和数量，又能增加颗粒的稳定度和沉降性能，还能适应好氧曝气环境，使其成为能够快速生长的好氧颗粒活性内核，同时活性污泥量多易得，必将加快好氧颗粒污泥的规模化培养。

本课题以养殖场的污泥为原料，进行人工造粒，在SBR中对模拟城市生活废水进行处理，优化SBR工艺厌氧时间、曝气时间、缺氧时间、沉淀时间，研究养殖污水污泥处理生活污水效果，为人造污泥颗粒化处理提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

养殖污泥：衡阳县爱普乐斯养殖场的养殖污泥(曝气池接种第二天) SV：6.61 %； MLSS：0.03 mg/L；SVI：2.43 mL/g；含水率：99.12 %；

模拟生活废水[14](每升)：500 mg乙酸钠、300 mg蔗糖、200 mgNH4Cl、20 mgFeSO4.7H2O、35 mgKNO3、100 mgCaCl2、15 mgMgSO4.7H2O、40 mgKH2PO4、35 mgAlCl3。

1.1.1 实验试剂

硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁铵、过硫酸钾、抗坏血酸、钼酸盐、磷酸二氢钾、氢氧化钠、碘化钾、碘化汞、酒石酸钾钠等。

1.1.2 实验仪器与设备

DHG-9040A电热鼓风干燥箱(宁波江南仪器厂)；PTHW-DL恒温多联电热套(上海科升仪器有限公司)；SB-948静音可调式增氧泵(中山市松宝电器有限公司)；722SP可见分光光度计(上海棱光技术有限公司)；JA2603B电子天平(上海精科天美科学仪器有限公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 污泥培养

把取来的污泥进行培养，增强污泥的活性，为后续处理水样做好准备；显微镜下观察；把过滤后的污泥放入干燥的培养皿中，称取20.0 g左右的污泥，加入2.0 g琼脂粉、2.0 g硅藻土，搅拌均匀，用10 mL的注射器挤出污泥颗粒；设计正交试验用污泥颗粒处理模拟生活废水，通过氨氮、总磷、COD的测定结果以及R值、k值的分析确定影响因素的主次顺序及最优组合。

1.2.2 正交试验的设计

SBR工艺是现阶段运用最广泛的处理废水的工艺，在SBR工艺的整个过程中，厌氧时间、曝气时间、缺氧时间、沉淀时间这四个因素对处理结果影响最大，因此根据厌氧时间1 h、2 h、3 h；曝气时间4 h、5 h、6 h；缺氧时间0.5 h、1.5 h、2.5 h；沉淀时间0.5 h、1 h、1.5 h设计正交试验因素水平表，进行四因素三水平L9(34)正交试验,优化SBR工艺，确定各影响因素的主次顺序以及最佳运行组合的最佳运行参数。

1.2.3 分析项目的测定

表1 分析项目及测定方法

2 结果与分析

2.1 氨氮、总磷标准曲线

(1)氨氮标准曲线

根据HJ535-2009纳氏试剂分光光度法，以吸光度为纵坐标，以其对应的氨氮含量(ug)为横坐标，绘制氨氮的标准曲线。吸光度及对应的标曲如图1。

图1 氨氮标准曲线

(2)总磷标准曲线

根据GB11893-89钼酸铵分光光度法，绘制总磷标准曲线如图2。

图2 总磷标准曲线

2.2 显微镜观察污泥及污泥颗粒的制备结果

图3是在40倍显微镜下观察的污泥微生物分布图，在图中可以看出，微生物的数量很多，分布较集中，但有较少的丝状菌。

图3 污泥镜下图片(稀释前(左)后(右))

用10 mL的注射器挤压出污泥颗粒如图4所示。

2.3 正交试验表的设计及结果分析

对于SBR工艺中处理效果影响最大的因素为厌氧时间(A)、曝气时间(B)、缺氧时间(C)、沉淀时间(D)，因此根据此4因素设计4因素3水平正交试验并分析。

2.3.1 正交试验表的设计

表2 L9(34)正交试验水平表(h)

2.3.2 正交试验结果

表3 正交试验结果(mg/L)

