MBR中磁种好氧颗粒污泥的培养及对膜污染的影响
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试验采用人工合成模拟废水, 其组分见表 1。
表 1 模拟废水的组分
T ab. 1 Composition o f synthetic domestic w astew ater
组分
浓度
组分
浓度
葡萄糖 / (m g L- 1 ) 144 N aHCO 3 / (m g L- 1 ) 9. 6 KH2 PO4 /( m g L- 1 ) 5. 6
Abstract: A erob ic granu lar sludge w ith m agnet ic seed w as cultivated in MBR to treat artificia lly synthetic w astew ater, and its effect on m em brane fouling w as investigated. T he results ind icate that dur ing the process of cult ivat ing aerob ic granu lar sludge w ith m agnetic seed by flocculen t activated sludge, a t the beg inn ing, a considerable am ount of f ilam entous bacteria is propagated, then the filam entous bacteria aggregate into very sm a ll granu les, at las,t the m atured granu lar sludge is g radually form ed w ith smooth surface and approx im ate ly spherica l or sphero idal shape. T he size o fm atured aerob ic granu lar sludge w ith m agnetic seed is 0. 47 to 4. 1 mm, and the average va lue is 1. 7 mm. The SV I value is less than 70 mL / g, w hich is far less than that of conventional activated sludge ( 100 to 150 mL / g ). T he settling ve loc ity is increased w ith the increase of granu le size, w ith a range o f 30 to 91 m /h, wh ich is far m ore than tha t o f conventional activated sludge ( 8 to 10 m / h). The variation trend o fm em brane fluxes inMBR s filled w ith flocculent activated sludge and aerobic granular sludge w ith m agnet ic seed ind icates that the decline rate
第 26卷 第 19期
开始加速生长 ), 进水 COD 为 350~ 550 mg /L, 水力 停留时间为 20 h, COD 负荷平均为 0. 6 kg / ( m3 d) 。期间进水 pH 值在 7. 5以上, 出水 pH 呈下降趋 势, 对 COD的去除率 < 50% 。为了保证反应器出水 的 pH > 6. 5, 开始在进水中投加少量的 N aHCO 3 以 便将进水的 pH 值提高 到 8. 5 以上。混合 液呈黑 色, 主要是纳米磁粉的颜色。通过镜检发现有大量 的丝状菌出现。
L IU A i ping1, CH EN Zhong y ing1, L I Ka im ing1, GUO Sen2
( 1. South China Institute of Environm ental Sciences, MEP, Guangzhou 510655, China; 2. Appraisal C en ter f or Environm enta l E ng ineering, MEP, B eijing 100012, China)
图 1 反应器示意 F ig. 1 Schem atic d iag ram o f exper im enta l appa ra tus
反应器的运行程序: 当处于低液位时启动进水 泵, 当达到高液位时进水 泵停止工作, 并启动曝气 泵、出水泵, 当水面降到低液位时, 曝气泵和出水泵
停止工作, 进水泵开始工作, 如此反复。膜组件采用 出水 8 m in、停抽 2 m in的运行模式。在好氧颗粒污 泥培养阶段每天手动停机, 通过取样口排水。 1 2 试验用水及活性污泥
2 结果与讨论
