污水處理小型化設(shè)備介紹活性污泥應(yīng)用

1 引言

　　目前，生物脫氮技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在污水處理系統(tǒng)中.其中的硝化作用包括氨氧化細(xì)菌(AOB)將氨氮(NH+4-N)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮(NO-2-N)及亞硝酸鹽氧化細(xì)菌(NOB)再將NO-2-N轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮(NO-3-N)的過程.由于硝化細(xì)菌較低的增長(zhǎng)速率及對(duì)pH、溶解氧濃度、溫度、有毒化學(xué)品等具有*的敏感性，因此，硝化作用一直被視為脫氮過程中的限速步驟.

　　重金屬銅(Cu)是一種重要工業(yè)原材料，被廣泛用于制革、電鍍、金屬加工等行業(yè)，其中，金屬加工、電鍍工廠所排放的廢水中Cu2+含量zui高，濃度可達(dá)幾十至幾百mg · L-1.同時(shí)，含銅工業(yè)廢水還經(jīng)常會(huì)進(jìn)入市政污水系統(tǒng)，從而影響污水廠的生物硝化處理效果.研究發(fā)現(xiàn)，純培養(yǎng)的硝化細(xì)菌對(duì)Cu2+比較敏感，Cu2+的半抑制濃度(IC50)為13.3 mg · L-1.活性污泥體系中，硝化菌群對(duì)Cu2+的耐受性有所提高，50 mg · L-1的Cu2+可以抑制50%的NH+4-N降解速率.與其他重金屬(如Zn、Cd、Ni)相比，硝化性能受Cu抑制后需要更長(zhǎng)的恢復(fù)時(shí)間.由于不同試驗(yàn)中pH、污泥類型、污泥濃度及有機(jī)物質(zhì)等因素的差別，因此，不同研究得到的Cu2+對(duì)活性污泥的抑制效果往往有差異，但幾乎所有的報(bào)道都認(rèn)同高濃度的Cu2+對(duì)硝化反應(yīng)的抑制作用.目前，已有的研究多從動(dòng)力學(xué)角度考察Cu2+沖擊負(fù)荷對(duì)硝化效果的抑制，然而短期的沖擊實(shí)驗(yàn)不足以反映受持續(xù)毒性的抑制情況，而針對(duì)Cu2+持續(xù)負(fù)荷及負(fù)荷結(jié)束后硝化性能變化的研究還相對(duì)較少.

　　因此，本文主要采用間歇式活性污泥反應(yīng)器(SBR)，研究Cu2+持續(xù)負(fù)荷期間及結(jié)束后AOB和NOB硝化菌群活性的變化，通過檢測(cè)硝化效率、微生物活性、Cu分布特點(diǎn)等信息，探討Cu2+對(duì)生物硝化過程抑制的作用原理.

污水處理小型化設(shè)備介紹活性污泥應(yīng)用

　　2 材料與方法

　　2.1 模擬生活污水和接種污泥

　　試驗(yàn)采用人工模擬生活污水，模擬污水COD為500 mg · L-1，NH+4-N 75 mg · L-1，pH=7.5±0.5，具體組分為(mg · L-1)：*480，NH4Cl 75，KH2PO4 30，NaHCO3 350，MgSO4 · 7H2O 20，F(xiàn)eSO4 · 7H2O 2.5，ZnSO4 · 7H2O 0.25，CaCl2 · 2H2O 10，CoCl2 · 6H2O 0.00005，MoO3 0.0015.根據(jù)試驗(yàn)需要向模擬生活污水中投加適量硫酸銅儲(chǔ)備液(Cu2+濃度25 g · L-1)，配置不同濃度的含Cu生活污水.在pH為7.5左右的含銅進(jìn)水中，Cu2+可以和OH-(水解產(chǎn)物)、CO2-3(來(lái)自于350 mg · L-1 NaHCO3的HCO-3和CO2-3)、氨(來(lái)自于75 mg · L-1 NH4Cl的NH3)等形成溶解態(tài)Cu(OH)-n+2n、Cu(CO3)-2n+2n、 Cu(NH3)2+n等絡(luò)合物(后文統(tǒng)稱為Cu2+)，以及 Cu(OH)2和CuCO3等難溶物質(zhì).

　　接種污泥取自天津某污水處理廠A2O曝氣池，并用模擬生活污水在SBR中馴養(yǎng)至出水NH+4-N穩(wěn)定小于0.5 mg · L-1后開始試驗(yàn).

