好氧活性污泥的培养研究

好氧活性污泥的培养研究 境 好氧酒性;亏泥的培养研究 赵晓宁刘志斌张正夫 (辽宁工程技术大学资源与环境工程学院辽宁阜新123000) 摘要采用在实验室自行培养好氧污泥菌种的形式来研究活性污泥培养,以新鲜的人工模拟废水作为营养液直接曝气, 通过控制pH值,温度,溶解氧等条件逐步培养活性污泥,得出活性污泥在培养的不同阶段运行异常时的特征.重点对丝状菌 污泥膨胀的原因进行分析,并提出有效的控制方法. 关键词活性污泥丝状菌污泥膨胀 中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1672—9064(2010)02—0055—04 活性污泥法是城市污水处理厂最为广泛应用的生物处 理技术,是生化法处理废水的基本工艺技术.活性污泥法处 理污水时.主要是在活性污泥微生物的作用下.使污水中的 有机物迅速加以氧化,分解,从而改变有机物的化学性质.使 污水得到净化…但是环境因素的变化对活性污泥微生物活 性有着重要的影响培养好氧活性污泥的关键技术是好氧活 性污泥沉降性能的好坏.它直接影响了出水水质.而在污泥 培养过程中污泥膨胀是处理水质恶化的重要原因本文通过 实验研究了哪些具体因素对好氧活性污泥活性产生影响的 对污泥发生丝状膨胀的系列原因加以分析.并得出了控制丝 状菌的方法 1试验部分 1.1试验原理 在好氧活性污泥法中起主要作用的是好氧活性污泥微 生物.好氧活性污泥巾的细菌,真菌,原生动物.微型后生动 物等多种微生物群体相结合组成一个小生态体系.只要满足 微生物的营养要求和环境条件.好氧活性污泥微生物就可得 到生长繁殖.活性污泥培养驯化的方法有多种:间歇投水培 养,阶段培养,满载培养,接种培养E2].其中,活性污泥微生 物的演变交替规律界限不清晰.相应的微生物对污泥培养的 指示作用不明确.试验利用成分较稳定的人工模拟生活污水 单独投入SBR曝气池中.进行稳定曝气直接培养出好氧活 性污泥.培养过程中活性污泥微生物从低级向高级逐步演 变,有利于分别对其进行行为特性研究和适应条件分析 1-2试验用水及培养方法 1.2.1试验材料及设备 种泥:阜新市清源污水处理厂生化反应池中的污泥. 人T模拟废水成分:葡萄糖,氯化铵,磷酸二氢钾,磷酸 二氢钠,氯化钙,硫酸镁,硫酸铁,硫酸锌和硫酸铜等按着C: N:P=10o:5:】配制 试验设备:试验装置见图1.反应器有效容积是0.30x 0.88x0.53=139.92L 进水 图1试验装置 虹吸出 虹吸捧 1.2-2培养方法 试验采用SBR法.间歇投入人工模拟的生活污水进行 培养.其运行过程见图2. 进水反应静止出煎一闲置 ?一r一一}==:0十一一:::::…一卜—'I; =::{?.10:j{?{ 图2SBR法系统流程图 试验用水为人工模拟的生活污水,污水的pH值控制约 为6.5,7.5之间,温度约为14,19?.溶解氧为2.5—3mgru, COD值为200,300mg/L.其有机物和其它水质条件符合微生 物的生长要求.镜检发现少量游离细菌.在此基础上加强曝 气.改善其它环境条件.促使活性污泥微生物的逐步演变成 熟.最终培养出具有良好生物降解活性的好氧活性污泥.反 应器属于完全混合式曝气沉淀池.其运行特点是当废水进入 反应池后.在最短时间内,即与池中的混合液能充分的混合, 并被稀释.因此流入池中的污水的pH值,温度及水质变化 对池内活性污泥的冲击作用将降低 1.2-3试验方法 池中温度控制在l8,22?之间,pH值控制在6.5,7.5之 间,溶解氧在2.5,3mg,L每天运行2个周期,日总曝气时间 J8h.静止时问每次40min.负荷在0.2,0.3kgBOD/(kgMLSS? d).