温度对活性污泥沉降性能与微生物种群结构的影响-北极星水处理网

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摘要：为探究运行温度与活性污泥沉降性能之间的关系,采用5个带有自控设备的序批式反应器考察了不同的运行温度(15,20,25,30和35℃)对活性污泥沉降性能及微生物种群结构的影响。结果表明,采用短时进水,由于运行温度对污泥沉降性能的影响远远弱于底物浓度的影响,且系统中的优势丝状菌以Type 0041和Type 0092为主,所以5个系统均未发生污泥膨胀现象;采用长时进水,5个系统均发生了丝状膨胀现象,温度与低底物浓度的相互作用导致污泥的SVI值随运行温度(15~30℃)的增加而升高,而运行温度为35℃时污泥的SVI值要低于30℃的情况。同时不同的运行温度下污泥胞内胞外贮存特性及优势丝状菌的种类差异较大。

活性污泥法工艺是国内外污水处理厂中最常用的污水处理工艺[1],该工艺的运行性能对丝状菌和菌胶团的平衡性依赖极大。这两种菌群的平衡性一旦遭到破坏,丝状菌便可能得到大量增殖从而引发污泥膨胀问题,严重威胁污水处理厂的长期稳定运行[2]。因此探究污泥膨胀问题发生的运行条件至关重要。目前对污泥膨胀诱发因素的研究主要集中在pH值,溶解氧(DO),污泥龄(SRT),污泥负荷(F/M)等方面,杨雄等[3-4]探究了碳源类型和氮/磷缺乏对污泥沉降性能及丝状菌生长的影响,也有人考察了不同的温度与污泥膨胀的关系[5],通常认为低温下微生物的代谢速率降低,使部分有机碳源不能被充分氧化而在胞外形成大量胞外聚合物(EPS),从而引起高粘性膨胀,而高温则有利于丝状菌的生长,从而导致丝状菌膨胀[6]。但Knoop等[7]通过观察M。parvicella在5,12,20℃下的生长状况则认为低温有利于丝状菌生长。温度对污泥沉降性能的影响及发生的膨胀类型尚未得到统一定论,且已有的研究仅对不同温度下污泥的沉降性能和出水水质作出分析,并未涉及污泥胞内胞外贮存特性及丝状菌种群结构的变化情况,因此该方面的内容仍需进一步明确。本试验以带有自控设备的SBR 系统探究了运行温度分别为15,20,25,30,35℃时污泥沉降性能的变化情况,污泥胞内胞外贮存特性以及丝状菌种群结构的差异,从而为实际污水处理厂的长期稳定运行提供理论支撑,并对污泥膨胀诱发因素的理论体系作出进一步完善。

1 材料与方法

1.1 试验装置及运行方式

试验在5 个有效容积为5L,具有自动控制系统的序批式反应器(SBR)中进行(图1)。SBR 的进水泵,搅拌器,曝气泵,排水泵的启停均由可编程控制器(PLC)控制,采用IKA REO basic C 型磁力搅拌器使系统混合均匀,采用鼓风曝气充氧,好氧期间DO 浓度维持在(2。0±0。2)mg/L。试验设定5个反应器的运行温度分别为15,20,25,30,35℃,通过加热棒对系统加热。运行过程中DO 探头及温度探头将SBR 内的溶解氧(DO)浓度值和温度值实时反馈给PLC,PLC 根据上位机软件设定参数值对曝气泵和加热棒进行调节,以维持系统内DO 浓度和温度的恒定。试验共进行78d,分两个阶段:阶段Ⅰ(0~56d)采用5min 进水以模拟具有高底物浓度梯度的系统,考察该种情况下不同的运行温度能否造成污泥沉降性能的差异;阶段Ⅱ(56~78d)改为长时进水(5h)以模拟完全混合式系统,考察低底物浓度梯度下不同的运行温度对污泥沉降性能的影响。两个阶段均采用先厌氧后好氧的运行方式,每天运行4 个周期,其中厌氧搅拌时间为120min,曝气时间为180min,沉淀时间为50min,排水及闲置时间为10min。运行过程中SBR 每周期进水2。5L,排水比为50%。

1.2 试验水质及接种污泥

5个SBR 均采用人工配水作进水水质,如表1 所示,进水COD(NaCH2CH3)为400mg/L, C:N:P= 400:40:8,此外进水中还加入了微生物生长所必须的痕量元素(表1)。系统的接种污泥取自高碑店某污水处理厂二沉池剩余污泥,该污泥具有良好的脱氮除磷能力且污泥的SVI 值低于100mL/g。

1.3 试验指标及分析方法

试验期间,测定了污泥体积指数(SVI),混合液悬浮固体浓度(MLSS),混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS),聚-β-羟基烷酸酯(PHA),胞外聚合物(EPS),PH,DO 等。SVI, MLSS, MLVSS 按照标准方法测定[8]。污泥中PHA 测定前先用三氯甲烷和酸化甲醇在100℃下消解20h,然后对有机相中的PHA 成分进行检测,主要检测聚-β-羟基丁酸(PHB)和聚-β-羟基戊酸(PHV),PHA 以PHB 和PHV之和计。PHB 和PHV按照Oehmen[9]所述的操作方法测定,采用Agilent 6890N 型气相色谱以及 Agilent DB-1 型气相色谱柱,分别以3-羟基丁酸和3-羟基戊酸(两种物质比例为95%:5%, Fluka,Buchs SG, Switzerland)作为标准物质测定。EPS 采用阳离子树脂交换法提取[10],多糖采用蒽酮法测定[11],蛋白质采用修正的Lowery 法测定[10],DNA 采用二苯胺法测定[12], EPS 为3 种组分的测定值之和。试验过程中污泥形态结构的观察,革兰氏钠氏染色镜检均采用Olympus_BX61 型显微镜在微分干涉模式下进行。丝状菌丰度(FI)的鉴定根据Eikelboom 所提出的方法进行认定[13]。

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