硅藻土强化闲置污泥再启动处理大蒜废水试验研究_黄殿男.pdf

第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT硅藻土强化闲置污泥再启动处理大蒜废水试验研究硅藻土强化闲置污泥再启动处理大蒜废水试验研究黄殿男1，李杰1*，由昆1，周伟伟2，刘振鹏1（1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168；2.山东省城市建设职业学院市政工程与设备工程系，山东 济南 250000）摘摘 要要:针对普通活性污泥启动无法处理COD质量浓度近万mg/L的大蒜废水，利用硅藻土强化闲置污泥再启动，提高SBR反应器处理能力。对比分析了普通活性污泥启动和硅藻土强化闲置污泥再启动两种启动方式下，大蒜废水中COD、氨氮、总磷的变化情况。硅藻土强化闲置污泥再启动同普通活性污泥启动相比，启动时间缩短了 15 d，COD、氨氮、总磷的去除率分别提高了40.5%、15.6%、24.6%；硅藻土投加量为1.5 g/L时，出水COD、氨氮、总磷分别满足 国家污水综合排放标准（GB89781996）三级排放、一级排放和二级排放标准。硅藻土强化闲置污泥再启动，更能有效处理大蒜废水，污染物去除效果好，出水清澈。关键词关键词:硅藻土;闲置污泥;大蒜废水;脱氮除磷;COD开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X703.1 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:10003770(2023)02-0128-004我国作为农业大国，大蒜产量居于世界第一 1，大蒜及大蒜加工品的出口量已经连续十多年居于世界首位 2，大蒜制品加工生产中会产生大量废水 3-6。大蒜废水中含有高浓度的COD、氨氮、总磷等污染物，伴有浓烈的刺激性气味 7-8。目前国内对大蒜加工废水的处理还处于初级研究阶段，常见的处理方法主要包括活性污泥法、微电解法、物理法、酶处理法以及膜处理法等。其中，活性污泥法因其具有效率高，成本低、处理量大以及无二次污染等特点成为了目前比较主流的污水处理方法。主要工艺有ABR-好氧工艺 9，CABR+SBR组合工艺 10 及ABR+续批式活性污泥法组合工艺 11 对处理大蒜废水进行研究等，但处理的大蒜废水COD一般小于8 000 mg/L，而实际工程处理的大蒜废水COD一般处于近万mg/L，增加了污水处理的难度 12-13。ZHANG等 14 通过将硅藻土加入活性污泥系统中，同未投加硅藻土相比，COD去除率从73.3%提高至80%。徐行勋等 15 将硅藻土投加到生化池末端，同未投加硅藻土相比，COD去除率从75%提高至90%。针对普通活性污泥启动无法处理COD质量浓度近万mg/L的大蒜废水，笔者研究了硅藻土强化闲置污泥再启动对大蒜废水的处理效果，分析硅藻土投加量对SBR反应器的运行影响，提升SBR反应器处理大蒜废水的能力，为后续实际应用，提供一定参考依据。1 试验材料与方法试验材料与方法1.1试验用水试验用水本试验模拟大蒜加工废水，购买当地市场上新鲜大蒜，剥皮后用榨汁机榨汁，随后用自来水将榨好的大蒜汁稀释至所需浓度，模拟废水各水质中COD为 20010 000 mg/L，氨氮浓度为 1076 mg/L，总磷浓度为223 mg/L。1.2检测方法水质检测方法水质各项水质指标均采用国家标准的分析方法，常规水质指标检测方法：COD为快速密闭催化消解法；氨氮为纳氏试剂光度法；总磷为过硫酸钾消解法。1.3试验运行方式试验运行方式普通活性污泥启动是将城市污水处理厂曝气池内活性污泥接种在反应器中进行驯化培养，采用低负荷启动，初始进水负荷由200 mg/L左右，调节进水大蒜废水pH在6.87.3之间，以瞬间进水10 min、厌氧3 h、好氧8 h、沉淀45 min、排水5 min的运行模式每天DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.025收稿日期：2021-12-15基金项目：辽宁省教育厅项目（LJKZ0601）；国家重点研发计划项目（2018YFC1801203）作者简介：黄殿男（1983），女，博士（后），主要从事污水污泥处理处置研究；电子邮件：通讯作者：李杰，硕士研究生；电子邮件：运行两个周期，直至大蒜废水COD提升至近万mg/L连续培养了48 d。