颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响 王维红董星辽肖飞包文婷 Influence of the proportion of granular sludge and flocculent sludge on the degradation efficiency of tomato paste wastewater WANG Wei-hong.DONG Xing-liao,XIAO Fei,BAO Wen-Ting 引用本文： 王维红，董星辽，肖飞，包文婷.颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响).工程科学学报，2020,42(10)： 1381-1387.doi:10.13374issn2095-9389.2020.03.12.003 WANG Wei-hong.DONG Xing-liao,XIAO Fei,BAO Wen-Ting.Influence of the proportion of granular sludge and flocculent sludge on the degradation efficiency of tomato paste wastewater[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(10):1381-1387.doi: 10.13374j.issn2095-9389.2020.03.12.003 在线阅读View online::htps/ldoi.org/10.13374/.issn2095-9389.2020.03.12.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 混合颗粒体光弹力链定量提取方法 A quantitative extraction method of force chains for composite particles in a photoelastic experiment 工程科学学报.2018.403：302htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.03.006 利用超重力分离铝熔体中的夹杂颗粒 Separation of inclusion particles from aluminum melt by super gravity 工程科学学报.2018,40(2：177htps:ldoi.org10.13374.issn2095-9389.2018.02.007 基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测 Grading characterization and yield stress prediction based on paste stability coefficient 工程科学学报.2018,40(10：1168htps:1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2018.10.003 膏体浓密机扭矩计算模型及其影响因素 Mathematical model and factors of paste thickener rake torque 工程科学学报.2018,40(6：673 https:1doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.06.004 泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理 Effects and mechanism of pumping agent on rheological properties of highly muddy paste 工程科学学报.2018.40(8：918htps:doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.08.004 中国膏体技术发展现状与趋势 Status and prospects of paste technology in China 工程科学学报.2018,40(5)：517 https:doi.org10.13374.issn2095-9389.2018.05.001

颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响 王维红 董星辽 肖飞 包文婷 Influence of the proportion of granular sludge and flocculent sludge on the degradation efficiency of tomato paste wastewater WANG Wei-hong, DONG Xing-liao, XIAO Fei, BAO Wen-Ting 引用本文: 王维红, 董星辽, 肖飞, 包文婷. 颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响[J]. 工程科学学报, 2020, 42(10): 1381-1387. