摘要：通過對實驗室SBR的四種運行方式的 研究 比較發(fā)現(xiàn)，進水階段的長短、曝氣方式對活性污泥的剩余污泥量和污泥性能(如SVI)都有 影響 。分級曝氣方式下，反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率明顯小，而短時進水方式下，反應(yīng)器的污泥性能最佳。這對通過調(diào)整運行方式來減少剩余污泥量或改善污泥性能有一定意義。

關(guān)鍵詞：運行方式 曝氣 污泥產(chǎn)率

A Study on the Impact of Feeding and Aeration Mode (SBR) on the Sludge Yield and Characteristics

Abstract: Comparisons among four operations of bench-scale SBRs show that feeding time and aeration mode do have impact on sludge yield and characteristics (e.g. SVI). Sludge yield in SBR under operation of step-aeration is obviously low and sludge in SBR under operation of instant feeding is distinguished with good settleability. The findings are important to sludge quality improvement and excess sludge reduction through operation variation of activated sludge processes.

Key words: Operation mode, Aeration, Sludge yield

活性污泥的沉降性能與剩余污泥量對活性污泥法污水處理工藝的運行和運行費用有重要影響.影響活性污泥的沉降性能(SVI)和剩余污泥量的因素有很多，一般認為SVI、剩余污泥量主要與污水類型、污泥負荷、反應(yīng)器類型有關(guān)[1][2]。在為某廠解決SBR系統(tǒng)曝氣反應(yīng)初期溶氧低的 問題 時，筆者發(fā)現(xiàn)在SBR中, SVI、剩余污泥量還與反應(yīng)器的進水時間和曝氣方式有關(guān)，并做了相應(yīng)的研究。

1　實驗裝置與 方法

1.1　實驗裝置

兩個直徑為19 cm 高40 cm的透明有機玻璃容器作為實驗SBR反應(yīng)器。有效水深30 cm，因此有效容積為8.5 L。實驗的活性污泥來源于城市污水處理廠的剩余污泥, 經(jīng)半個月左右的馴化后用于正式實驗. 反應(yīng)器內(nèi)平均活性污泥濃度3000mg/L左右。兩個反應(yīng)器平行工作，用以比較。曝氣系統(tǒng)由一組設(shè)在反應(yīng)器底部的微孔曝氣頭、空氣管道、可調(diào)式氣體流量計、電磁閥和氣源組成。電磁閥用以切換氣源(見圖1)。各反應(yīng)器設(shè)置一小型攪拌器, 以47轉(zhuǎn)/分的慢速在反應(yīng)器的進水階段及反應(yīng)階段對混合液進行攪拌.

1.2 實驗方法

本實驗是在運行周期均為6小時、反應(yīng)時間為3小時，污泥負荷為Li =0.2 (d-1)和供氣總量相同的條件下，對四種運行方式進行比較：(I) 短時進水(以下縮寫為IF);(II) 30分鐘缺氧進水(以下縮寫為F30);(III) 30分鐘曝氣進水(以下縮寫為A-F30);(IV) 30分鐘缺氧進水及分級反應(yīng)曝氣(以下縮寫為分級-A)。供氣總量為234升。四種運行方式的 內(nèi)容 與時間分配為，IF：2分鐘缺氧進水， 3小時曝氣反應(yīng)(曝氣強度為1.3 l/min)，沉淀3/4小時，撇水0.5小時;F30：缺氧進水30分鐘，反應(yīng)3小時(曝氣強度同IF的)，沉淀1小時，撇水0.5小時;A-F30：曝氣進水30分鐘(進水、反應(yīng)的曝氣強度均勻一致, 為1.1l/min)，其余各階段同F(xiàn)30的;分級-A： 曝氣反應(yīng)共3小時，反應(yīng)階段前0.5小時，曝氣強度為2.5l/min，其后減小為0.90l/min;其余各階段同F(xiàn)30的。

1.3 廢水

本實驗用醋酸和氨鹽、磷酸鹽、微量元素配置成人造廢水進行實驗。廢水BOD5 =303mg/l.