硅藻土强化闲置污泥再启动是反应器停止进水后，将普通活性污泥进行低温冷藏2个月后（闲置污泥）再次接种在反应器中进行驯化培养，初始进水负荷2 000 mg/L，随着负荷的提升，直至大蒜废水COD提升至近8 000 mg/L左右时，向反应器中投入0.5 g/L的硅藻土，同普通活性污泥启动运行模式相同，直至大蒜废水COD提升至近万mg/L，连续培养了33 d。2 结果与讨论结果与讨论2.1两种启动方式对污染物去除效果分析两种启动方式对污染物去除效果分析2.1.1COD去除效果分析去除效果分析从图1（a）可以看出，采用普通活性污泥低负荷启动，初始进水COD质量浓度为178.45 mg/L，随着负荷的提升，当进水COD质量浓度提升至7 747 mg/L时，COD的去除率保持在98.3%，出水COD质量浓度为108 mg/L；至48 d时，进水COD质量浓度提高至10 193 mg/L时，COD去除效果显著下降，COD去除率降至50.7%，出水COD质量浓度为5 025 mg/L。这是进水COD质量浓度的提升，导致系统内微生物大量死亡，污染物去除效果变差。普通活性污泥处理大蒜废水COD质量浓度最大阈值8 000 mg/L。从图1（b）可以看出，采用闲置污泥再启动处理大蒜废水，初始进水COD质量浓度为2 011 mg/L，随着COD质量浓度的提升，至21 d，进水COD质量浓度提升至8 040 mg/L。鉴于普通活性污泥启动处理大蒜废水，进水COD质量浓度超过8 000 mg/L后，系统会出现崩溃，污染物去除效果变差。故在提升废水负荷的同时，向SBR反应器投加0.5 g/L的硅藻土强化闲置污泥再启动，至33 d，进水COD质量浓度10 148 mg/L，系统仍可以正常运行，系统污染物去除率为91.2%，出水COD质量浓度为893 mg/L。这是因为向SBR反应器中投加硅藻土，一方面，且硅藻土颗粒中含有大量硅羟基，硅羟基在水溶液中会解离出H+，从而使硅藻土的表面带有较强的负电荷，对污染进行吸附，另一方面硅藻土可作为微生物载体，微生物可以在硅藻土表面栖息，开始繁殖生长，处理COD的能力提升。硅藻土强化闲置污泥再启动同普通活性污泥启动相比，初始进水负荷由200 mg/L提升至2 000 mg/L，加快SBR反应器的启动，启动时间缩短了15 d，COD的去除率由50.7%提升至91.2%，污泥由黑褐色变为黄褐色，污泥浓度由2.13 mg/L提升至3.02 mg/L，污泥容积指数由56 mL/g提升至84 mL/g，污泥絮体颗粒由小变大，沉降性由差变好，出水由混浊变清澈。2.1.2氨氮去除效果分析氨氮去除效果分析由如图2（a）可知，反应器连续运行48 d后，进水氨氮质量浓度提升至73.8 mg/L，氨氮的去除率降至73.9%，出水氨氮质量浓度为19.2 mg/L。对比图2（b）所示，在21 d后，反应器开始投入0.5 g/L硅藻土运行了12 d，在进水氨氮质量浓度为74.6 mg/L，去除率为89.5%，出水氨氮质量浓度为7.8 mg/L，硅藻土强化闲置污泥再启动明显优于普通活性污泥启动处理大蒜废水。这是因为微生物在硅藻土表面生长繁殖，硝化细菌和反硝化细菌数量的增多，并在硝化和亚硝化细菌的参与下完成硝化作用将NH3转化为NO2-和NO3-，随后在搅拌阶段经反硝化细（a）普通活性污泥启动图1COD去除效果分析Fig.1Analysis of COD removal effect128黄殿男等，硅藻土强化闲置污泥再启动处理大蒜废水试验研究运行两个周期，直至大蒜废水COD提升至近万mg/L连续培养了48 d。