供氧模式对序批式活性污泥反应器硝化性能的影响_彭党聪

＊科技部中法科技合作项目供氧模式对序批式活性污泥反应器硝化性能的影响＊彭党聪(西安建筑科技大学环境工程系,西安710055)Nicolas.Bernet(LBE-INRANarbonne,France)摘要采用非固定氧供给模式和固定氧供给模式对序批式活性污泥反应器的硝化性能进行了研究。结果表明供氧模式对序批式活性污泥反应器的硝化能力、硝化产物和污泥组成有重要影响。在非固定氧供给模式下,亚硝酸化和硝酸化同时进行,最终反应产物为硝酸盐。在固定氧供给模式下,亚硝酸化和硝酸化顺序发生,如果反应时间不足,出流中将含有大量亚硝酸盐。亚硝酸菌具有碳氧化菌的饱食-饥饿(feast-famine)能力;而硝酸菌则没有。饥饿对亚硝酸菌在低氧下的氧化起着关键作用。关键词序批式活性污泥反应器硝化供氧模式1概述序批式反应器是一种间歇式生物反应器,它操作方便,投资低廉,在生活污水和工业废水的碳氧化,脱氮和除磷中得到了广泛的应用[1]。与连续式反应器不同,序批式反应器内的基质浓度在一个周期内随反应时间的变化而变化。在进料阶段结束时,反应器内的基质浓度达到最大值,然后随着反应的进行,浓度逐渐减小。与此相对应,反应器里微生物的基质利用速率也随着时间的变化而变化。就供氧模式来说,有两种方式可供选择:非固定的氧供给模式和固定的氧供给模式。所谓非固定氧供给模式就是氧的供给速率与微生物的基质利用速率相同,并维持溶解氧(DO)浓度2～3mg/L,在此种情况下,氧的供给速率要随着时间的变化而变化;而固定氧供给模式则是在一个周期中维持固定的氧供给速率,在此种情况下,进料和反应阶(a)非固定氧供给模式;(b)固定氧供给模式图1不同供氧模式下供氧量、基质浓度和溶解氧浓度随反应时间的变化关系10环境工程1999年12月第17卷第6期DOI:10.13205/j.hjgc.1999.06.002段,氧的供给速率小于微生物的基质利用速率,反应器中的DO很低(接近于零),氧的传递速率及利用率均较高;在反应后期则相反,氧的供给速率大于微生物的消耗速率,反应器中的DO维持在较高的水平,使微生物过量的内源呼吸,从而为下一周期获得较高的基质吸纳能力和氧化速率作准备。由于固定氧供给模式具有投资小、氧的传递效率高、运行费用低等优点而被广泛采用。但是对于硝化的场合下,可能会带来一些问题。低浓度DO下,硝化菌的活性将会下降;亚硝酸菌在低浓度DO下可能被抑制[2],如果这些情况发生的话,出水氨氮和亚硝酸盐浓度将会增高。因此,研究不同的氧供给模式对序批式反应器的硝化性能的影响具有重要的理论和实用意义。为此采用两种不同的供氧模式对序批式反应器的硝化性能进行对比实验,探讨氧的供给方式对基质利用速率,反应产物以及硝化能力的影响。2实验材料及方法2.1实验装置系统实验系统见图2。SBR反应器容积为10L,工作容积为6L。操作程序为:进水(曝图2实验装置系统图气)2.0h,反应(曝气)4.0h,沉淀1.5h,排水0.5h。整个实验期间每一周期的进水量(也即排水量)为3L,水力停留时间为0.67d。反应器的温度恒温在25±1℃。pH采用投加6%的Na2CO3溶液进行自动调节(设定点为7.4)。2.2基质组成实验采用人工模拟废水,蒸馏水配制,成分为:葡萄糖300mg/L,NH4Cl270mg/L,K2HPO4100mg/L,NaH2PO4100mg/L,微量元素1mg/L。2.3反应器启动及运行接种污泥由5L城市污水处理厂曝气池混合液和1L硝化流化床中试厂剩余污泥组成,混合污泥的浓度为3.86g/L。启动初期,进水用蒸馏水稀释3倍,当出水NH3-N浓度小于10mg/L时,减少稀释比,直至进水为全部原水,此时NH3-N负荷为0.4kg/m3·d。实验持续了90d。第一阶段为非固定氧供给模式(曝气量随需氧量的变化而变化),DO维持在3～4mg/L。经40d的运行后,转入第二阶段的固定氧供给模式(曝气量在一个周期内维持恒定),反应器中的DO随反应时间的变化而变化,曝气量分为4L/min、3L/min、2L/min3个不同的层次,运行时间分别为20d、15d和15d。3结果与讨论3.1非固定氧供给模式下的硝化整个实验期间的进、出水氮的组分变化示于图3。由图可见,硝化过程迅速建立,16d后,氨氮负荷就达到0.4kg/m3·d,硝化效率达到了95%以上。在此期间出水SS较高(超过50mg/L),镜检发现出水中的悬浮物主要为细小的絮体,说明微生物正在适应硝化过程,与此相应,反应器中的悬浮物浓度逐渐降低,最低时为3.1g/L。随后逐渐上升,30d后,混合液污泥浓度稳定在3.6g/L。SRT维持在30d,SVI稳定在100mL/g。一个周期内氨氮组分随时间的变化见图4。由图可见,NH3-N的氧化和NO3-N的氧化同时发生,但由于NH3-