1、好氧顆粒污泥的培養及處理味精廢水研究論文導讀：好氧顆粒污泥工藝是近年來開展起來的污水處理新工藝。反響器對COD的去除率不斷下降。味精廢水直接取自某味精廠調節池內廢水。同時硝化反硝化，好氧顆粒污泥的培養及處理味精廢水研究。關鍵詞：好氧顆粒污泥，同時硝化反硝化，去除率，味精廢水味精生產過程產生的廢水有機物和氮含量均較高。目前對該類廢水的處理過程多采用厭氧與好氧相結合的生物處理工藝，但該工藝存在處理效率低、投資較大等缺點，因此如何實現對味精廢水的經濟高效處理成為了近幾年來國內外學者研究的重點。好氧顆粒污泥工藝是近年來開展起來的污水處理新工藝，他是微生物在特定環境下自發凝聚、增殖而形成的沉降性能好、生

2、物協作性強的生物顆粒。由于好氧顆粒結構上特殊的傳質作用，在顆粒外表為好氧環境，內部為典型的厭氧環境，兩者之間又存在一定的缺氧環境，因此可實現多種污染物的同步去除，具有良好的開展前景。本研究采用SBR反響器以厭氧顆粒污泥為接種污泥培養具有同步硝化反硝化功能的好氧顆粒污泥，觀察其成熟過程中的污泥形態的變化及處理效果，并嘗試將該反響器應用于味精廢水處理中，以為工程實踐提供參考依據。1 材料與方法1.1接種污泥和實驗用水接種的厭氧顆粒污泥采自鄭州某藥廠，污泥MLVSS/MLSS=0.78，沉降速度為2875m/h，粒徑0.82.0mm，為了增加初始微生物群落的多樣性水平，接種污泥中還參加了少量采自鄭州

3、城市污水處理廠二次沉淀池排放的剩余污泥。接種厭氧顆粒污泥與活性污泥的體積比為10:1。實驗中原水包括人工模擬廢水和味精廢水兩類：人工模擬廢水主要用于好氧顆粒污泥的培養；味精廢水直接取自某味精廠調節池內廢水，BOD:COD為0.27。科技論文，同時硝化反硝化。原水水質特征見表1。表1 實驗過程中進水水質特征Tab 1 Composition of inflow water 進水 水質特征 COD NH4+-N pH值 其他 模擬廢水 8001600mg/L 葡萄糖配置 80160mg/L NH4Cl配置 7.07.5 其他組成見文獻 味精廢水 7001400mg/L 60130mg/L 6.58

4、.0 TN 100200mg/L 1.2 實驗裝置實驗采用有機玻璃制成的圓柱形SBR反響器，直徑24cm，有效高度80cm，總容積36.2L。采用氣泵和曝氣砂頭供氣，曝氣量為0.38m3/h；實驗過程在夏季，外界氣溫較高，反響器內的溫度維持在2228范圍內；反響器運行周期為6h，其中進水6min，曝氣5.5h，沉淀6min，排水6min，其他時間閑置。各階段的操作變換通過時間繼電器和電磁閥進行自動化控制。實驗裝置示意圖如圖1圖1 實驗裝置示意圖Fig 1 Schematic layout of the testfacilities1.3 分析工程和方法COD采用重鉻酸鉀標準方法測定；NH4+-

5、N采用納氏試劑分光光度法測定；NO2N采用N-1-萘基-乙二胺光度法測定；NO3N采用酚二磺酸分光光度法測定；TN采用過硫酸鉀消解法測定； pH值采用梅特勒臺式pH計測定；DO采用YSI550A便攜DO測定儀測定；SV、MLSS、MLVSS采用的方法均按標準分析方法進行檢驗分析；顆粒污泥形成過程中污泥形態的觀察采用光學顯微鏡；成熟顆粒污泥結構觀察采用Hitachi S-3400N 型掃描電鏡。實驗研究過程包括好氧顆粒污泥的培養和好氧顆粒污泥反響器處理味精廢水研究，其中采用選擇壓法【4】35d培養出成熟好氧顆粒污泥，穩定運行一個月后，將該好氧顆粒污泥反響器用于處理味精廢水研究中運行46d，共計運

6、行111d。2 結果與討論2.1 SBR反響器內好氧顆粒污泥的培養以厭氧顆粒污泥為接種污泥培養好氧顆粒污泥過程中，污泥的形態變化過程如圖2所示。科技論文，同時硝化反硝化。培養初期，在曝氣條件下反響器內的厭氧顆粒污泥不斷解體，此時反響器出水較為渾濁，顆粒顏色由黑色逐漸變為黃褐色或白色，解體后的顆粒成為好氧顆粒污泥形成的核心。隨著培養的進行，反響器內絮狀污泥不斷在顆粒外表生長，顆粒粒徑不斷增大。在第35d，形成了粒徑在0.82.5mm范圍內、形狀不規那么、呈黃色的成熟顆粒污泥。在40倍的顯微鏡下觀察，可清楚看到在顆粒內部有較明顯的顆粒核心。從顆粒污泥的SEM圖3a、圖3b和圖3d中可清晰的看到顆粒