曝气运转过程中.为了及时了解和控制污泥的生长和活 性状态.每天通过显微镜检查曝气池混合液及絮体中微生物 监测分析以下指 的状况同时采用时间控制序列操作管理. 标:温度,pH,溶解氧量,污泥SV曝气池MLSS,MLVSS以 作者简介:赵晓宁(1983,).辽宁鞍山人,辽宁.T-程技术大学资源与环境工程学院硕 士研究生. 2o1o.No2 境 一 4? 善一 2000 ~t1000 0 及进出水COD等.与 晒I此同时,利用虹吸作 lIMLS5~用排泥 .每天排泥量 l34567H910 戈教^1 图3培养前期MISS随时间变化情况 1?l 蓬 20 l0 n SV3n 051015 天数l,d 图4培养前期SV数据随时间变化情况 图5培养前期污泥的形态 图6培养中期污泥形态 SV i3I5I7I9212325 天数 培养中期SV数据随时间变化情况 为6000mL.污泥浓度 控制在3000mg/L左 右. 2培养过程中的 现象讨论 2.1培养前期 培养前期即培养 阶段的第110d.由 于从污水厂中取回的 新鲜污泥的原始性能 很好.所以测得的 MLSS与Sv数据均 符合正常范围而且絮 凝情况良好.分别见 图3和图4但由于 人工模拟的污水中有 机物浓度相对比较 高.营养相对单一.所 以活性污泥在物理性 状上颜色尚浅.见图 5. 2-2培养中期 培养中期即培养 的第1l,25d.随着 培养过程的进行.细 菌数目大大增加.污 水中出现了掠食能力 更强的纤毛虫纲中的 不同种类的原生动 物在这个过程中池 面浮着大面积的泡 沫.池水变成酸臭的 味道.原凶可能是由 于曝气量的降低且有机物加大导致污泥发生丝状膨胀丝状 菌大量繁殖导致污泥膨胀.见图6 通过每隔1d对COD的测定.可知在这一时期污泥的活 性降低,有机物降解能力下降到30%左右.见表l污泥的沉 降性能比较差,SV数据随时间变化情况见图7,且上清液 浑浊污水有腐败的气味 2-3培养后期 培养后期即培养阶段的第25,45d.经过对污泥膨胀的 有效控制,丝状菌的生长得到抑制,见图8此时出现了大量 的钟虫类原生动物,污水的沉降性能得到明显的改善.SV 数据随时间变化情况见图9.标志着活性污泥已成熟.游离 细菌含量低,活性污泥絮体已经形成.污泥浓度在3000, 2o10.No2 表1培养中期COD的去除率 天数/d进水COD/mg-L出水COD/mg?LCOD去除率/% 3200mg/L之间.见图 l0.污泥絮体进一步 变大通过每隔一天 对COD进行测定可 知COD去除率达 70%(见表2).出水水 质良好.污水净化效 果良好 3污泥发生异常 情况的特征及其 控制方法 3.1丝状菌污泥膨 胀的原因 3.1.1进水水质变化 (1)原水中营养 物质含量不足活性 污泥法处理污(废)水 的过程.就是污泥中 的微生物种群不断地 吸收,利用水中污染 物.在自身增殖的同 图8培养后期污泥的形态 SV? 化情况 ;nK数: :??sS1 1:{579iil0t5iJ9 数hl 图1O培养后期MLSS随时间变化情况 时.将污染物加以降解的过程.随反应的进行需要多种营养 物质保证其正常的新陈代谢活动.并维持生物的动态平衡和 活动若微生物的食物不足.会使低营养型微生物丝硫细菌, 贝氏硫细菌过度繁殖.在与菌胶团细菌的竞争中占优. (2)原水中碳水化合物和可溶性物质含量高.丝状菌与 其它菌种相比有其自身的一些特点,它对高分子物质的水解 o 9== 图,i—i 能力弱,较难吸收不溶性物质.所以.当废水中含有较多量的 可溶性有机物时.有利于底物中丝状菌的繁殖.此外,废水中 含过多量的糖类碳水化合物时.诸如球衣菌属的丝状菌能直 接将葡萄糖,乳糖等糖类物质作为能源加以吸收利用.