藻菌比對低碳氮生活污水處理效能的影響

馬興冠,寧惠婕,劉金金,簡文浩

(沈陽建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110168 )

目前我國污水處理廠進水的碳氮比普遍比較低，導(dǎo)致現(xiàn)有污泥系統(tǒng)對氮磷的去除效果差，污水處理廠通常采用投加碳源的方法來提高污水的處理效果，增加了購買碳源藥品的成本。因此，低碳氮比污水處理氮磷的難題成為近些年的研究熱點[1-4].小球藻作為光合自養(yǎng)型生物,具有良好的脫氮除磷的效果，作為綠色能源具有很好的應(yīng)用價值[5-13]。樊杰等[14]利用由水生藻類和活性污泥組成的藻菌共生體系來處理生活污水。研究發(fā)現(xiàn)不同藻菌比對生活污水中氮、磷的去除率具有很大的影響，對COD的去除率沒有顯著影響。合適的藻菌比有利于改善藻菌共生體系的去除效果[15-17]。劉樂然[18]在柱狀光生物反應(yīng)器中構(gòu)建的藻菌共生系統(tǒng)處理二級出水的最佳運行條件為藻泥比例為5∶1。筆者探究藻菌共生培養(yǎng)體系中最佳的藻菌接種初始質(zhì)量比，達到對低碳氮比污水較好的去除效果。

1 試 驗

1.1 試驗用水與接種污泥

試驗進水模擬低碳氮比生活污水水質(zhì)條件，將乙酸鈉作為碳源，NH4Cl為氮源，K2HPO4為磷源，按照微生物的生長需求，添加微量元素0.1 mg/L。試驗用水主要水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗用水主要水質(zhì)指標(biāo)

反應(yīng)器在初次啟動時所接種的好氧活性污泥來自遼寧省撫順市三寶屯污水處理廠，連續(xù)運行一個月，完成好氧活性污泥的馴化的過程，污泥容積指數(shù)SVI為120，好氧活性污泥活性良好。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 水質(zhì)檢測方法

水質(zhì)指標(biāo)根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》操作方式進行檢測。測定項目及分析方法如表2所示。

表2 測定項目及分析方法

1.2.2 生物質(zhì)干重的測定

干重法:將稱量瓶與濾紙于烘箱中105 ℃烘干2 h，稱量質(zhì)量為m0，取10 mL小球藻與100 mL活性污泥通過真空泵于濾紙表層抽干后放于烘箱中105 ℃烘干2 h，稱得質(zhì)量為m1。生物量干重為

V=(m1-m0)/v.

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨立．

(1)

式中：V為生物量干重，g/L;m0為稱量瓶和濾紙烘干至恒重的質(zhì)量，g;m1為取樣后樣品和稱量瓶和濾紙烘干至恒重的質(zhì)量，g;v為取樣的體積，L。

1.3 試驗過程

試驗裝置采用6個1 L三角燒瓶，小球藻購于國家藻種中心，于BG11培養(yǎng)基中進行光照富集培養(yǎng)。6個反應(yīng)器內(nèi)接種的初始生物質(zhì)量濃度為0.45 g/L，小球藻與活性污泥的接種質(zhì)量比為6∶1，3∶1，1∶1，1∶3，1∶6，0∶1于恒溫光照培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，溫度為26 ℃，光暗比為12∶12，pH為6.5到7，反應(yīng)后取上清液化驗COD、氨氮、總磷指標(biāo)，確定小球藻與活性污泥構(gòu)成的處理效果最好的藻菌比。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 各反應(yīng)器變化及去除效果

圖1 各個反應(yīng)器的去除效果

從氨氮的變化規(guī)律來看，單獨的活性污泥體系對氨氮的處理效果不是很明顯，添加小球藻構(gòu)成的藻菌共生體系對氨氮的去除效果明顯優(yōu)于純污泥反應(yīng)器。因為小球藻通過光合作用產(chǎn)生氧氣供給好氧微生物進行呼吸作用，同時微生物產(chǎn)生的CO2可以為微藻吸收,達到互利共生的狀態(tài)。活性污泥中硝化細菌通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，同時小球藻吸收利用氨氮合成生物質(zhì)，達到了對氨氮很好的去除效果。