7、污泥外表和內部均存在明顯的孔隙，空隙的直徑在1040m范圍內，這些空隙的存在，使得DO與各種底物濃度形成空間上的梯度分布，從而為多種不同代謝類型的微生物提供生存和代謝環境，從圖3中也可明顯的觀察到顆粒外表到內部微生物組成的分層現象，顆粒外表主要以球菌和短桿菌為主，絲狀菌的含量較少；顆粒內部結構較致密，僅有少量的球菌附著；而中間層以較長的桿菌為主。 圖2 培養過程中污泥形態的變化fig 2 Microscopic observation of aerobicgranular sludge in operating phasesa外表4000倍照片b顆粒剖面8000倍照片c內部10000倍照片d內

8、部11000倍照片圖3 成熟好氧顆粒污泥SEM照片fig 3 SEM photographs of aerobic granular sludge圖4 好氧顆粒污泥培養過程中MLSS和SVI的變化過程fig 4 The change of MLSS and SVI in operatingphases接種初期，在曝氣條件下厭氧顆粒污泥不斷解體，出水較渾濁，為了保證反響器內的微生物量，曝氣初期沉淀時間設為8min，局部從厭氧顆粒污泥外表脫落的沉降性能較差的絮狀污泥逐漸被洗出，而沉降性能較好的污泥那么被截留在反響器內，因此，運行初期反響器內的MLSS逐漸減小；第10d時，厭氧顆粒污泥根本完全解體，

9、將沉淀時間降至6min，以篩選出沉降性能更加良好的絮狀污泥，使其在反響器內不斷生長，第10d到第35d期間，反響器內的MLSS略有升高趨勢；第35d污泥根本實現顆粒化，此時MLSS為8.04g/L，隨后的運行過程中反響器內的MLSS變化較小。整個運行過程中系統的SV值穩定于25左右，因此SVI值隨著MLSS的變化而變化，成熟的顆粒污泥SVI值保持在30ml/g，沉降性能良好。圖5 好氧顆粒污泥培養過程中COD的去除效果fig 5 The degradation of organicmatter by aerobicgranular sludge圖6 好氧顆粒污泥培養過程中NH4+-N的去除效果

10、fig 6 The degradation of ammonium by aerobic granular sludge如圖5和6所示，本研究以進水污染物濃度為選擇壓，不斷提高進水COD和NH4+-N的濃度。在反響器運行初期，反響器內的好氧微生物不斷生長，第10d時，出水COD、NH4+-N濃度分別為135.75mg/L、3.47mg/L。隨著厭氧顆粒污泥逐漸向好氧顆粒污泥轉化，系統對COD和NH4+-N的去除率不斷提高。在第15d時，由于出水電磁閥堵塞，局部污泥流失，使得系統對氨氮的去除率出現了下降，但通過降低進水中污染物的濃度使系統恢復正常。第35d好氧顆粒污泥形成之后，系統在進水COD和

11、NH4+-N濃度分別為1600mg/L和160mg/L的條件下穩定運行一個月，出水COD和NH4+-N濃度分別為40mg/L和1mg/L，去除率分別高于95%和99%。模擬廢水條件下，進水NH4+-N可視為進水TN，從圖6中出水TN變化曲線可知隨著顆粒污泥的不斷成熟，出水TN呈下降趨勢，成熟的好氧顆粒污泥系統，當進水NH4+-N濃度為160mg/L時，出水中TN濃度穩定在2535mg/L，去除率高于78%。因此，可認為在模擬廢水條件下成功培養出了具有同步硝化反硝化功能的好氧顆粒污泥。2.2好氧顆粒污泥反響器在味精廢水處理中的應用將上述運行穩定的好氧顆粒污泥系統用于處理味精廢水，為了讓在模擬廢水

12、條件下形成的顆粒污泥逐漸適應味精廢水水質，實驗過程中以模擬廢水COD、NH4+-N濃度分別為1200mg/L、120mg/L為進水基底，不斷提高進水中味精廢水的配入比配入比=味精廢水中COD質量/進水COD總質量。科技論文，同時硝化反硝化。圖7 處理味精廢水過程中COD的去除效果fig 7 The degradation of organicmatter in treat the monosodiumglutamate wastewater phases如圖7所示，隨著味精廢水的配入，反響器對COD的去除率不斷下降。味精廢水配入比低于50%時，反響器出水COD濃度低于100mg/L，且COD的