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.12.003 WANG Wei-hong, DONG Xing-liao, XIAO Fei, BAO Wen-Ting. Influence of the proportion of granular sludge and flocculent sludge on the degradation efficiency of tomato paste wastewater[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(10): 1381-1387. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.12.003 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.12.003 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 混合颗粒体光弹力链定量提取方法 A quantitative extraction method of force chains for composite particles in a photoelastic experiment 工程科学学报. 2018, 40(3): 302 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.03.006 利用超重力分离铝熔体中的夹杂颗粒 Separation of inclusion particles from aluminum melt by super gravity 工程科学学报. 2018, 40(2): 177 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.02.007 基于膏体稳定系数的级配表征及屈服应力预测 Grading characterization and yield stress prediction based on paste stability coefficient 工程科学学报. 2018, 40(10): 1168 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.10.003 膏体浓密机扭矩计算模型及其影响因素 Mathematical model and factors of paste thickener rake torque 工程科学学报. 2018, 40(6): 673 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.06.004 泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理 Effects and mechanism of pumping agent on rheological properties of highly muddy paste 工程科学学报. 2018, 40(8): 918 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.08.004 中国膏体技术发展现状与趋势 Status and prospects of paste technology in China 工程科学学报. 2018, 40(5): 517 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.001

工程科学学报.第42卷，第10期：1381-1387.2020年10月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.10:1381-1387,October 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.12.003;http://cje.ustb.edu.cn 颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响 王维红山四，董星辽，肖飞)，包文婷) 1)新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐8300522)洛阳有色金属加工设计研究院.洛阳471039 ☒通信作者，E-mail:2209319288@qq.com 摘要以番茄酱加工废水为培养基质，以SB反应器的运行模式探讨颗粒化过程中的颗粒污泥粒径变化及对COD、N、 P的去除能力：并分析颗粒污泥和絮体污泥以不同比例共存时的污泥特性、出水水质、有机污染物降解能力和混合污泥系统 的污泥最佳比例.颗粒污泥的优势粒径范围在0.45~3mm之间，对COD、NH一N和PO一P的去除率分别达到98%以上、 90%以上和90%以上.颗粒污泥质量比占总污泥50%时，对COD的去除率最高，达到98%以上，对NH时一N的去除率为 78.72%,出水P0子一P质量浓度在1.0mgL左右，去除率可以达到70.68%，其脱氮除磷效果较好.颗粒污泥质量分数 <75%时，对COD的去除率达到98%以上，对出水NH-N和PO}一P去除率均达到90%以上.SV10值低于35mLg, SVI/SVI0接近1.MLVSS/MLSS为0.90.活性高，污泥沉降性能好，微生物生长旺盛，有望通过排出老化颗粒，控制颗粒污泥 质量分数≥75%，保持絮体污泥和颗粒污泥的合适比例为10%~25%.同时.实验粒径范围控制在0.45~3.00mm,采用双向排 泥方式，将粒径大于3.0mm的颗粒和多余的絮体污泥一起排除反应池.