同时 分泌出高粘性物质覆盖在菌胶团细菌表面.从而大大提高了 污泥的水结合率 (3)硫化物含量高.正常的活性污泥中硫代谢丝状菌含 量不多.若污水中硫化物含量偏高(这种情况多存在于工业 废水中).容易引起诸如硫化菌,贝氏硫化菌等硫代谢丝状菌 的过量增殖.致使引发污泥膨胀 (4)进水波动.进水波动是指进人活性污泥反应器的原 水在流量以及有机物浓度,种类方面的改变如果曝气池中 有机物浓度突然增加.就会冈微生物呼吸迅速致使溶解氧含 量降低,此时丝状菌在争夺氧的过程中占优,能够大量繁殖, 引起污泥膨胀 3.1.2反应器环境条件变化 (1)温度反应器底物中每种细菌都有自己的最适宜生 长温度.在最适宜生长温度下,其繁殖旺盛,竞争力强.如果 温度较低.污水中微生物代谢速度较慢.会积贮起大量高粘 性的多糖类物质.使活性污泥的表面附着水大大增加,SVI 值增高.从而可能会引起污泥膨胀温度对丝状菌的影响也 是很普遍的.丝状菌的膨胀对温度具有敏感性.在其它条件 等同的情况下.10?时产生严重的污泥膨胀现象:将反应器 .不再产生污泥膨胀.这也是大多数活性污泥 温度提高22? 在冬季时会产生污泥膨胀或者污泥膨胀更加严重的原冈之 —一 0 (2)溶解氧溶解氧作为构成活性污泥混合液的3要素 (气,水,泥)之一,是许多生物降解反应的必要条件.菌胶团 细菌和浮游球衣菌等丝状菌对溶解氧需要量差别比较大.菌 胶团细菌是好氧菌.而绝大多数丝状菌是适应性强的微好氧 菌因此.若溶解氧含量不足.菌胶闭的生长受到抑制,而丝 状菌仍能正常利用有机物.在竞争巾占优 (3)pH值.pH值较低,会导致丝状真菌的繁殖而引起污 泥膨胀.活性污泥微生物最适宜的pH值范同是6.5,8.5;pH 值低于6.5时利于真菌生长繁殖: (4)BOD污泥负荷.BOD污泥负荷是设计活性污泥反应 池和控制其运行的重要指标.一般在0.2,0.3kgBOD/ (kgMLSS-d)~lh3. 3.1.3营养物质缺乏或不平衡 进水中营养物质缺乏或不平衡.除引发丝状菌膨胀外, 还会导致非丝状菌污泥膨胀由于进水中含有大量的溶解性 有机物.使污泥负荷太高.而进水中又缺乏足够的N,P或溶 解氧不足.细菌很快把大量有机物吸人体内.又不能及时代 谢分解.向外分泌过多的糖类物质.这类物质中所含的羟基 具有很强的亲水性.可以使活性污泥结合水率高达400%.呈 粘性的凝胶状 3.2丝状菌引起污泥膨胀的控制方法 3.2.1投加药剂法控制污泥膨胀 2oIo.No2 能.唬 污泥膨胀的早期控制方法主要是靠外加药剂(如消毒 剂)直接杀死丝状菌或投加无机或有机混凝剂增加污泥絮体 的密度来改善污泥絮体的沉降性能目前此类方法仍运用于 某些污水处理厂 投加氧化剂: (1)投加Cl,或漂白粉.控制污泥膨胀采用的传统氧化 剂是C1,.Jenkins等人的研究表明43,具有氧化能力的Cl和 次氯酸根渗人细胞后.能破坏菌体内的酶系统.导致细胞死 亡绝大程度上说的丝状菌是可以通过加氯气得以有效控 制.一般投加在回流污泥中,加一定量的Cl,浓度应控制在 小于35mg/L.加氯量最适宜控制在10,20mg/L.d.投加量过 大反而会杀死菌胶团菌,造成絮体解体当SVI值逐渐降低, 膨胀不断缓解时,应逐渐减少投药量本实验投加了2.3g的 次氯酸 (2)投加H,O,双氧水在控制污泥丝状菌膨胀中的应用 也相当广泛.Keller等人的研究发现LS].控制丝状菌的最少投 量是0.1g/kg?d(HO2/MLSS)时,将会破坏脱磷作用,投加一 段时间后(大概8-10d)脱磷作用会慢慢恢复H,O,的毒性对 脱氮作用只有少量的影响 (3)投加0.投加臭氧也可以控制丝状菌所引起的污泥 膨胀.臭氧还能有效地改善硝化作用和提高难降解有机物的 去除率,臭氧的投加量在3.5g/kg-d(H2O2/MLSS)2~右. 