不同类型污泥接种源培养的好氧颗粒污泥脱氮性能比较..docx

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1、第25卷第4期2006年7月食品与生物技术学报Journal ofFood Science and BiotechnologyVol.25 No.4J ul. 2006文章编号:167321689(20060420105204收稿日期:2005209202;修回日期:200521122L作者简介:张蓉蓉(19812,女，江苏深阳人，环境工程硕士研究生;3通讯作者.不同类型污泥接种源培养的好氧颗粒污泥脱氮性能比较张蓉蓉，任洪强3,张志，魏翔(污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学环境学院，江苏南京210093摘要:分别以活性污泥和厌氧颗粒污泥培养的好氧颗粒污泥为对象，对成熟污 泥颗粒的脱氮

2、性能进行了比较研究。结果表明，颗粒污泥驯化成熟之后，对氨氮的去除效果维持 在95%左右，与其污泥接种源没有明显的相关关系;对一个降解周期内氮的形态分析 表明，在颗粒污泥存在的反应器内发生了同步硝化反硝化。关键词:活性污泥;厌氧颗粒污泥;颗粒化;好氧颗粒污泥中图分类号:X 78文献标 识码:AComparison Study on Different Sludge Cultivated toAerobic G ranules with C apacity of Nitrogen R emovalZHAN G Rong 2rong , REN Hong 2qiang 3, ZHAN G Zhi,

3、WEI Xiang(State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse ,The School ofEnvironment,Nanjing University ,Nanjing 210093,ChinaCT 20?图6反应器R1一个降解周期进、出水中氮形态变化曲线Fig.6 NH 32N,N 0 2-2N and N O 3-%N prof iles in onedegrad ation period in R 1 reactor图7反应器R2一个降解周期进、出水中氮形态变化曲线Fig.7 NH 32N,N O 2-2N

4、and N O 3-2N prof iles in a deg 2rad ation period in R 1 reactor从图6和图7可以都看出,在一个典型的降解周期内,N H 32N质量浓度随 运行时间呈明显的下降趋势，在5h内有85%左右被降解;与此同时，随着反应的进行， 氨氧化菌和硝化菌对基质的降解，出水中的NO 3-2N、NO 2-2N在第4小时有较明 显的积累,到了第5小时，出水中的NO 3-2N、NO 2-2N质量浓度开始下降,且一直维持在较低范围内。这表明由于好氧颗粒污泥的存在,模拟废水中的NH4+2N由水相扩散到颗粒污泥 表面，首先被外侧的硝化细菌氧化成NO 3-2N和N

5、O 2-2N ,随即位于同一颗粒污泥兼氧/厌氧区 内的反硝化细菌利用从废水中扩散至颗粒内的碳源，将NO 3-2N和NO 2-2N还原，直 接以气态最终产物形式去除，实现了同步硝化反硝化生物脱氮。以上分析表明，存在颗粒污泥的反应器内发生了同步硝化反硝化反应。颗粒污泥的结构特点，形成了有利于同步硝化反硝化的微环境6。由于溶解氧 扩散的限制，在颗粒内部产生溶解氧浓度梯度，即颗粒的外表面溶解氧浓度高,以好氧 硝化菌及氨化菌为主，深入颗粒内部，氧传递受阻及外部氧的大量消耗，产生缺氧/厌 氧区，反硝化菌占优势,从而为实现同步硝化反硝化提供了合适的载体。另一方面，颗 粒污泥内部的微生物多样性，也为实现同步硝

6、化反硝化提供了基础。3结论1对进水氨氮的去除效果，不同污泥接种源培养的好氧颗粒对进水氨氮的去除率都维持在95%左右，这表明,不同污泥接种源培养的成熟颗粒污泥对氨氮的去除率相差不大，与 接种的源污泥没有明显的相关关系。2好氧活性污泥反应器的负荷提升较快，可能与其中微生物的生长环境没有改变 有关;而接种厌氧颗粒污泥的反应器N H 4+2N负荷提升较慢，这也是培养过程中厌 氧微生物种群逐渐向好氧微生物转变，硝化细菌缓慢累积过程的具体表现。3通过分析一个降解周期内好氧颗粒污泥的脱氮行为，证明存在颗粒污泥的反应 器内发生了同步硝化反硝化反应。好氧颗粒污泥自身的结构特点为同步硝化反硝化 的实现提供了载体。