其有机物去除性能优异，可实现颗粒污泥的长期稳定 运行，解决颗粒污泥解体问题， 关键词番茄酱加工废水：好氧颗粒污泥：絮体污泥：混合污泥：降解效能 分类号X703.0 Influence of the proportion of granular sludge and flocculent sludge on the degradation efficiency of tomato paste wastewater WANG Wei-hong,DONG Xing-liao,XIAO Fei,BAO Wen-Ting 1)College of Hydraulic and Civil Engineering.Xinjiang Agriculture University,Urumqi 830052,China 2)Luoyang Engineering and Research Institute for Nonferrous Metals Processing,Luoyang 471039,China Corresponding author,E-mail:2209319288@qq.com ABSTRACT The removal process of waste water sludge formed in tomato sauce processing plants was analyzed and explored.The operation mode of sequencing batch reactors(SBR)was used to explore the changes in particle sizes and the removal capacity of COD, N and P in the process of granulation;the sludge characteristics,water quality,organic pollutant degradation capacity and the optimal proportion of sludge in the mixed sludge system were analyzed when the particle sludge and flocculent sludge coexisted in different proportions.The majority of particle sizes of granular sludge are in the range of 0.45-3 mm,and the removal rates of COD,NH-N and POPare over98%,90%and 90%respectively.When the quality ratio of granular sludge accounts for 50%of the total sludge,the removal rate of COD is the highest,which is more than98%,the removal rate of NH-N is 78.72%,and the concentration of POP in the effluent is about 1.0 mgL-,the removal rate of can reach 70.68%.The removal of nitrogen and phosphorus is also good.When the quality proportion of granular sludge is more than 75%,the removal rate of COD is higher than 98%,and the removal rate of NH-N and POP is higher than 90%.SVI3o value is lower than 35 mL g,SVIs/SVI3 is close to 1,MLVSS/MLSS is 0.90,with 收稿日期：2020-03-12 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51968071)

颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响 王维红1) 苣，董星辽2)，肖    飞1)，包文婷1) 1) 新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052    2) 洛阳有色金属加工设计研究院，洛阳 471039 苣通信作者，E-mail：2209319288@qq.com NH+ 4 PO3− 4 NH+ 4 PO3− 4 NH+ 4 PO3− 4 摘    要    以番茄酱加工废水为培养基质，以 SBR 反应器的运行模式探讨颗粒化过程中的颗粒污泥粒径变化及对 COD、N、 P 的去除能力；并分析颗粒污泥和絮体污泥以不同比例共存时的污泥特性、出水水质、有机污染物降解能力和混合污泥系统 的污泥最佳比例. 颗粒污泥的优势粒径范围在 0.45～3 mm 之间，对 COD、 —N 和 —P 的去除率分别达到 98% 以上、 90% 以上和 90% 以上. 颗粒污泥质量比占总污泥 50% 时，对 COD 的去除率最高，达到 98% 以上，对 —N 的去除率为 78.72%，出水 —P 质量浓度在 1.0 mg·L−1 左右，去除率可以达到 70.68%，其脱氮除磷效果较好. 