2.2 各反應(yīng)器COD變化及去除效果

各個反應(yīng)器對COD的去除效果如圖2所示。反應(yīng)第2天藻菌共生體系對COD都有較大的去除效果，減少到48～60 mg/L，都達到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級B排放標(biāo)準(zhǔn)60 mg/L。m(藻)∶m(泥)=1∶6時對COD的去除率最高達到了70%。反應(yīng)第3天，藻泥質(zhì)量比為6∶1，3∶1，1∶1，1∶3，1∶6的反應(yīng)器對COD的去除率分別達到了75%，76.3%，72%，79%，81%，均優(yōu)于純活性污泥反應(yīng)器53%的去除率。

圖2 各個反應(yīng)器COD的去除效果

從COD的去除規(guī)律來看，微藻比越高，COD的去除率相對越低，可見在藻菌共生體系中合適的藻菌比例很重要，過高的藻菌比例會導(dǎo)致處理效果變差。由于活性污泥是微生物菌群所構(gòu)成，對污水中有機物的降解作用主要是異養(yǎng)細菌進行分解代謝的作用。

2.3 各反應(yīng)器總磷變化及去除效果

各個反應(yīng)器對TP的去除效果如圖3所示。不同藻菌比例的藻菌共生體系反應(yīng)開始對TP的去除效果趨于一致，對TP有較快的去除速率，但最后呈現(xiàn)出不同的去除效果，并且均優(yōu)于純活性污泥反應(yīng)器30%的去除率。隨著小球藻含量比例的增加，對TP的去除率有所提高，反應(yīng)第2天，m(藻)∶m(泥)=6∶1與m(藻)∶m(泥)=3∶1中對總磷的去除效果都已經(jīng)達到1 mg/L以下。反應(yīng)第3天時，對總磷的去除率達到了83.2%，90.5%.m(藻)∶m(泥)=1∶3與m(藻)∶m(泥)=1∶6的反應(yīng)器對總磷的去除效果不是很好，始終沒有達到出水標(biāo)準(zhǔn)。分析原因是小球藻作為光合自養(yǎng)生物需要充分的光合的作用，隨著活性污泥濃度的增大，會對小球藻的光合作用產(chǎn)生影響，以及小球藻的比例不高，導(dǎo)致對總磷的去除效果不是很好。試驗最后藻泥質(zhì)量比為6∶1，3∶1，1∶1，1∶3，1∶6的反應(yīng)器對總磷的去除率分別達到83.2%，90.5%，75%，59%，51.5%。

圖3 各個反應(yīng)器TP的去除效果

從總磷的變化規(guī)律來看，細菌被認為是可以提高微藻對磷的去除效果的[19-20]。常規(guī)的活性污泥法除磷是通過厭氧釋磷和好氧吸磷兩個過程來完成，通過將富磷的剩余污泥排放達到對總磷的去除效果。在藻菌共生體系中小球藻對磷有高同化作用，通過生物量吸收磷合成小球藻自身生物質(zhì)，提高了小球藻的能源利用價值，對污水中的磷在短時間有很好的去除效果。

3 結(jié) 論

(1)藻菌共生體系對污水處理效果明顯優(yōu)于純活性污泥反應(yīng)器，并且藻菌共生體系中存在最佳的接種比例。當(dāng)小球藻與活性污泥接種質(zhì)量比為 3∶1時，對低碳氮比污水去除效果最好，對氨氮，總磷，COD分別達到了89.76%，90.5%，76.3%。在水力停留時間為2d時，對氨氮，總磷，COD的去除效果已經(jīng)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

(2)小球藻與活性污泥的共培養(yǎng)體系中，活性污泥對于氨氮的降解起到了主要作用，同時小球藻對氮磷有高同化作用，吸收氮磷營養(yǎng)元素合成自身生物質(zhì)，對氨氮，總磷有很好的去除效果。細菌的存在會促進小球藻對氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。不同藻菌比共生體系對COD的去除效果沒有顯著區(qū)別。