7、参考文献：川郑俊华1好氧颗粒污泥:新一代的污水生物处理技术Cl第一届污染控制与 资源化全国学术会议论文集.上海:同济大学,200412Morgenroth E ,Sherden T.Van Loosdrecht M C M ,et al.Aerobic granular s 1 udge in a sequencing batch reactor J 1W atRes,1997,31(12:3191-319413Tay J H ,Iiu Q S ,Liu Y 1 Aerobic granulation in sequential s 1 udge blanket reactorJlW at S

8、ci T ech ,2002,46(4-5:13-1814竺建荣，刘纯新1好氧颗粒污泥的培养及理化特性的研究J 环境科 学,1999,20(2:38-4115王强，陈坚，堵国成1选择压法培育好氧颗粒污泥的试验J 1 环境科学,2003,24(4:99-1041(下转第115页801食品与生物技术学报第25表1邻苯三酚用量值与AA的关系T ab.l The relation betw een o 2trihydroxybenzene AA and itsamounts邻苯三酚用量4iLA 1A2AA /(OD/min011360126501129表2标准SOD进样量与AA的关系T ab.2 Th

9、e relation betw een stand ard SOD amounts and AA标准SOD进样量/piLAA /(OD/min01029根据式(1及(2计算得标准SOD实测活力及校正系数:C标实 =43418U/mL ,K=0191o控制余甘子口服液的样品进样量，使邻苯三酚自氧化速率变化AA值约为01035,平行测定5次，取其平均值，计算口服液样品 的类SOD活力，结果见表3。表3样品进样量与AA的关系T ab 13 The relation betw een sample amounts and AA样品进样量v /|1L AA /(OD/min C样实/(U/mL平均C样实

10、/(U/mL C /(U/mL平均标准偏差 /(U/mL相对标准偏差/%367103190197余甘子的鲜果或加工保健食品,因其口感好、无异味、纯天然，是广大消费者清凉解暑、四季保健的最佳果品。作者研究的 余甘子功能口服液加工方法合理,口味纯正，营养丰富，适合于各种人群,尤其是可作为 运动员饮料，已经受到广大消费者喜爱，是一种值得推广的新型保健品。目前,云南省的余甘子尚未被充分开发，资源利用率低,随着经济发展，它具有良好的市场前景，应加 强余甘子的基础应用研究和开发的力度，提高其附加值。参考文献：1吴雪辉，谢治芳,黄永芳1余甘子的化学成分和保健功能作用J.中国野生植 物资源,2003,(226

11、:69-71.赵苹,刘凤书1余甘子营养成分及果脯加工的研究J .食 品工业科技,1997,(4:71-7213JBarthaur N N IChem ical analysis of the emblic (Phy llanthus emblical and its potential as a food source J JlScienticeH oticultural ,1991,47(1 -2:99-1051李绍家.滇橄榄系列产品抗衰老作用研究J.食品科学,1998,(5:33-35.(责任编辑:李春丽(上接第108页李小明，谢珊1好氧微生物颗粒污泥脱氮机理Jl净水技术,2004,23(

12、3:29-3117阮文权，陈坚1同步脱氮好氧颗粒污泥的特性及其反应过程Jl中国环境科 学,2003,23(4:380-384.8胡林林，王建龙,文湘华1SBR中厌氧颗粒污泥向好氧颗粒污 泥的转化环境科学,2004,25(4:74-7719国家环保局1水和废水监测分析方法(第 3版M 1北京:中国环境科学出版社,1989.“0美国公共卫生协会、美国自来水厂协会、水污染控制联合会1水和废水标 准分析法(第15版M 1宋仁元等译1北京：中国建筑工业出版社,198511 IJJoanna Surmacz 2G orska 1 Nitrification monitoring in activated

13、s 1 udge by oxygen uptake rate (OU R measurements J .W at R es ,1996,30(5:1228-1236.12蓝惠霞，陈中豪,陈元彩1影响好氧颗粒污泥形成和性能的因素分析J 1环 境保护,2004,(5:28-311(责任编辑:李春丽511第4期程伟贤等:余甘子功能食品的开发及其类SOD活力测定Abstract :This paper st udied nit rification and denit rification of mat ure aerobic granular which cultivated f rom acti

14、vated sludge and anaerobic granular sludge.The result s indicated t hat,after aerobic granular sludge was mat ured ,removal rate of ammonia nit rogen could maintain at 95%;Different forms of ammonia nitrogen was analysed in one degradatic period ,and t he result s showed nit rification and denit rif

15、ication occurred simultaneously in t he reactor filled wit h aerobic granular.K ey w ords :activated sludge ;anaerobic granular sludge ;granulation ;aerobic granular sludge ;ammonia removal好氧颗粒污泥的研究始于20世纪90年代初期1,已有的研究主要集中在 以好氧活性污泥作为接种污泥，围绕颗粒形成的过程、机理以及获得的颗粒的特性 等展开研究2-5。作者分别以活性污泥和厌氧颗粒污泥为接种污泥，对培养成熟的 颗粒