颗粒污泥质量分数 <75% 时 ，对 COD 的去除率达到 98% 以上，对出水 —N 和 —P 去除率均达到 90% 以上. SVI30 值低于 35 mL·g−1 ， SVI5 /SVI30 接近 1，MLVSS/MLSS 为 0.90，活性高，污泥沉降性能好，微生物生长旺盛，有望通过排出老化颗粒，控制颗粒污泥 质量分数≥75%，保持絮体污泥和颗粒污泥的合适比例为 10%～25%，同时，实验粒径范围控制在 0.45～3.00 mm，采用双向排 泥方式，将粒径大于 3.0 mm 的颗粒和多余的絮体污泥一起排除反应池，其有机物去除性能优异，可实现颗粒污泥的长期稳定 运行，解决颗粒污泥解体问题. 关键词    番茄酱加工废水；好氧颗粒污泥；絮体污泥；混合污泥；降解效能 分类号    X703.0 Influence of the proportion of granular sludge and flocculent sludge on the degradation efficiency of tomato paste wastewater WANG Wei-hong1) 苣 ，DONG Xing-liao2) ，XIAO Fei1) ，BAO Wen-Ting1) 1) College of Hydraulic and Civil Engineering. Xinjiang Agriculture University, Urumqi 830052, China 2) Luoyang Engineering and Research Institute for Nonferrous Metals Processing, Luoyang 471039, China 苣 Corresponding author, E-mail: 2209319288@qq.com NH+ 4 PO3− 4 NH+ 4 PO3− 4 NH+ 4 PO3− 4 ABSTRACT    The removal process of waste water sludge formed in tomato sauce processing plants was analyzed and explored. The operation mode of sequencing batch reactors (SBR) was used to explore the changes in particle sizes and the removal capacity of COD, N and P in the process of granulation; the sludge characteristics, water quality, organic pollutant degradation capacity and the optimal proportion of sludge in the mixed sludge system were analyzed when the particle sludge and flocculent sludge coexisted in different proportions. The majority of particle sizes of granular sludge are in the range of 0.45‒3 mm, and the removal rates of COD, —N and —P are over 98%, 90% and 90% respectively. When the quality ratio of granular sludge accounts for 50% of the total sludge, the removal rate of COD is the highest, which is more than 98%, the removal rate of —N is 78.72%, and the concentration of —P in the effluent is about 1.0 mg·L−1, the removal rate of can reach 70.68%. The removal of nitrogen and phosphorus is also good. When the  quality  proportion  of  granular  sludge  is  more  than  75%,  the  removal  rate  of  COD  is  higher  than  98%,  and  the  removal  rate  of —N and —P is higher than 90%. SVI30 value is lower than 35 mL·g−1, SVI5 /SVI30 is close to 1, MLVSS/MLSS is 0.90, with 收稿日期: 2020−03−12 基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51968071） 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期：1381−1387，2020 年 10 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 10: 1381−1387, October 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.12.003; http://cje.ustb.edu.cn