2.實驗結(jié)果與討論

在本實驗條件下, 四種運行方式的實驗數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計整理, 按下列式子 計算 產(chǎn)泥率:

Yobs =

式中: Yobs--- 污泥顯產(chǎn)率

So---進水基質(zhì)濃度 (mg/l)

Se---出水基質(zhì)濃度 (mg/l)

---每個周期排泥體積 ( l )

X----排泥時的污泥濃度 (mg/l)

----出水污泥濃度 (mg/l)

Vf---進水體積 ( l ); 本實驗為2.8l.

結(jié)果為, IF方式下活性污泥的產(chǎn)泥率為0.53，F(xiàn)30為0.48，A-F30為0.47，分級-A為0.33. 分級-A方式下的產(chǎn)泥率明顯低于運行方式IF和F30的 。

2.1 從一個周期基質(zhì)量的變化 分析 運行方式對產(chǎn)泥率的影響

圖2.一周內(nèi)水中殘余 COD 變化情況

圖2顯示的是按四種運行方式運行的各反應(yīng)器一個周期內(nèi)水中殘余COD的變化情況。實驗發(fā)現(xiàn), 在IF的反應(yīng)初期, COD有明顯的、速率較快的下降; 這是生物吸附引起的[3]. 類似的現(xiàn)象在F30的進水階段也被測得, 只是由于進水較緩、有利吸附的條件持續(xù)時間較長, 下降速率較小. IF反應(yīng)初期及F30進水后階段, COD在下降之后的上升, 可分別認為是曝氣反應(yīng)促使部分被吸附基質(zhì)釋放和基質(zhì)被吸附飽和之后濃度在混合液中增加的結(jié)果。A-F30的進水階段, 由于曝氣, 類似的吸附現(xiàn)象不明顯. 比較可見, 由于進水階段的吸附和少量生化反應(yīng)(缺氧或好氧), 一個周期內(nèi), F30和A-F30的平均COD水平低于IF的; 而這三個方式下混合液中平均COD水平均高于分級-A的, 尤其是IF和F30反應(yīng)的前半階段COD水平約是分級-A同期COD的2倍; 這主要是在分級-A方式下，生化降解反應(yīng)比較強烈的緣故 (原因分析后敘) 。所以, 由于COD平均水平較低, 分級-A方式下微生物的內(nèi)源分解大于合成, 活性污泥的產(chǎn)率較低; 而IF的情況則相反.

2.2 從生物活動的角度理解運行方式對產(chǎn)泥率的影響

四種方式下生化反應(yīng)強度的不同可由一個周期內(nèi)SOUR隨時間的變化得到驗證。SOUR反映了生物活動強度[4]。從本實驗測得的數(shù)據(jù)(圖3)發(fā)現(xiàn), SOUR與基質(zhì)濃度、曝氣強度有關(guān). F30和分級-A的進水階段，SOUR隨基質(zhì)量的增加而上升. 實際上在缺氧的情況下, 好氧生物的活動很低，而OUR是在混合液先充氧況下測得的[5], 這一階段的SOUR值反映的是一種潛在生物活動能量。在反應(yīng)階段的前50分鐘, 所有這四種運行方式的SOUR曲線均呈現(xiàn)一近似水平段. 這是在基質(zhì)濃度飽和情況下, SOUR的最大值(記作SOURmax). 實驗表明SOURmax亦與曝氣強度有關(guān)。F30、IF方式曝氣強度為1.3l/min, SOURmax為3.1 ´10-4mgO2/l-min-mgMLVSS;. 分級-A第一階段曝氣強度為2.6l/min, SOURmax高達近4.0´10-4mgO2/l-min-mgMLVSS; A-F30曝氣強度為1.1l/min, SOURmax約為2.8´10-4mgO2/l-min-mgMLVSS。從圖4中可見，在A-F30、F30、IF方式的曝氣階段初期，DO接近于零。這是因為，反應(yīng)器在平均值的曝氣強度下，供氧速率跟不上因強烈的生物活動引起的需氧速率。因而微生物活動受到抑制. 而分級-A的第一階段曝氣中, DO形成一突躍。這可認為在高于標(biāo)準(zhǔn)平均值的曝氣強度下, 供氧速率可超過因強烈的生物活動引起的需氧速率。因此，微生物活動強烈, SOUR值較高.由此可見, 在分級-A方式下的反應(yīng)初期，較高的溶氧水平、因較大曝氣強度而加強的混合液攪拌和物質(zhì)傳遞，加快了基質(zhì)的生物降解，使微生物較早地進入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，因此污泥產(chǎn)率較低。而在其它三種方式下，溶氧不足抑制了生物活動, 生物降解相對較慢，推遲了微生物進入內(nèi)源呼吸狀態(tài)，即微生物處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)的時間較短，污泥產(chǎn)率較高。