2 1 磁种好氧颗粒污泥的培养 采用减少 HRT 与提高进水 COD 浓度相结合的
启动方式, 磁种的添加量为 2 g /L。好氧颗粒污泥的 培养过程可分为 3个阶段。
第 1阶段 ( 1~ 8 d) 为启动期 ( 从接种至微生物
2
www. watergasheat. com
Leabharlann Baidu
刘爱萍, 等: M BR 中磁种好氧颗粒污泥的培养及对膜污染的影响
第 2阶段 ( 9~ 32 d)为颗粒形成期 (以微生物浓 度达到恒定为 标志 ) , 通过逐渐提高进水有机物的 浓度 ( COD 为 500~ 800 m g /L ) 使平均 COD 负荷达 到 1. 5 kg / ( m3 d) , 同时降低水力停 留时间为 16 h。反应器出水的 pH 值逐渐降至 5. 8, 而且还持续 几天出现大量乳白色的泡沫。经分析, 认为是进水 负荷过高所致, 于是降低进水的 COD 浓度且运行 2 d后再慢慢提高负荷, 白色泡沫马上消失。同时为 了消除酸化现象, 从第 20天起按照 N aH CO 3 与 COD 的比例为 1投加 N aH CO3, 到第 28天反应器出水 pH 值已升至 6. 9, 出水 COD为 280~ 490 m g /L, 去除率 达到 51% ~ 72% 。在该阶段开始出现表面存在较 多丝状体的小颗粒污泥 ( 0. 3~ 0. 5 mm ), 运行至第 27天时, 混合液的 黑色变 淡, 出现了 粒径为 1 ~ 3 mm 的好氧颗粒污泥; 此后颗粒污泥的尺寸逐步增 大, 混合液的颜色继续变淡, 通过细菌和 EPS粘合 成长为结构紧密、尺寸为 1~ 5 mm 的成熟颗粒污泥。
笔者将好氧颗粒污泥技术与膜技术相结合, 在 M BR中接种絮状活性污泥, 并投加磁种, 考察磁种 好氧颗粒污泥的形成及其理化性质。同时, 通过磁 种好氧颗粒污 泥 MBR 与 絮状污泥 M BR 的运行对 比, 考察了缓解膜污染的效果, 以期为好氧颗粒污泥 在 MBR中的应用提供依据。
1 材料与方法
1 1 试验装置 试验装置见图 1, 由隔板将其分为两部分, 即膜
区和导流区。隔板上留有两条槽, 使得两区相通并 能控制反应器的流态。在导流区设置了导流筒。反 应器容积为 44 L, 其中导流区为 17 L, 膜区为 27 L。 聚丙烯膜片的面积为 0. 2 m2 /片, 膜通量为 100 L / ( m2 d), 膜孔径为 0. 1 m。反应器内共设置了 3 片膜。
关键词: 膜生物反应器; 磁种; 好氧颗粒污泥; 膜污染 中图分类号: X703 文献标识码: A 文章编号: 1000- 4602( 2010) 19- 0001- 05
Cultivation of Aerobic Granular Sludge w ithM agnetic Seed and Its E ffect on M embrane F ouling in M BR
日常分析 项目 包括进 水、混 合液 和膜 出水 的
COD、氨氮浓度以及 MBR 中的 M LSS, 均采用标准方 法测定 [ 8] 。污泥 的湿密度: 取 100 mL 污泥 置于带 刻度的离心管中, 在 500 r/m in下离心 10 m in, 弃去 上清液后测定污泥质量和体积, 求出湿密度; 颗粒污 泥的粒径: 筛分法 [ 9 ] ; 污泥的沉降速度: 随机取 50 ~ 100粒颗粒污泥, 测量粒径后逐一放入盛满清水的 1 L 量筒中, 测定其沉到筒底的时间, 计算不同粒径范 围的颗粒污泥的沉速。
ZnSO4 7H 2O / ( g L- 1 )
0. 12
CoCl2 6H2O /( g L- 1 ) 0. 15 K I /( g L - 1 )
0. 03
CuSO4 5H2O / ( g L- 1 ) 0. 03 M nC l2 H2 O /
F eC l3 6H2O /( C aC l2 /( m g
摘 要: 以人工合成模拟废水为处理对象, 在膜生物反应器 ( MBR )中培养磁种好氧颗粒污 泥, 并考察了其对膜污染的影响。结果表明, 由絮状活性污泥培养磁种好氧颗粒污泥, 开始污泥中 大量繁殖丝状菌, 然后丝状菌缠绕成细小的颗粒, 最后慢慢形成颗粒污泥, 其外表光滑, 近似呈圆球 形或椭球状。培养成熟的磁种好氧颗粒污泥的粒径为 0. 47 ~ 4. 1 mm, 平均 为 1. 7 mm; SV I< 70 mL / g, 远低于普通活性污泥的 ( 100 ~ 150 mL / g) ; 沉降速度随粒径的增加而增大, 范围为 30 ~ 91 m /h, 而普通活性污泥的只有 8~ 10 m / h。同时, 比较了絮状污泥 M BR和磁种好氧颗粒污泥 M BR 在运行过程中膜通量的变化趋势, 结果表明: 磁种好氧颗粒污泥 M BR的膜通量下降速度低于普通 絮状活性污泥 MBR 的, 这是磁种好氧颗粒污泥和反应器的流态共同作用的结果。
第 26卷 第 19期 2010年 10月
论述与研究
中 国 给 水排 水
CH INA W ATER & WA STEWAT ER
V o.l 26 No. 19 O ct. 2010
MBR中磁种好氧颗粒污泥的培养及对膜污染的影响