16、污泥的脱氮性能进行了比较分析。1材料与方法111实验装置实验所用反应器为作者所在实验室自行设计，采用有机玻璃加工而成，反应器容积115L,有效容积1L,高径比H/D为10 ： 1, 实验装置见图lo实验采用两个完全相同的反应器RI、R2,R1接种活性污泥,R2接种厌氧颗粒污 泥。采用微孔曝气头进行曝气,控制反应器内DO在2mg/L左右，温度控制在（252恒温箱图1好氧颗粒污泥培养实验装置图Fig.l Process flow diagram of aerobic granules112实验用水实验进水采用醋酸钠为有机碳源，氯化铁、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾等无机盐 和微量元素配制的模拟废水,COD

17、为500mg/L左右。113接种污泥活性污泥取自城市污水处理厂二沉池回流污泥，其污泥特征为:ML VSS/MLSS =01934,SV I =245mL/g，接种之前对活性污泥进行必要的预处理。厌氧颗粒污泥取自工业化UASB反应器。厌氧颗粒污泥ML VSS/ML SS=01803,SV I =26mL/g，厌氧颗粒呈黑色，粒径115215mm，接种之前对厌氧颗粒污泥进行淘洗，洗去其中的细小颗粒和絮状悬浮物。114颗粒 化过程的控制RI、R2反应器污泥接种后，控制相同的反应条件，研究RI、R2反应器的污泥脱氮性能的差异。115不同污泥接种源培养的 好氧颗粒污泥的性状描述反应器R1运行至30d时，

18、活性污泥基本实现颗粒化，此时颗粒污泥外观呈橙黄 色，表面光滑，近似圆形或椭圆形，污泥浓度达到713g/L ,SV I值在3545mL/g范围内 波动。反应器R2内接种的厌氧颗粒污泥直到成功转化为好氧颗粒污泥,污泥的外在形 态没有发生明显变化，其外表面颜色由黑色变为褐色，然后是灰白色。厌氧颗粒污泥 向好氧颗粒的转变则经历了外在形态的保持，颗粒颜色和内部微生物种群转变的过程。116分析项目与方法DO :YSI MODEL58型溶解氧测定仪测定;N H 4+2N :采用纳氏试剂分光光度法 7;NO 2-2N :采用N 2(12蔡基2乙二胺光度法;NO 232N :采用酚二磺酸分光光度 法。2结果与讨

19、论211不同类型接种污泥颗粒化过程R1,R 2脱氮性能的对比研究考察了颗粒化过程反应器的脱氮性能。污泥接种后,启动初始进水N H 4+2N质 量浓度维持在60mg/L左右。视运行情况来确定提高N H 4+2N负荷,具体控制措施为:当NH4+2N去除率大于80%,且呈不断上升的趋势时，开 始提高负荷;负荷提高后，稳定运行23d再测定N H 4+2N的浓度,负荷提高幅度一般为1。30%。21111不同类型接种污泥颗粒化过程中进水 氨氮去除的比较分析 从污泥接种开始,对进、出水中的NH4+2N进行连续的监测, 得到一系列的曲线见图2,3o图2和图3分别表示了在两种接种污泥颗粒化过程中， 反应器进、出

20、水氨氮质量浓度的变化图2 R1反应器进出、水中氨氮的浓度的变化Fig.2 Ammonia nitrogen in inlet/outlet of R 1吟3的数的叙过33曲扁哑风或湖K飒取睡3眄咽J以玄1盛期磁海超 ibOtaaCtB , jocJU5Cvreactor图3 R2反应器进出、水中氨氮质量浓度的变化Fig.3 Ammonia nitrogen in inlet/outlet of R 2reactor从图2可以看出，在反应器Rl内，氨氮负荷的提高经历了 3个浓度阶段 (60,90,120mg/L,而氨氮的去除率也在负荷提高之后出现短暂的下降。在实验的第8 天,氨氮去除率为8116

21、%,之后在第601食品与生物技术学报第25卷12天，提高进水氨氮质量浓度为8814mg/L,由于提高浓度产生的冲击，当天的氨 氮去除率下降到5419%,到了第16天,氨氮去除率再次超过80%,在第18天又一次提 高进水氨氮质量浓度到12015 mg/L,而氨氮去除率也从当天的4013%上升到第26天的5114%,之后氨氮去除率逐渐提高，到第40天基本维持在95%左右。这表明，颗粒 污泥的培养成熟,同时成熟的好氧颗粒污泥能够滞留更多的微生物，为反硝化反应的 进行提供了载体。与之相比较，图3的结果表明,反应器R2内氨氮负荷提升较慢，这 正是培养过程厌氧颗粒污泥内部厌氧微生物种群逐渐向好氧微生物转变