2.3.3 正交试验结果分析

2.3.3.1 正交试验氨氮结果分析

表4 氨氮极差分析

影响因素的主次顺序由极差R得出，优组合由k值得出，根据表4氨氮测定结果得出影响因素主次顺序为缺氧时间>厌氧时间>沉淀时间>曝气时间，优化组合为A1B2C1D3。

图5 氨氮变化曲线

由图5可以看出，各试验号氨氮的含量都有一点的差异，1号至5号是呈现出逐渐递减的趋势，后面几个试验号变化波动较大，其中5号跟7号的含量差不多，但是从图中可以直观看出，5号效果比7号要更好。

2.3.3.2 正交试验总磷结果分析

表5 总磷极差分析

续表5

厌氧时间曝气时间缺氧时间沉淀时间K32 702 842 702 88k11 220 990 960 98k20 841 021 110 98k30 900 950 900 96极差R0 290 150 180 01主次顺序A>C>B>D优化组合A1B2C2D2

影响因素的主次顺序由极差R得出，优组合由k值得出，根据表5总磷的测定结果得出影响因素主次顺序为厌氧时间>缺氧时间>曝气时间>沉淀时间，优化组合为A1B2C2D2。

图6 总磷变化曲线

由图6可以看出，整个试验总磷的变化还是很明显的，6号效果达到最佳。5号曝气时间为5 h，6号为6 h，5号处理效果已经较佳，能缩短运行周期。

2.3.3.3正交试验COD结果分析

表6 COD极差分析

影响因素的主次顺序由极差R得出，优组合由k值得出，根据表7COD测定结果得出影响因素主次顺序为曝气时间>缺氧时间>厌氧时间>沉淀时间，优化组合为A2B1C2D3。

图7 COD变化曲线

在图7正交试验测定的结果中，COD的含量都较高，波动比较大，没达到预期的结果，测定结果并不理想。出现COD处理结果不理想的原因为：在水样回流消解时，本该加入30 mL硫酸银-硫酸溶液，在整个过程中，硫酸银是起催化作用，样品中还原性物质较复杂，为了让氧化剂重铬酸钾充分与其反应，用高温回流+催化剂创造反应条件，但是由于缺少硫酸银，直接加的硫酸，导致水样消解不完全，数据明显偏大。

2.4 最优组合的确定

根据确定的四组较优组合进行实验，但综合分析与COD分析得出了相同的结果，所以这两组可以整合在一起分析，通过各阶段对处理效果的影响以及最终的处理效果进一步分析，确定最优的组合，得出最终的结论。COD分析得出的优组合为1号，氨氮分析得出的优组合为2号，TP分析得出的优组合为3号，实验设计如表7。

表7 优组合试验设计(h)

2.4.1 氨氮变化

三组较优组合试验中氨氮的变化见图8，从曲线图中可以看出，氨氮在厌氧过程中基本无变化，在好氧过程下降趋势很明显迅速硝化。经过上图三条曲线的对比，1号效果最佳。可得出氨氮的去除率达82.63 %以上。

图8 氨氮随时间变化曲线

2.4.2 总磷变化

三组组较佳试验中总磷变化如图9所示，从图中可看出,厌氧阶段污水中TP的含量迅速提高,1号达到7.76 mg/L，2号达到6.73 mg/L，3号达到6.55 mg/L。在曝气阶段聚磷菌过量吸磷使水中TP迅速下降，随后下降较为缓慢。在缺氧阶段TP的含量稍微有点上升，但由于SBR工艺后期为反硝化，水中硝酸氮的浓度较高，会抑制聚磷菌放磷使得放磷程度不严重，不会影响处理结果，能达到除磷效果，对比三组试验的变化曲线，可得出1号效果最佳，总磷的去除率为82.45 %以上。

图9 总磷随时间变化曲线

2.4.3 COD变化

三组组较佳试验COD变化曲线如图10，原水COD为385.21 mg/L，由于微生物的吸附作用去除约1/3的COD，然后在厌氧过程中，COD缓慢下降，主要原因是聚磷菌将污水中易分解的有机物摄入体内并贮存起来，为好氧吸磷提供必要的能源物质，同时将体内的聚磷酸水解[23]，变成正磷酸释放到体外。在曝气过程中，COD大幅度下降，曝气末段三组试验COD浓度分别为：1号190.40 mg/L、2号203.02 mg/L、3号199.36 mg/L，在缺氧反硝化和沉淀过程中，由于反硝化过程需要消耗碳源，COD缓慢下降。通过三组试验COD变化曲线的对比，1号试验效果最佳，去除率为57.14 %以上。