·1382 工程科学学报，第42卷，第10期 high activity,good sludge settling performance,and vigorous growth of microorganisms.Therefore,SBR is expected to discharge aged particles,control the quality proportion of granular sludge >75%,and maintain the required proportion of flocculent sludge and granular sludge of 10%-25%.At the same time,the particle size range is controlled at 0.45-3.00 mm.Two way sludge discharge is used to remove particles larger than 3.0 mm together with excess flocculent sludge.The reactor has excellent organic matter removal performance.It can realize the long-term stable operation,effectively remove the granular sludge,and solve the problem of granular sludge disintegration. KEY WORDS tomato paste processing wastewater;aerobic granular sludge:flocculent sludge;mixed sludge:degradation efficiency 好氧颗粒污泥(Aerobic granular sludge,AGS) 1试验材料及方法 作为普通活性污泥中微生物自凝聚的一种特殊形 1.1试验装置、接种污泥及试验方法 式，具有沉降性能好，抗冲击负荷能力和去污能力 强等优点山.目前，对AGS的研究主要集中在2个 以人工模拟番茄酱加工废水为培养基质，在SBR 方面：一是颗粒污泥的物理、化学和生物特性，二 反应器中运行周期包括进水、曝气、沉降和出水 是影响制粒时间及稳定特性的工艺参数和环境条 4个阶段，共240mim山.前期试验接种污泥来自番 件近些年，有很多学者开始研究颗粒污泥微生 茄酱厂二沉池絮体污泥，平均粒径小于20um,在 物的演替作用，并取得了一定的进展，但在实际 SBR反应器中培养好氧颗粒污泥的试验持续进行 的好氧颗粒污泥处理系统中絮体污泥的存在不容 了180d,直至系统解体2沉降时间由初始的30min 忽视，颗粒污泥系统实际上是一个“双泥”混合系 逐渐调整至5min,相应地逐渐增加曝气时间 统可，在运行过程的延续中，颗粒化过程的实质是 后续试验的接种污泥为絮体污泥和颗粒污 系统产生的絮体污泥不断向颗粒污泥转化，从而 泥，均来自SBR反应器)试验分为A、B、C三组 使颗粒污泥的粒径不断变大的过程两种污泥的 进行，每组又分三批作为对照试验，每批的三组试 质量分数处于动态变化中，且影响着系统的除污 验结果的平均值作为本试验结果.试验采用1000mL 效能冈研究絮体污泥与颗粒污泥的最佳质量分 的锥形瓶作为反应器模型（实验组数较多，便于操 数，可以为系统的运行控制提供参考 作)，执行SBR工艺的序批运行模式，进水l0min、 在颗粒污泥形成过程中，宏观上絮体污泥始 曝气213min、沉降15min和出水2min,此为一个 终存在并影响颗粒化过程的进行，由于颗粒污泥 周期，共240min.溶解氧(D0)由曝气泵输入的空 和絮体污泥传质、扩散和微生物数量的不同，两者 气提供，维持在约8mgL.pH值在7.3~7.8之 存在利用营养物质的竞争关系).大多数研究者在 间.温度在15~22℃之间.颗粒污泥的来源：先用 培养颗粒污泥时，都没有将颗粒污泥培养到彻底 清水冲洗SBR反应器培养的沉淀污泥，排出上清 解体，但颗粒污泥解体依然是技术应用存在的致 液保留沉淀污泥，再用0.45mm至3mm孔径的标 命问题.随着颗粒污泥泥龄和粒径增加到一定程 准筛筛分出足够的颗粒污泥.取0.45mm孔径的 度，大颗粒污泥由于受到营养物质传质受限而率 标准筛筛分出絮体污泥，按照试验设计的比例进 先解体，导致系统的水质恶化四因此，运行中有 行混合.试验按照絮体污泥和颗粒污泥的不同体 必要将大颗粒的颗粒污泥在解体前排出系统，保 积占比进行.颗粒污泥粒径为0.45~3mm之间. 持一定量的絮体污泥作为形成颗粒污泥的“后 粒径小于0.45mm的为絮体污泥.污泥总体积占 援”，若絮体污泥和颗粒污泥能够达到一个动态平 反应器有效体积的30%不变，絮体污泥与颗粒污 衡，老化的颗粒污泥排出反应池，新生的污泥重新 泥湿体积占比如表1所示 颗粒化，如此循环更替，那么有望实现颗粒污泥的 1.2试验进水 长期稳定运行且不存在颗粒污泥解体问题本 污水处理对象为番茄酱加工废水，进水水质 研究以番茄酱加工废水为培养基质，以SBR 为人工模拟番茄酱加工废水，以番茄鲜果为原材 (Sequencing batch reactor)反应器的运行模式探讨颗 料榨汁提供碳源，COD浓度为1000~1300mgL, 粒化过程中的颗粒污泥粒径变化和对化学需氧量 N、P元素由NH,CI和Na2HPO4提供，质量浓度分 (COD)、N、P的去除能力的影响；并分析颗粒污 别为50mgL和10mgL.pH值采用无水碳酸 泥和絮体污泥以不同比例共存时对番茄酱加工废 钠(Na2CO3)调节，PH值在7.3~7.8之间.常量元 水的降解能力和混合污泥系统的污泥最佳比例 素和微量元素成分和浓度参照表2