　　2.2 試驗(yàn)裝置

　　反應(yīng)器有效容積5 L，內(nèi)徑為100 mm，總高850 mm(圖 1).SBR運(yùn)行參數(shù)：自控裝置控制運(yùn)行周期，處理水量為2.5 L · 周期-1，每周期6 h，包括進(jìn)水5 min，曝氣240 min，靜沉75 min，排水10 min，靜置30 min;溫度(25.0±0.5)℃.進(jìn)水水箱中設(shè)有循環(huán)泵，確保進(jìn)水成份均勻.曝氣時(shí)控制反應(yīng)器內(nèi)DO≥2 mg · L-1.實(shí)驗(yàn)過程中平均1天排1次泥，保證MLSS為5000 mg · L-1左右，污泥齡約為6 d.

　　圖 1 SBR反應(yīng)器裝置圖

　　2.3 試驗(yàn)方法

　　試驗(yàn)采用5個(gè)相同的SBR反應(yīng)器進(jìn)行持續(xù)負(fù)荷試驗(yàn).其中1個(gè)反應(yīng)器為對(duì)照體系，進(jìn)水始終為不含Cu2+的模擬污水.另外4個(gè)反應(yīng)器在第1~20周期內(nèi)的進(jìn)水為不含Cu2+的模擬污水，該階段為初始階段;第21周期后，4個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)水變?yōu)楹珻u2+濃度分別為10、20、30和50 mg · L-1的模擬污水，該階段為抑制階段;當(dāng)各反應(yīng)器的出水NH+4-N保持穩(wěn)定后，停止向進(jìn)水中加Cu2+，系統(tǒng)進(jìn)入恢復(fù)階段.

　　2.4 生物活性的表征

　　AOB、NOB及異養(yǎng)菌的活性主要用氨氧化比耗氧速率(SOURNH4)、亞硝酸鹽氮氧化比耗氧速率(SOURNO2)和碳氧化比耗氧速率(SOURorg.C)來(lái)表征.活性污泥各項(xiàng)SOUR的測(cè)定參見文獻(xiàn).微生物活性的抑制率I用下式計(jì)算：

　　式中，SOURck為對(duì)照組SOUR(mg · g-1 · min-1，以MLSS計(jì))，SOURexp為各實(shí)驗(yàn)組SOUR(mg · g-1 · min-1，以MLSS計(jì)).

　　恢復(fù)期，投加Cu2+的4個(gè)反應(yīng)器出水中NH+4-N和NO-3-N濃度變化率分別用kNH4和kNO3表示，其中，kNH4、kNO3可以用來(lái)評(píng)價(jià)AOB和NOB菌群的恢復(fù)速率.

　　式中，CNH4是出水中NH+4-N濃度(mg · L-1)，CNO3是出水中NO-3-N濃度(mg · L-1)，t是周期數(shù)，kNH4為恢復(fù)期NH+4-N的消耗速率(mg · L-1· 周期-1)，kNO3為恢復(fù)期NO-3-N的生成速率(mg · L-1· 周期-1).

　　2.5 反應(yīng)體系中Cu的分布

　　反應(yīng)器體系內(nèi)的總銅、溶解態(tài)銅、活性污泥內(nèi)部的銅、活性污泥表面吸附的銅可以反映銅在體系內(nèi)的分布，結(jié)合硝化作用的抑制可分析出銅對(duì)硝化細(xì)菌的影響.測(cè)定活性污泥內(nèi)部的銅主要運(yùn)用洗脫液(1 mmol · L-1 EDTA，pH=7.0，0.1 mol · L-1 NaCl)洗脫泥樣后測(cè)定的方法.洗脫液使活性污泥表面吸附的銅解吸附，洗脫后殘留在泥樣內(nèi)的銅被認(rèn)為是進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的銅.將用洗脫液洗脫后的泥樣、過濾后的水樣、泥水混合樣加酸進(jìn)行微波消解后，用火焰原子吸收儀測(cè)定銅的濃度，分別得到活性污泥內(nèi)部的銅、溶解態(tài)銅、總銅含量.總銅減去溶解態(tài)銅和活性污泥內(nèi)部的銅后可得到活性污泥表面吸附的銅.

　　2.6 常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目

　　COD：COD消解儀+分光光度法;NH+4-N：納氏試劑分光光度法;硝酸鹽氮：酚二磺酸光度法;亞硝酸鹽氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法;MLSS：重量法;DO和pH：在線測(cè)定儀.