 

圖3. 一周內(nèi)SOUR變化情況

 

 

 

 

 

圖4. 一周內(nèi)溶氧變化

2.3 運行方式對污泥性質(zhì)的影響及其分析

實驗顯示, 四種方式下活性污泥的性質(zhì)也不盡相同。圖5是根據(jù)實測數(shù)據(jù)繪制的四種方式下活性污泥的沉降曲線。曲線前半段的斜率可表示污泥的沉降速率，而后半段的縱坐標(biāo)值和斜率則反映了污泥的壓縮性能。圖中可見,

圖5. 四種方式下活性污泥的沉降曲線

IF、A-F30與分級-A方式下污泥的沉降性、壓縮性均優(yōu)于F30, 其中IF方式下污泥的沉降性、壓縮性最好，A-F30與分級-A的相近, 居次。沉降性好, 在沉淀階段有利于固液分離, 而壓縮性好則有利于污泥濃縮與脫水。從濃度梯度角度看, 按IF方式運行, 廢水瞬時進入SBR，混合液中的基質(zhì)降解過程類似某一時刻進入連續(xù)、推流式反應(yīng)器的一批混合液中的基質(zhì)降解過程，濃度梯度大, 因而污泥性能好[6] 。進水時間越長, 反應(yīng)器的f : r 比(進水:反應(yīng)比)增大, 混合液中基質(zhì)濃度梯度越接近完全混合反應(yīng)器[7], 有利于絲狀菌生長, 污泥性能越差. 因而F30、A-F30與分級-A方式下的污泥性能要遜于IF方式下的.

圖6為按分級-A方式運行的反應(yīng)器(左)與按F30方式運行的反應(yīng)器沉淀10分鐘時污泥的狀態(tài)。

圖6. 分級-A方式下與F30方式下污泥的沉淀狀態(tài)

結(jié)論

SBR進水階段的長短、是否曝氣, 反應(yīng)階段曝氣強度的分布都會影響活性污泥的產(chǎn)率與性質(zhì)。較長時間進水和反應(yīng)初期高強度曝氣, 可使反應(yīng)器污泥產(chǎn)率較低; 其中反應(yīng)初期能克服需氧量的高強度曝氣對降低污泥產(chǎn)率作用明顯。快速進水方式下活性污泥的性能最佳。

參考 文獻

1. Chao A C，KEinath T M Influence of process loading indensity on sludge clarification and thickening characteristics

2. 周利，彭永臻等(1999) SBR工藝中污泥負荷對絲狀菌污泥膨脹的 影響 CHINA WATER & WASTEWATER Vol.15, No.6

3. 哈爾濱建筑工程學(xué)院 排水工程(下) 北京: 中國 建筑 工業(yè) 出版社 1981

4. Huang, J.Y.C., Cheng, M.D. and Mueller, J.T. (1985) Oxygen Uptake Rates for Determining Microbial Activity and Application

5. APHA (American Public Health Association) (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 19th edn. American Public Health Association, Washington, DC

6. 王凱軍，盧少勇，賈立敏和宋英豪(1999)三廢處理工程技術(shù)手冊---廢水篇

7. Dennis, R.W. and Irvine, R.L. (1979) Effect of Fill: React Ratio on Sequencing Batch Biological Reactors J.WPCF, Vol.51, No.2