刘爱萍 1, 陈中颖 1, 李开明1, 郭 森2
( 1. 环境保护部 华南环境科学研究所, 广东 广州 510655; 2. 环境保护部 环境评估 中心, 北京 100012)
K ey w ords: M BR; m agnetic seed; aerob ic g ranular sludge; m em brane fou ling
好氧颗粒污泥具有极佳的沉降性能, 并可以保 持较高的 活性生 物量, 所以 该技 术越 来越受 到重 视 [ 1~ 3] 。但是目前研究较多 的是在 SBR 反应器中 培养好氧颗粒污泥 [ 4、5] , 而在 MBR 中培养颗粒污泥 的报道甚少。大量研究表明, 膜污染是影响 MBR在 实际应用中的瓶颈, 而造成膜污染的一个重要原因 是活性污泥在膜表面的沉积 [ 6、7] 。
基金项目: 广东 省 科技 计 划项 目 ( 2007B030103015 ); 中央 级 公 益性 科 研院 所 基 本科 研 业务 费 专 项资 金 资 助 项目 ( 206030201)
1
第 26卷 第 19期
中国给水排水
www. wa tergasheat. com
of m em brane f lux in MBR filled w ith aerob ic g ranular sludge w ith m agnetic seed is less than tha t inM BR filled w ith conven tiona l activated sludge, this results from the comb ined action o f aerob ic granular sludge w ith m agne tic seed and the f low state o f the reactor.
M gSO4 (mg
F eSO4 (mg
7H2 O / L- 1 )
7H2 O / L- 1 )
9. 6 0. 133 5
NH4 C l/( mg L- 1 ) 26. 4 酵母膏 / ( mg L- 1 ) 32
M nSO4 H2O /( mg L- 1 ) 0. 2 H3 BO3 / ( g L- 1 ) 0. 15
g L- 1 ) L-1 )
1. 5 7. 2
( g L- 1 ) N a2M O7 O24 2H2O /
( g L- 1 )
0. 12 0. 06
接种污泥取自某城市污水处理厂二沉池的回流
污泥, M LVSS /M LSS 值为 0. 896, SV I为 239 mL / g, 在接种之前先对活性污泥进行曝气并接种营养盐, 以提高其活性。 1 3 分析项目与方法
表 1 模拟废水的组分
T ab. 1 Composition o f synthetic domestic w astew ater
组分
浓度
组分
浓度
葡萄糖 / (m g L- 1 ) 144 N aHCO 3 / (m g L- 1 ) 9. 6 KH2 PO4 /( m g L- 1 ) 5. 6
Abstract: A erob ic granu lar sludge w ith m agnet ic seed w as cultivated in MBR to treat artificia lly synthetic w astew ater, and its effect on m em brane fouling w as investigated. T he results ind icate that dur ing the process of cult ivat ing aerob ic granu lar sludge w ith m agnetic seed by flocculen t activated sludge, a t the beg inn ing, a considerable am ount of f ilam entous bacteria is propagated, then the filam entous bacteria aggregate into very sm a ll granu les, at las,t the m atured granu lar sludge is g radually form ed w ith smooth surface and approx im ate ly spherica l or sphero idal shape. T he size o fm atured aerob ic granu lar sludge w ith m agnetic seed is 0. 47 to 4. 1 mm, and the average va lue is 1. 7 mm. The SV I value is less than 70 mL / g, w hich is far less than that of conventional activated sludge ( 100 to 150 mL / g ). T he settling ve loc ity is increased w ith the increase of granu le size, w ith a range o f 30 to 91 m /h, wh ich is far m ore than tha t o f conventional activated sludge ( 8 to 10 m / h). The variation trend o fm em brane fluxes inMBR s filled w ith flocculent activated sludge and aerobic granular sludge w ith m agnet ic seed ind icates that the decline rate