硅藻土强化闲置污泥再启动是反应器停止进水后，将普通活性污泥进行低温冷藏2个月后（闲置污泥）再次接种在反应器中进行驯化培养，初始进水负荷2 000 mg/L，随着负荷的提升，直至大蒜废水COD提升至近8 000 mg/L左右时，向反应器中投入0.5 g/L的硅藻土，同普通活性污泥启动运行模式相同，直至大蒜废水COD提升至近万mg/L，连续培养了33 d。2 结果与讨论结果与讨论2.1两种启动方式对污染物去除效果分析两种启动方式对污染物去除效果分析2.1.1COD去除效果分析去除效果分析从图1（a）可以看出，采用普通活性污泥低负荷启动，初始进水COD质量浓度为178.45 mg/L，随着负荷的提升，当进水COD质量浓度提升至7 747 mg/L时，COD的去除率保持在98.3%，出水COD质量浓度为108 mg/L；至48 d时，进水COD质量浓度提高至10 193 mg/L时，COD去除效果显著下降，COD去除率降至50.7%，出水COD质量浓度为5 025 mg/L。这是进水COD质量浓度的提升，导致系统内微生物大量死亡，污染物去除效果变差。普通活性污泥处理大蒜废水COD质量浓度最大阈值8 000 mg/L。从图1（b）可以看出，采用闲置污泥再启动处理大蒜废水，初始进水COD质量浓度为2 011 mg/L，随着COD质量浓度的提升，至21 d，进水COD质量浓度提升至8 040 mg/L。鉴于普通活性污泥启动处理大蒜废水，进水COD质量浓度超过8 000 mg/L后，系统会出现崩溃，污染物去除效果变差。故在提升废水负荷的同时，向SBR反应器投加0.5 g/L的硅藻土强化闲置污泥再启动，至33 d，进水COD质量浓度10 148 mg/L，系统仍可以正常运行，系统污染物去除率为91.2%，出水COD质量浓度为893 mg/L。这是因为向SBR反应器中投加硅藻土，一方面，且硅藻土颗粒中含有大量硅羟基，硅羟基在水溶液中会解离出H+，从而使硅藻土的表面带有较强的负电荷，对污染进行吸附，另一方面硅藻土可作为微生物载体，微生物可以在硅藻土表面栖息，开始繁殖生长，处理COD的能力提升。硅藻土强化闲置污泥再启动同普通活性污泥启动相比，初始进水负荷由200 mg/L提升至2 000 mg/L，加快SBR反应器的启动，启动时间缩短了15 d，COD的去除率由50.7%提升至91.2%，污泥由黑褐色变为黄褐色，污泥浓度由2.13 mg/L提升至3.02 mg/L，污泥容积指数由56 mL/g提升至84 mL/g，污泥絮体颗粒由小变大，沉降性由差变好，出水由混浊变清澈。2.1.2氨氮去除效果分析氨氮去除效果分析由如图2（a）可知，反应器连续运行48 d后，进水氨氮质量浓度提升至73.8 mg/L，氨氮的去除率降至73.9%，出水氨氮质量浓度为19.2 mg/L。对比图2（b）所示，在21 d后，反应器开始投入0.5 g/L硅藻土运行了12 d，在进水氨氮质量浓度为74.6 mg/L，去除率为89.5%，出水氨氮质量浓度为7.8 mg/L，硅藻土强化闲置污泥再启动明显优于普通活性污泥启动处理大蒜废水。这是因为微生物在硅藻土表面生长繁殖，硝化细菌和反硝化细菌数量的增多，并在硝化和亚硝化细菌的参与下完成硝化作用将NH3转化为NO2-和NO3-，随后在搅拌阶段经反硝化细（a）普通活性污泥启动（a）普通活性污泥启动（b）硅藻土强化闲置污泥再启动图1COD去除效果分析Fig.1Analysis of COD removal effect129第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术菌的参与下将NO2-和NO3-转化为N2最终排入大气中。2.1.3总磷去除效果分析总磷去除效果分析进水总磷质量浓度随着大蒜汁比例增加而增加，总磷质量浓度21 mg/L左右，反应器在连续运行48 d后，进水总磷质量浓度20.8 mg/L，去除率仅为64.2%，出水总磷质量浓度为7.4 mg/L，对比图3（b）所示，反应器在21 d后投入0.5 g/L硅藻土运行12 d后，进水总磷质量浓度