high activity, good sludge settling performance, and vigorous growth of microorganisms. Therefore, SBR is expected to discharge aged particles, control the quality proportion of granular sludge ≥75%, and maintain the required proportion of flocculent sludge and granular sludge of 10%–25%. At the same time, the particle size range is controlled at 0.45 –3.00 mm. Two way sludge discharge is used to remove  particles  larger  than  3.0  mm  together  with  excess  flocculent  sludge.  The  reactor  has  excellent  organic  matter  removal performance. It can realize the long-term stable operation, effectively remove the granular sludge, and solve the problem of granular sludge disintegration. KEY WORDS    tomato paste processing wastewater；aerobic granular sludge；flocculent sludge；mixed sludge；degradation efficiency 好氧颗粒污泥（Aerobic granular sludge, AGS） 作为普通活性污泥中微生物自凝聚的一种特殊形 式，具有沉降性能好，抗冲击负荷能力和去污能力 强等优点[1] . 目前，对 AGS 的研究主要集中在 2 个 方面：一是颗粒污泥的物理、化学和生物特性，二 是影响制粒时间及稳定特性的工艺参数和环境条 件[2] . 近些年，有很多学者开始研究颗粒污泥微生 物的演替作用，并取得了一定的进展[3−4] ，但在实际 的好氧颗粒污泥处理系统中絮体污泥的存在不容 忽视，颗粒污泥系统实际上是一个“双泥”混合系 统[5] ，在运行过程的延续中，颗粒化过程的实质是 系统产生的絮体污泥不断向颗粒污泥转化，从而 使颗粒污泥的粒径不断变大的过程[6] . 两种污泥的 质量分数处于动态变化中，且影响着系统的除污 效能[7] . 研究絮体污泥与颗粒污泥的最佳质量分 数，可以为系统的运行控制提供参考. 在颗粒污泥形成过程中，宏观上絮体污泥始 终存在并影响颗粒化过程的进行，由于颗粒污泥 和絮体污泥传质、扩散和微生物数量的不同，两者 存在利用营养物质的竞争关系[8] . 大多数研究者在 培养颗粒污泥时，都没有将颗粒污泥培养到彻底 解体，但颗粒污泥解体依然是技术应用存在的致 命问题. 随着颗粒污泥泥龄和粒径增加到一定程 度，大颗粒污泥由于受到营养物质传质受限而率 先解体，导致系统的水质恶化[9] . 因此，运行中有 必要将大颗粒的颗粒污泥在解体前排出系统，保 持一定量的絮体污泥作为形成颗粒污泥的“后 援”，若絮体污泥和颗粒污泥能够达到一个动态平 衡，老化的颗粒污泥排出反应池，新生的污泥重新 颗粒化，如此循环更替，那么有望实现颗粒污泥的 长期稳定运行且不存在颗粒污泥解体问题[10] . 本 研 究 以 番 茄 酱 加 工 废 水 为 培 养 基 质 ， 以 SBR （Sequencing batch reactor）反应器的运行模式探讨颗 粒化过程中的颗粒污泥粒径变化和对化学需氧量 （COD）、N、P 的去除能力的影响；并分析颗粒污 泥和絮体污泥以不同比例共存时对番茄酱加工废 水的降解能力和混合污泥系统的污泥最佳比例. 1    试验材料及方法 1.1    试验装置、接种污泥及试验方法 以人工模拟番茄酱加工废水为培养基质，在 SBR 反应器中运行周期包括进水、曝气、沉降和出水 4 个阶段，共 240 min[11] . 前期试验接种污泥来自番 茄酱厂二沉池絮体污泥，平均粒径小于 20 μm，在 SBR 反应器中培养好氧颗粒污泥的试验持续进行 了 180 d，直至系统解体[12] . 沉降时间由初始的 30 min 逐渐调整至 5 min，相应地逐渐增加曝气时间. 后续试验的接种污泥为絮体污泥和颗粒污 泥，均来自 SBR 反应器[13] . 试验分为 A、B、C 三组 进行，每组又分三批作为对照试验，每批的三组试 验结果的平均值作为本试验结果. 试验采用 1000 mL 的锥形瓶作为反应器模型（实验组数较多，便于操 作），执行 SBR 工艺的序批运行模式，进水 10 min、 曝气 213 min、沉降 15 min 和出水 2 min，此为一个 周期，共 240 min. 溶解氧（DO）由曝气泵输入的空 气提供，维持在约 8 mg·L−1 . pH 值在 7.3～7.8 之 间，温度在 15～22 ℃ 之间. 颗粒污泥的来源：先用 清水冲洗 SBR 反应器培养的沉淀污泥，排出上清 液保留沉淀污泥，再用 0.45 mm 至 3 mm 孔径的标 准筛筛分出足够的颗粒污泥. 取 0.45 mm 孔径的 标准筛筛分出絮体污泥，按照试验设计的比例进 行混合. 试验按照絮体污泥和颗粒污泥的不同体 积占比进行. 颗粒污泥粒径为 0.45～3 mm 之间， 粒径小于 0.45 mm 的为絮体污泥. 污泥总体积占 反应器有效体积的 30% 不变，絮体污泥与颗粒污 泥湿体积占比如表 1 所示. 1.2    试验进水 污水处理对象为番茄酱加工废水，进水水质 为人工模拟番茄酱加工废水. 以番茄鲜果为原材 料榨汁提供碳源，COD 浓度为 1000～1300 mg·L−1 ， N、P 元素由 NH4Cl 和 Na2HPO4 提供，质量浓度分 别为 50 mg·L−1 和 10 mg·L−1 . pH 值采用无水碳酸 钠（Na2CO3）调节，PH 值在 7.3～7.8 之间. 常量元 素和微量元素成分和浓度参照表 2 [14] . · 1382 · 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期