13、去除率穩定在95%左右，具有較高的處理效率。繼續提高味精廢水的配入比，出水COD濃度開始出現升高的趨勢，當配入比到達90%時，出水COD濃度高于100mg/L。第36d味精廢水完全取代模擬廢水作為進水，COD的去除率由之前的95%降至90%。在隨后的運行過程中，COD容積負荷保持在3.2kg/m3-d， COD去除率穩定在90%，出水COD低于130mg/L。圖8 處理味精廢水過程中NH4+-N的去除效果fig 8 The degradation of ammonium intreat the monosodiumglutamate wastewater phases圖9 處理味精廢水過程中T

14、N的去除效果fig 9 The degradation of TN in treat the monosodium glutamate wastewaterphases如圖8和9所示，在配入味精廢水前，好氧顆粒污泥反響器氨氮去除率為99%，總氮的去除率為75%。隨著味精廢水的配入，氨氮的去除率保持在99%以上，較之前沒有明顯變化；在配入味精廢水的初期，總氮的去除率由之前的80%降至70%，出水TN濃度高于40mg/L，隨著配入比的不斷提高，污泥對味精廢水不斷適應，系統對總氮的降解能力提高，第36d味精廢水完全取代人工模擬廢水作為進水，此時對總氮的去除率高于85%，出水總氮濃度在20mg/L左右

15、。隨后的運行過程中，該好氧顆粒污泥反響器對氨氮、總氮的去除較為穩定，出水氨氮和總氮濃度分別低于1mg/L和20mg/L，去除率分別穩定于99%和85%，并未隨著進水水質的波動而變化。科技論文，同時硝化反硝化。圖10 典型周期內COD、NH4+-N、TN、DO和pH值的變化fig 10 The change of COD、NH4+-N、TN、DO and pH in one cycle從COD濃度變化曲線看，曝氣30min后系統內的COD濃度由649.14mg/L迅速降至298.52mg/L，該階段對COD的去除主要依靠污泥的吸附作用，緊接曝氣1hCOD濃度降至165.58mg/L，隨后的7h曝

16、氣過程中COD的濃度變化不大。NH4+-N在15.5h內持續被降解，但由于高COD濃度對硝化反響的抑制，前1h硝化速率較慢，使得反響器內NO2-和NO3-濃度較低，因此，雖然反響初期反響器內的COD濃度較高，但系統對總氮的去除率較低。1h后，系統內的溶解氧濃度提高至24mg/L，硝化作用增強，氨氮被大量轉化為亞硝態氮和硝態氮，在此期間總氮濃度快速降低，尤其在3.54.5h間。4.5h后，溶解氧濃度提高到5mg/L左右，反響器內NH4+-N根本完全被降解，系統對總氮的去除率再次降低。從上述分析中我們發現即使系統內COD濃度根本不變的情況下，系統中的反硝化過程仍然在繼續。對于這一現象我們認為：進水

17、后，短時間內COD被吸附到顆粒污泥中，這些被吸附的COD局部被微生物存儲起來，在外界碳源缺乏時可以被用作微生物生長和代謝的能量來源，從而保證了反硝化菌在相對較長的時間內也能獲得較充足的碳源。整體來看，氨氮、COD和總氮的濃度曝氣5.5h后均到達了較低水平，在隨后的曝氣過程中，除了總氮有明顯的去除外，COD和氨氮的去除均不明顯，綜合考慮曝氣時間及污染物的去除情況，選擇最正確曝氣時間為6.5h。圖11 處理味精廢水的好氧顆粒污泥系統內顆粒污泥形態fig 11 Morphology of aerobic granular sludgeafter treat the monosodiumglutama

18、te wastewater3 結論1以厭氧顆粒污泥為接種污泥，采用模擬廢水在SBR反響器中經過35d的馴化培養，獲得了成熟的好氧顆粒污泥。成熟的顆粒污泥系統MLSS保持在8.0g/L，SVI低于30ml/g，顆粒粒徑0.82.5mm。通過掃描電鏡觀察，從顆粒外表到內部微生物組成出現了明顯的分層，顆粒外表以球菌和短桿菌為主；顆粒內部結構較致密，僅有少量的球菌附著；而中間層以較長的桿菌為主。2模擬廢水條件下馴化的成熟的好氧顆粒污泥，在進水COD、NH4+-N濃度分別為1600mg/L、160mg/L時，COD、NH4+-N的容積負荷分別為3.2kg/m3-d、0.32kg/m3-d，出水COD、NH4+-N、TN濃度分別小于40mg/L、1mg/L、35mg/L，去除率分別高于95%，99%，75%，具有較高的污染物去除效率，同時實現了同步硝化反硝化。3在模擬廢水中不斷提高味精廢水的配入比，直至味精廢水完全取代模擬廢水作為進水的過程中，顆粒粒徑減小為0.61.8mm，顏色由黃色變為褐色，顆粒結構更加密實，顆粒外表更加光滑，反響器內的MLSS保持在7.88.2mg/L，SVI保持在30ml/g，。4好氧顆粒污泥系統對味精廢水的處理，當保持COD、NH4+-N的容積負荷分別為2.4kg/m3-d、0.24kg/m3-d時，COD、NH4+-N、TN