22、，硝化细菌 缓慢累积过程的具体表现。在接种的第4天，氨氮去除率只有23189%,到第12天，氨 氮去除率上升到61164%,直到第20天，氨氮去除率突破80%o从第22天开始，提高 进水氨氮质量浓度到90168mg/L,而氨氮去除率从第22天的64153%上升到第28天 的85124%。从第30天开始，进水氨氮质量浓度提高到121164mg/L,氨氮去除率为 65118%,第34天氨氮去除率达到82187%,之后氨氮去除率逐渐稳定提高，第46天开 始基本维持在95%左右，这表明,不同污泥接种源培养好氧颗粒污泥，成熟颗粒污泥对 氨氮的去除率相差不大，与接种的源污泥没有明显的相关关系。21112不

23、同类型接种污泥在颗粒化过程中进出水氮的形态变化 图4和图5 分别表示了在颗粒化过程中，两个反应器RI、R2进、出水中氮的3种形态的浓度。图4反应器R1内进、出水中氮的形态变化Fig.4 Different forms of ammonia nitrogen in inlet/ outlet of R1 reactor活性污泥接种后,反应器R1的进水N H4+2N去除率为6117%,而TN去除 率仅为1116%。经过8d的运行,NH4+2N去除率达到8116%,因此，从第9天开始，将 进水N H4+2N质量浓度提高到90 mg/Lo运行至第16天，进水N H4+2N去除率再 次超过80%,TN去

24、除率也达到5415%,从第17天起再次提高进水N H4+2N,达到 120mg/L 左右o到图5反应器R2内进、出水中氮的形态变化Fig.5 Different forms of ammonia nitrogen in inlet/ outlet of R2reactor第46个运行日，反应器出水N H4+2N低于5mg/ L,N H4+2N去除率达到95%。 与反应器R1相比,反应器R2的氨氮负荷提升较慢。从图5可以看出,随着反应器进 水氨氮负荷的升高，出水N H4+2 N质量浓度波动较小,N H4+2N去除率和TN去除 率均呈现缓慢上升的趋势。从第30天开始提高进水氨氮质量浓度到120mg

25、/L,第38 天开始,R2反应器对进水氨氮的去除率达到了 90%,之后一直维持在95%左右。由于反应器R1接种污泥为絮状活性污泥，在控制曝气量的情况下，基本处于完 全混合状态，不能满足反硝化过程的反应条件，故总氮去除率仍然较低。而经过8天 之后，反应器出水N H4+2N浓度降低，说明随着反应器内微小颗粒污泥的出现，颗粒 的外表面处于好氧环境,积累了 一定数量的硝化细菌，随着颗粒的粒径的增大,从颗粒 外部到颗粒内部，溶解氧的传递受到阻碍，容易形成兼氧/厌氧区域，为反硝化菌的存 在提供了前提条件，也为反硝化反应的进行提供了基本条件，从而促进反应器脱氮性 能的提高6-7。反应器R2的氨氮负荷提升较慢

26、，这也是培养过程厌氧颗粒污泥微生 物种群逐渐转变，硝化细菌缓慢累积过程的具体表现。随着厌氧颗粒污泥成功实现 向好氧颗粒污泥的转变，颗粒表面积聚了大量硝化细菌，内部积累了反硝化菌,为颗粒 污泥实现同步硝化反硝化提供了条件8。在整个试验过程中,NO x2N没有发生较高浓度积累，且同时氮的总量在下降，这 说明由于反应器内的污泥以颗粒形态存在，不仅能提高系统抗冲击负荷能力，而且成 熟好氧颗粒污泥内部的厌氧微环境为同步硝化反硝化的顺利进行提供了条件，使反 应器TN的去除率大大提高,从而实现了好氧颗粒污泥高效生物脱氮。212成熟好氧颗粒污泥脱氮行为的分析为了更进一步考察好氧颗粒污泥在生物脱氮701第4期张蓉蓉等:不同类型污泥接种源培养的好氧颗粒污泥脱氮性能比较过程中的降解行为，取适量的好氧颗粒污泥进行间歇实验。即预先配好已知氨 氮浓度的基质，在控制的条件下进行降解，每隔lh取水样测定出水中氮的各种形态的质量浓度,考察在 整个脱氮过程中氮的各种形态的浓度变化，结果见图6,7