王维红等：颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响 1383 表1试验污泥分组 径大小不同，且粒径范围也有较大差异 Table 1 Test sludge grouping 本研究颗粒化过程运行期内的粒径分布如图1 Group Mass fraction of Mass fraction of Total mass fraction 所示.研究表明：运行40d后，粒径为0.5~1mm number flocculent sludge granular sludge of sludge 左右的颗粒污泥质量分数超过55%.第60至150 75 25 100 B 50 50 100 天运行期间，颗粒大小主要集中在0.5~3mm粒径 33 3 范围内，颗粒污泥质量分数近85%，其余为絮体污 C 100 泥，0.5~3mm粒径最终成为优势粒径范围 表2人工合成番茄酱加工废水的组分 100 Partical size/mm Table 2 Components of wastewater from tomato sauce 90 80 processing mgL- 04 Element Chemical composition c45 Component concentration 60 (NHa)Mo7O24H2O 0.05 4 A2(S04318H20 0.25 H:BOa 0.05 20 10 CuCl 0.05 Trace elements NiCI-6H2O 406080100120150180 0.05 Time/d CoCl6H2O 0.05 图1颗粒粒径分布 MnSOH2O 0.05 Fig.1 Particle size distribution of granule ZnSO7H2O 0.11 2.2颗粒污泥系统对有机物的降解 CaCh 20 2.2.1AGS系统对COD的降解 Constant element FeCl:6H2O 0.83 如图2所示，试验采用逐渐提高有机负荷的培养 MgSO7H2O 50 方式，有利于增强系统的抗冲击性，缩短颗粒污泥 1.3主要检测仪器设备 形成时间.试验的第I阶段，进水COD为400mgL 本试验中用到的主要设备仪器为：超纯水机 时，出水COD不稳定，最大值为138mgL.在 (FJY2002-UVF),超声波清洗器(KQ5200DE),电 Ⅱ阶段，反应器进水COD质量浓度800mgL,平 子天平(Quintix224-1),紫外分光光度计(DR6000), 均去除率达到95.53%.尤其在Ⅲ-V阶段COD由 磁力搅拌器(JB-2A),溶解氧仪(JPB-607A)等 1300mgL增加到1700mgL,COD的去除率 1.4分析项目及测定方法 提高到977%，表明经过一段时间的适应，污泥对 1.4.1基础检测项目 COD的降解能力和抗冲击能力显著提高.150d 本试验的基础检测项目有进、出水COD、氨 后，继续将COD增加到2000mgL,去除效率开 氮(NH一N)、磷酸盐(PO一P)、DO,以及混合 始下降.此后，即使COD降低到1400mgL,去除 液悬浮固体浓度(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体 效率也没有提高，平均去除率保持在90.18%左右 浓度(MLVSS)、污泥容积指数(SVI)等污泥指标. 分析原因有：这一阶段随着粒径大于3mm的污泥 1.4.2检测方法 颗粒数量的增加，颗粒面临老化，活性及理化性能 为监测AGS系统的出水水质及处理效率，采 有所降低，与进水COD浓度增高不相匹配，导致 用国家环保总局规定的标准检测方法检测指 对COD的去除没有明显提高反而下降，所以将大 标.其中COD、NH一N、PO}一P的检测方法分 于3mm的颗粒污泥排出系统. 别为重铬酸盐法，氨氨纳氏试剂分光光度法和磷 2.2.2AGS系统对NH一N的降解 酸盐离子色谱法 如图3所示，进水NH一N质量浓度范围为 48.5~66.2mgL;NH一N去除率介于66.76%~ 2结果及讨论 99.62%,平均去除率为91.87%.在运行第40至 2.1颗粒污泥优势粒径分布 150天期间，对NH一N的去除效果显著提高.与 前人对不同废水的颗粒化过程的研究已经表 Liu等)研究的处理实际废水NH一N去除率达 明，处理不同基质的废水所产生的颗粒污泥的粒 98%的结果相似.这表明在处理番茄加工废水期