投加凝聚剂: 投加合成的有机聚合物,铁盐,铝盐等混凝剂均可以通 过其凝聚作用来提高污泥的压密性增加污泥的比重:投加高 岭土,碳酸钙,氢氧化钙等也可以通过提高污泥的压密性来 改善污泥的沉降性能实验采用在曝气池巾投加硅藻土. 按十污泥接种量的0.4%,0.5%计算加入l3-2g的硅藻土.改 善了污泥的沉降性能.. 3.2-2加大回流量控制污泥膨胀 实验采用将虹吸排的污泥排人2个单独设置的曝气 将微生物体内贮存物质氧化.从而使菌胶团 池内进行曝气. 细菌具有最大吸附和存能力.使污泥得到充分再生并恢复 活性,所以可以在与丝状菌的竞争巾获得优势.抑制丝状菌 的过量繁殖 4结论 (1)在污泥培养过程中,培养前期由于营养单一导致污 泥在物理性状上颜色较浅.培养中期丝状菌大量繁殖导致污 泥膨胀.培养后期对污泥膨胀进行有效控制.出水水质良好. 污水净化效果良好 (2)丝状菌污泥膨胀现象主要发生在培养中期,通过分 析得出丝状菌污泥膨胀的原因主要有进水水质变化,反应器 环境条件的变化以及营养物质缺乏或不平衡 (3)实验中通过2个阶段交替进行来控制丝状膨胀第 1阶段是在投加2.3g次氯酸的同时,把同流量控制在60%, 溶解氧在3mg/L左右;第2阶段是在投加13.2g硅藻土的同 时,把回流量控制在55%,溶解氧在2.7mL左右每个阶段 运行2d,交替进行,共20d,最终使污泥恢复活性,达到稳定 (下转第65页) 程:厌氧水解池+人T湿地+生态沟:去除效果:COD:73.6%, BOD5:85.8%,SS:8O.7%,NH3一N:60.3%,P:75.6%,经处理后 出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918— 20021一级标准B类标准 费用:总投资80万元.无运行费用. (2)华北地区(北京康陵村).设计流量:120m~d;工艺流 程:初沉池+潜流人工湿地+植物床+人丁湖;去除效果:COD: 81.84%,BOD5:87.19%,SS:86.26%,NH3一N:56.97%,TP: 86.66%.出水水质达到北京市水污染物排放标准(DB11/ 307—2005卜一级B到二级之间 费用:造价费约3600,4000元/t.运行费0.1元/t (3)华东地区(浙江某农村).设计流量:40m3/d;工艺流 程:厌氧池+人1湿地+稳定塘:去除效果:COD:75.1%, 87-3%,B0D:75.2%-94.3%,SS:90.2%-97.6%,TN:50.2%, 67.8%,NH一N:65%,75-3%,TP:70.6%,85.9%,出水水质达到 《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准. 费用:造价费3.81万元.运行费0.082元/t,维护费1200 元/a. (4)西部地区(四川昭化镇).设计流量:3000mTd;工艺 流程:沉沙池+沉淀池+人工湿地+氧化塘;去除效果:COD: 82.2%,TN:55.O%,NH3一N:65.7%,TP:94.0%,经处理后出水达 到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级 标准B类标准 费用:建设成本976元/t,综合处理成本0.35元/t. 由上面的示范T程点可以看出.我国不同农村地区建立 了以人工湿地为核心处理技术的示范性T程.并取得了明显 的处理效果.从投入运行费用也可以看出.采用人湿地处 理农村污水比较经济这说明人工湿地在实际工程中的应用 情况较好尽管如此.这些丁程还得有点单薄,还需要建立 更多的示范工程点来验证处理效果并在技术上改进完善. 