第 26卷 第 19期
开始加速生长 ), 进水 COD 为 350~ 550 mg /L, 水力 停留时间为 20 h, COD 负荷平均为 0. 6 kg / ( m3 d) 。期间进水 pH 值在 7. 5以上, 出水 pH 呈下降趋 势, 对 COD的去除率 < 50% 。为了保证反应器出水 的 pH > 6. 5, 开始在进水中投加少量的 N aHCO 3 以 便将进水的 pH 值提高 到 8. 5 以上。混合 液呈黑 色, 主要是纳米磁粉的颜色。通过镜检发现有大量 的丝状菌出现。
L IU A i ping1, CH EN Zhong y ing1, L I Ka im ing1, GUO Sen2
( 1. South China Institute of Environm ental Sciences, MEP, Guangzhou 510655, China; 2. Appraisal C en ter f or Environm enta l E ng ineering, MEP, B eijing 100012, China)
图 1 反应器示意 F ig. 1 Schem atic d iag ram o f exper im enta l appa ra tus
反应器的运行程序: 当处于低液位时启动进水 泵, 当达到高液位时进水 泵停止工作, 并启动曝气 泵、出水泵, 当水面降到低液位时, 曝气泵和出水泵
停止工作, 进水泵开始工作, 如此反复。膜组件采用 出水 8 m in、停抽 2 m in的运行模式。在好氧颗粒污 泥培养阶段每天手动停机, 通过取样口排水。 1 2 试验用水及活性污泥
2 结果与讨论
2 1 磁种好氧颗粒污泥的培养 采用减少 HRT 与提高进水 COD 浓度相结合的
启动方式, 磁种的添加量为 2 g /L。好氧颗粒污泥的 培养过程可分为 3个阶段。
第 1阶段 ( 1~ 8 d) 为启动期 ( 从接种至微生物
2
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刘爱萍, 等: M BR 中磁种好氧颗粒污泥的培养及对膜污染的影响
第 2阶段 ( 9~ 32 d)为颗粒形成期 (以微生物浓 度达到恒定为 标志 ) , 通过逐渐提高进水有机物的 浓度 ( COD 为 500~ 800 m g /L ) 使平均 COD 负荷达 到 1. 5 kg / ( m3 d) , 同时降低水力停 留时间为 16 h。反应器出水的 pH 值逐渐降至 5. 8, 而且还持续 几天出现大量乳白色的泡沫。经分析, 认为是进水 负荷过高所致, 于是降低进水的 COD 浓度且运行 2 d后再慢慢提高负荷, 白色泡沫马上消失。同时为 了消除酸化现象, 从第 20天起按照 N aH CO 3 与 COD 的比例为 1投加 N aH CO3, 到第 28天反应器出水 pH 值已升至 6. 9, 出水 COD为 280~ 490 m g /L, 去除率 达到 51% ~ 72% 。在该阶段开始出现表面存在较 多丝状体的小颗粒污泥 ( 0. 3~ 0. 5 mm ), 运行至第 27天时, 混合液的 黑色变 淡, 出现了 粒径为 1 ~ 3 mm 的好氧颗粒污泥; 此后颗粒污泥的尺寸逐步增 大, 混合液的颜色继续变淡, 通过细菌和 EPS粘合 成长为结构紧密、尺寸为 1~ 5 mm 的成熟颗粒污泥。
笔者将好氧颗粒污泥技术与膜技术相结合, 在 M BR中接种絮状活性污泥, 并投加磁种, 考察磁种 好氧颗粒污泥的形成及其理化性质。同时, 通过磁 种好氧颗粒污 泥 MBR 与 絮状污泥 M BR 的运行对 比, 考察了缓解膜污染的效果, 以期为好氧颗粒污泥 在 MBR中的应用提供依据。
1 材料与方法
1 1 试验装置 试验装置见图 1, 由隔板将其分为两部分, 即膜
区和导流区。隔板上留有两条槽, 使得两区相通并 能控制反应器的流态。在导流区设置了导流筒。反 应器容积为 44 L, 其中导流区为 17 L, 膜区为 27 L。 聚丙烯膜片的面积为 0. 2 m2 /片, 膜通量为 100 L / ( m2 d), 膜孔径为 0. 1 m。反应器内共设置了 3 片膜。
关键词: 膜生物反应器; 磁种; 好氧颗粒污泥; 膜污染 中图分类号: X703 文献标识码: A 文章编号: 1000- 4602( 2010) 19- 0001- 05
