2.中国市政工程华北设计研究总院 天津 300074
摘要：为了探究溶解氧（DO）对高负荷活性污泥系统（HRAS）有机物去除特性的影响，以城市污水为处理对象，设置4组曝气量，分别考察HRAS反应器在溶解氧浓度为0.5、1.0、1.5、2.0 mg/L左右时对有机污染物的分离效果。结果表明，在DO为1.0 mg/L左右的低氧条件下，HRAS系统取得较好的有机物去除效果，COD去除率可达55% 以上。
关键词：高负荷活性污泥工艺；溶解氧；污染物
Abstract：In order to investigate the effect of dissolved oxygen (DO) on the removal of organic pollutants of high-load activated sludge system (HRAS), four groups of aeration were set up to treat municipal wastewater. The separation effects of HRAS reactor on organic pollutants was investigated when DO concentration was about 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 mg/L. The results show that HRAS system achieves better removal efficiency of organic matter and COD can reach more than 55% under low oxygen condition with DO of about 1.0 mg/L.
Key words：High load activated sludge process；Dissolved oxygen；Pollutants
1.介绍
高负荷活性污泥系统是一种基于传统活性污泥工艺发展而成的不完全氧化工艺，该工艺有机负荷高、曝气程度低、在能耗、能源利用率等方面均优于常规活性污泥，常辅助化学絮凝等方法作为污水一级处理的有效手段[1-3]。但由于工艺结构特点，其反应器内种群结构、生物活性以及生物处理过程均受溶解氧直接影响。因此，探究溶解氧对高负荷活性污泥系统污染物处理效果的影响具有较大理论及实际意义。本试验通过设置多组不同的曝气量，分析DO浓度对高负荷活性污泥系统有机物处理效果的影响。
2.材料和方法
2.1 试验装置与运行方式
高负荷活性污泥系统试验反应器容积70L，有效容积50L。采用空气压缩泵曝气增氧，以黏砂块作为微孔曝气器，空气压缩泵出口处设置转子流量计控制曝气量。3台蠕动泵分别用来控制进水量、排泥量及回流污泥量。
试验装置系统污泥龄为1.5d，水力停留时间50 min，温度为25℃左右，pH值为7.5~8.0，机械搅拌器转速为38r/min。设置4组曝气量，分别考察HRAS反应器在溶解氧浓度为0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、左右时对目标污染物的分离效果。
2.2 污水和活性污泥来源
试验以天津某污水处理厂一级出水为研究对象，主要水质参数如下，COD浓度为95~200 mg▪L-1，SCOD浓度为25~60 mg▪L-1，TP浓度为0.5~6.0 mg▪L-1，ss浓度为15~500 mg▪L-1。实验所用接种污泥取自污水处理厂的二沉池回流污泥，并经短期驯化培养。
图1 不同溶解氧对活性污泥去除COD、SCOD效果的影响
Fig.1 Effect of different dissolved oxygen on removal of COD and SCOD from Activated Sludge
3.结果与分析
COD和SCOD是活性污泥生物处理的主要污染物指标，也是评估有机污染物资源化回收效率的重要参数。因此，本研究定量分析了高负荷活性污泥反应器运行全过程中COD、SCOD的变化特征，以此反应不同曝气量对HRAS反应器去除COD效果的影响。由图1所示，伴随溶解氧含量的升高，COD去除率和SCOD去除率均变现出先增后减的整体趋势。活性污泥对有机物的去除是通过生物的吸附降解过程实现的[4]。随着系统DO升高，更多的氧自由基促进多种生化反应的高效进行，微生物自身代谢活性得到增强。由此可以解释，DO高于0.5mg/L低于1.5mg/L时COD去除率逐渐增加的现象。
当DO为2.0mg/L时，充足的溶解氧对微生物活性的影响逐渐减弱，由微生物代谢分泌的胞外聚合物（EPS）大量堆积，对有机物有效迁移造成阻碍[5-6]。同时由于体积增加，外层胞外聚合物吸附能力下降，在受到水力剪切力等因素的影响时易发生解吸，与所吸附的有机物一同脱离活性污泥，重新回到污水中，因此COD去除率下降[7]。
在将DO由1.0mg/L提升至1.5mg/L的过程中，COD去除率由50.85%增至52.05%，SCOD去除率由40.26%下降到36.66%，说明DO升高，有机污染物整体去除率进一步提高，活性污泥吸附降解的有机物量增加，但同时微生物释放的代谢废物也相应增加，导致外界环境中溶解性有机物累积，SCOD去除率下降。
4.结论
（1）溶解氧是高负荷活性污泥系统去除污染物过程的关键因素。当DO﹤1.0mg/L时，系统对有机污染物的去除作用受到抑制；当1.0mg/L﹤DO﹤1.5mg/L时，有机污染物去除率显著升高；当1.5mg/L﹤DO时，有机污染物去除率明显下降。
（2）综合考虑，高负荷活性污泥反应器最佳溶解氧范围为1.0mg/L至1.5mg/L，该工况下可维持相当较高的有机物去除效果，提高资源回收率并一定程度上降低曝气耗能。
（3）高负荷活性污泥反应器内微生物对溶解氧含量变化反应敏感，DO发生变化时，系统生物处理效果短时间内存在明显变化。
参考文献
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[4]活性污泥对污水中有机物的吸附降解特性实验研究[D]. 山东建筑大学, 2017.
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[7]Liu Y , Tay J H . The essential role of hydrodynamic shear force in the formation of biofilm and granular sludge[J]. Water Research, 2002, 36(7):1653-1665.
作者简介
姜登岭(1975—)，男，工学硕士，教授，研究方向：水处理理论与技术。
论文作者:姜登岭1,陈嘉亮1,陶润先2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/6
标签：污泥论文; 活性论文; 溶解氧论文; 有机物论文; 污染物论文; 反应器论文; 高负荷论文; 《基层建设》2019年第22期论文;