3辅助措施 (1)农村改厕.由于我国农村地区经济落后,很大一部分 农民家庭厕所卫生情}兄很差.有很多敞开的粪缸厕所既臭 又会滋生苍蝇,蚊子,对周同环境造成很大的影响,其中污染 物的含量较高.可以将现有的粪缸厕所改成化粪池,而其他 厨房,洗涤污水进行小规模人T生态湿处理的方案既解决 了农村的生活污水对环境的污染.又改善了农村家庭厕所卫 (上接第57页) 状态 引发污泥膨胀的诱因不可能是单一的. 在T程实际巾. 只有分析其产生的主要原因.才能找到解决问题的关键办 法 参考文献 1王凯军.贾立敏.城市污水生物处理技术开发与应用(第1版).北 京:化学_T-业出版社.2001 2SheZ,ZhengX,YangB,eta1.Granuledevelopmentandperformance insucrosefedanaerobicbaffledreactors.JournalofBiotechnology. 2o10.NO2 能臻查境 生状况差的现状.对村庄环境质量的提高有非常重要的作 用. (2)增设调节池.农村生活污水具有水量少,浓度高,口 变化系数大和间歇排放等特点.白天几个时段集中排水.傲 间基本没有排水.不设调节池使水量,水质都难以有效调节. 水量大时,由于污水没有出路.只能直排,所以应该设置调节 池. (3)后续处理设施针对人工湿地不能使农村污水达标 排放.可以结合当地的实际情况.在人工湿地后面接生态塘 或土壤渗滤系统 4结语 相对城市来说.农村经济不发达.农民整体文化素质不 高,缺乏技术人才与管理人员,因此,必须从实际出发.在处 理污水时应考虑低投入,低耗费,低维护等因素,而人工湿地 操作管理简单,运行费用低,投资少,可以充分利用农村地区 现有的荒地,洼地,沼泽地,修建人工湿地,人工湿地在我国 广大农村地区具有良好的应用前景目前国内一些学者对人 工湿地处理农村污水进行研究并取得了一定的成效.但人工 湿地还不能作为一种成熟的工艺来处理农村污水.一些技术 性的问题还需要深入研究下去 参考文献 l吴树彪.胡静,翟旭.等.家庭人2r-湿地组合系统处理农村生活污水 的试验研究.水处理技术,2009,35(3) 2帖靖玺.钟云,郑正,等.二级串联人工湿地处理农村污水的脱氮除 磷研究.中国给水排水,2007,23(1) 3叶芬霞.李颖.朱瑞芬.塔式复合人工湿地处理农村生活污水的试 验研究.中国给水排水,2008,24(21) 4严弋.海热提.潜流式人工湿地在我国干旱区的试运行.水处理技 术,2007,33(1O) 5莫建红.人.Y-湿地工艺处理农村生活污水.广东化工.2009,36(7) 6周有.邵志远.张统,人工湿地在新农村建设污水处理的应用.住宅 产业.2OHD8(9) 7李松.单胜道.曾林慧.等.人工湿地/稳定塘工艺处理农村生活污 水.中国给水排水,2008,24(10) 8吴昊.欧阳峰.人工湿地在西部农村地区对生活污水的应用研究.广 东农业科学.20o8(9) 2006,l22(2) 3李宗义.微生物学实验技术.北京:气象出版社.1997 4ChuaH.Effectsoftracechromiumonorganicadsorptioncapacityand organicremovalinactivatedsludge.Sci.TotalEnviron.1998,214 5LettingaG.Anaerobicdigestionandwastewatertreatmentsystems.An. tonEvanLeeuwenhoek,1995,67(1): 6赵春禄,张明明,马文林.等.铝絮凝剂对活性污泥中微生物活性影 响的研究.环境工程,2000.l8(5)