Cultivation of Aerobic Granular Sludge w ithM agnetic Seed and Its E ffect on M embrane F ouling in M BR
日常分析 项目 包括进 水、混 合液 和膜 出水 的
COD、氨氮浓度以及 MBR 中的 M LSS, 均采用标准方 法测定 [ 8] 。污泥 的湿密度: 取 100 mL 污泥 置于带 刻度的离心管中, 在 500 r/m in下离心 10 m in, 弃去 上清液后测定污泥质量和体积, 求出湿密度; 颗粒污 泥的粒径: 筛分法 [ 9 ] ; 污泥的沉降速度: 随机取 50 ~ 100粒颗粒污泥, 测量粒径后逐一放入盛满清水的 1 L 量筒中, 测定其沉到筒底的时间, 计算不同粒径范 围的颗粒污泥的沉速。
ZnSO4 7H 2O / ( g L- 1 )
0. 12
CoCl2 6H2O /( g L- 1 ) 0. 15 K I /( g L - 1 )
0. 03
CuSO4 5H2O / ( g L- 1 ) 0. 03 M nC l2 H2 O /
F eC l3 6H2O /( C aC l2 /( m g
摘 要: 以人工合成模拟废水为处理对象, 在膜生物反应器 ( MBR )中培养磁种好氧颗粒污 泥, 并考察了其对膜污染的影响。结果表明, 由絮状活性污泥培养磁种好氧颗粒污泥, 开始污泥中 大量繁殖丝状菌, 然后丝状菌缠绕成细小的颗粒, 最后慢慢形成颗粒污泥, 其外表光滑, 近似呈圆球 形或椭球状。培养成熟的磁种好氧颗粒污泥的粒径为 0. 47 ~ 4. 1 mm, 平均 为 1. 7 mm; SV I< 70 mL / g, 远低于普通活性污泥的 ( 100 ~ 150 mL / g) ; 沉降速度随粒径的增加而增大, 范围为 30 ~ 91 m /h, 而普通活性污泥的只有 8~ 10 m / h。同时, 比较了絮状污泥 M BR和磁种好氧颗粒污泥 M BR 在运行过程中膜通量的变化趋势, 结果表明: 磁种好氧颗粒污泥 M BR的膜通量下降速度低于普通 絮状活性污泥 MBR 的, 这是磁种好氧颗粒污泥和反应器的流态共同作用的结果。
第 26卷 第 19期 2010年 10月
论述与研究
中 国 给 水排 水
CH INA W ATER & WA STEWAT ER
V o.l 26 No. 19 O ct. 2010
MBR中磁种好氧颗粒污泥的培养及对膜污染的影响
刘爱萍 1, 陈中颖 1, 李开明1, 郭 森2
( 1. 环境保护部 华南环境科学研究所, 广东 广州 510655; 2. 环境保护部 环境评估 中心, 北京 100012)
K ey w ords: M BR; m agnetic seed; aerob ic g ranular sludge; m em brane fou ling
好氧颗粒污泥具有极佳的沉降性能, 并可以保 持较高的 活性生 物量, 所以 该技 术越 来越受 到重 视 [ 1~ 3] 。但是目前研究较多 的是在 SBR 反应器中 培养好氧颗粒污泥 [ 4、5] , 而在 MBR 中培养颗粒污泥 的报道甚少。大量研究表明, 膜污染是影响 MBR在 实际应用中的瓶颈, 而造成膜污染的一个重要原因 是活性污泥在膜表面的沉积 [ 6、7] 。
基金项目: 广东 省 科技 计 划项 目 ( 2007B030103015 ); 中央 级 公 益性 科 研院 所 基 本科 研 业务 费 专 项资 金 资 助 项目 ( 206030201)
1
第 26卷 第 19期
中国给水排水
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of m em brane f lux in MBR filled w ith aerob ic g ranular sludge w ith m agnetic seed is less than tha t inM BR filled w ith conven tiona l activated sludge, this results from the comb ined action o f aerob ic granular sludge w ith m agne tic seed and the f low state o f the reactor.
M gSO4 (mg
F eSO4 (mg
7H2 O / L- 1 )
7H2 O / L- 1 )
9. 6 0. 133 5
NH4 C l/( mg L- 1 ) 26. 4 酵母膏 / ( mg L- 1 ) 32
M nSO4 H2O /( mg L- 1 ) 0. 2 H3 BO3 / ( g L- 1 ) 0. 15
g L- 1 ) L-1 )
1. 5 7. 2
( g L- 1 ) N a2M O7 O24 2H2O /
( g L- 1 )
0. 12 0. 06
接种污泥取自某城市污水处理厂二沉池的回流
污泥, M LVSS /M LSS 值为 0. 896, SV I为 239 mL / g, 在接种之前先对活性污泥进行曝气并接种营养盐, 以提高其活性。 1 3 分析项目与方法