图10 COD随时间变化曲线

3 结 论

本实验主要研究养殖废水污泥颗粒处理生活废水，根据厌氧时间、曝气时间、缺氧时间、沉淀时间设置四因素三水平正交试验，得出以下结论：

(1)由正交试验R、k值分析得出四组较佳的实验分别为：由COD测定结果得出影响因素主次顺序为曝气时间>缺氧时间>厌氧时间>沉淀时间，优组合为A2B1C2D3；由氨氮测定结果得出影响因素主次顺序为缺氧时间>厌氧时间>沉淀时间>曝气时间，优组合为A1B2C1D3；由总磷的测定结果得出影响因素主次顺序为厌氧时间>缺氧时间>曝气时间>沉淀时间，优组合为A1B2C2D2。

(2)对四组较佳试验进行进一步分析，确定最优组合为A2B1C2D3，影响因素的主次顺序为曝气时间>缺氧时间>厌氧时间>沉淀时间，所以本试验得出处理生活污水的最佳运行参数为:厌氧时间(2 h)→曝气时间(4 h)→缺氧时间(1.5 h)→沉淀时间(1.5 h)，周期时间为9.0 h。

(3)由最佳工况运行结果可得出，氨氮去除率达82.63 %以上，TP去除率达82.45 %以上。但COD的含量还是很高，去除率为57.14 %以上。

[1] ZMG P,THUAUG W Q.,TAY S T L,et al.The influence of storage on the structrue and activity of phthalic acidgrading aerobic granules[J].Chemosphere,2007,69:1751-1757.

[2] 刘晟,高绣纺,徐善新.养殖废水的资源化综合利用探讨[J].再生资源与循环经济,2015,8(11): 34-37.

[3] LACONI C D,RAMADORI R,LOPEZ A,et al.Influence of-hydrodynamic shear forces on properties of

granular bio-mass in a sequencing batch bio-filter reactor[J].Biochemical Engineering Journal,2006,30(2): 152-157.

[4] 罗应东,濮文虹,杨昌柱,等.活性污泥颗粒化过程中理化性状及脱氮性能的研究[J].环境科学,2011,32(1): 212-216.

[5] KIM I S,KIM S M,JANG A.Characterization of aerobic granules by microbial density at different COD loading rates[J].Bio-resource Technology,2008,99(1): 18-25.

[6] 郝晓地,陈新华,戴吉,等.极具工程化潜力的好氧颗粒污泥技术[J].中国给水排水,2006,22(8): 1-7.

[7] 李光伟,刘和,云娇,等.应用T-RFLP技术研究五氯酚对好氧颗粒污泥中细菌组成的影响[J].环境科学,2006,27(4): 794-799.

[8] 孙寓姣,左剑恶,杨洋,等.好氧亚硝化颗粒污泥中硝化细菌群落结构分析[J].环境科学,2006,27(9): 1858-1861.

[9] 王景峰,王暄,季民,等.A/O SBR中同步硝化反硝化除磷颗粒污泥的富集[J].中国给水排水,2006,27(17): 100-104.

[10] CYDZIK-KWIATKOWSKA A,WOJNOWSKA-BARYA I.Nitrogen-converting communities in aerobic granules at different hydraulic retention times (HRTs) and operational modes[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology,2015,31(1): 75-83.

[11] 李亮.UASB-SBR工艺处理城市生活污水的试验研究[D].武汉: 武汉大学,2005:27-29.

[12] 潘敏,黄晓鸣.间歇曝气和连续曝气对生物脱氮除磷效果的比较[J].厦门理工学院学报,2015,24(5): 101-104.

[13] 周润娟,徐建平.污废水处理中好氧颗粒污泥技术研究进展[J].西安文理学院学报(自然科学版),2014,17(1): 21-25.

[14] 王允妹,张华.SBR法培养好氧颗粒污泥的实验研究[J].环境保护科学,2015,41(3): 83-87.

(编校 陈志阳)