1.3    主要检测仪器设备 本试验中用到的主要设备仪器为：超纯水机 （FJY2002–UVF），超声波清洗器（KQ5200DE），电 子天平（Quintix224–1），紫外分光光度计（DR6000）， 磁力搅拌器（JB–2A），溶解氧仪（JPB–607A）等. 1.4    分析项目及测定方法 1.4.1    基础检测项目 NH+ 4 PO3− 4 本试验的基础检测项目有进、出水 COD、氨 氮（ —N）、磷酸盐（ —P）、DO，以及混合 液悬浮固体浓度（MLSS）、混合液挥发性悬浮固体 浓度（MLVSS）、污泥容积指数（SVI）等污泥指标. 1.4.2    检测方法 NH+ 4 PO3− 4 为监测 AGS 系统的出水水质及处理效率，采 用国家环保总局规定的标准检测方法[15] 检测指 标. 其中 COD、 —N、 —P 的检测方法分 别为重铬酸盐法，氨氮纳氏试剂分光光度法和磷 酸盐离子色谱法. 2    结果及讨论 2.1    颗粒污泥优势粒径分布 前人对不同废水的颗粒化过程的研究已经表 明，处理不同基质的废水所产生的颗粒污泥的粒 径大小不同，且粒径范围也有较大差异[16] . 本研究颗粒化过程运行期内的粒径分布如图 1 所示. 研究表明：运行 40 d 后，粒径为 0.5～1 mm 左右的颗粒污泥质量分数超过 55%. 第 60 至 150 天运行期间，颗粒大小主要集中在 0.5～3 mm 粒径 范围内，颗粒污泥质量分数近 85%，其余为絮体污 泥，0.5～3 mm 粒径最终成为优势粒径范围. 2.2    颗粒污泥系统对有机物的降解 2.2.1    AGS 系统对 COD 的降解 如图 2 所示，试验采用逐渐提高有机负荷的培养 方式，有利于增强系统的抗冲击性，缩短颗粒污泥 形成时间. 试验的第Ⅰ阶段，进水 COD 为 400 mg· L−1 时，出水 COD 不稳定，最大值为 138 mg· L−1 . 在 Ⅱ阶段，反应器进水 COD 质量浓度 800 mg· L−1，平 均去除率达到 95.53%. 尤其在Ⅲ-Ⅳ阶段 COD 由 1300 mg· L−1 增加到 1700 mg· L−1 ，COD 的去除率 提高到 97.7%，表明经过一段时间的适应，污泥对 COD 的降解能力和抗冲击能力显著提高. 150 d 后，继续将 COD 增加到 2000 mg· L−1，去除效率开 始下降. 此后，即使 COD 降低到 1400 mg·L−1，去除 效率也没有提高，平均去除率保持在 90.18% 左右. 分析原因有：这一阶段随着粒径大于 3 mm 的污泥 颗粒数量的增加，颗粒面临老化，活性及理化性能 有所降低，与进水 COD 浓度增高不相匹配，导致 对 COD 的去除没有明显提高反而下降，所以将大 于 3 mm 的颗粒污泥排出系统. NH+ 4 2.2.2    AGS 系统对 —N 的降解 NH+ 4 NH+ 4 NH+ 4 NH+ 4 如图 3 所示 ，进水 —N 质量浓度范围为 48.5～66.2 mg·L−1 ； —N 去除率介于 66.76%～ 99.62%，平均去除率 为 91.87%. 在运行 第 40 至 150 天期间，对 —N 的去除效果显著提高. 与 Liu 等[17] 研究的处理实际废水 —N 去除率达 98% 的结果相似. 这表明在处理番茄加工废水期 表 1    试验污泥分组 Table 1    Test sludge grouping % Group number Mass fraction of flocculent sludge Mass fraction of granular sludge Total mass fraction of sludge A 75 25 100 B 50 50 100 C 25 75 100 表 2    人工合成番茄酱加工废水的组分 Table 2    Components of wastewater from tomato sauce processing mg·L−1 Element Chemical composition Component concentration Trace elements (NH4 )6Mo7O24·4H2O 0.05 Al2 (SO4 )3 ·18H2O 0.25 H3BO4 0.05 CuCl2 0.05 NiCl·6H2O 0.05 CoCl2 ·6H2O 0.05 MnSO4 ·H2O 0.05 ZnSO4 ·7H2O 0.11 Constant element CaCl2 20 FeCl3 ·6H2O 0.83 MgSO4 ·7H2O 50 40 60 80 100 120 150 180 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Mass fraction/ % Time/d ＞2 1.6~2 1~1.6 0.45~1 ＜0.45 Partical size/mm 图 1    颗粒粒径分布 Fig.1    Particle size distribution of granule 王维红等： 颗粒污泥与絮体污泥占比对番茄酱废水降解效能的影响 · 1383 ·

1384 工程科学学报，第42卷，第10期 100 2.3不同颗粒污泥质量分数下的混合污泥性能和 2000 有机物去除能力 90 1500 2.3.1不同颗粒污泥质量分数下的混合污泥性能 /03 各组污泥的评价指标SVI5、SVI30、MLSS、 1000 80 MLVSS等如图5所示.A、B、C三组不同污泥配 -Influent -◆-Efflent 比试验的SVL5和SVI30值分别为：A组64.05mLg、 Remo 50.87mLg;B组40.11mLg、36.39mLg;C组 60 35.88mLg、33.19mLg 50 100 150 200 Time/d 由图5可知，随着颗粒污泥量的增加，其 图2AGS系统对COD的去除效果 SVL5、SVI3o变化呈下降趋势，SVI0值在50.87~ Fig.2 Removal effect of AGS system on COD 33.19mLg之间.但结合图中MLVSS/MLSS可 以看出，SVI30值在35mLg左右，系统微生物仍 100 100 然处于快速增殖期由此可见，颗粒污泥在低 80 80 SVI值情况下依然保持着高的污泥活性.传统的 活性污泥SV130值一般保持在70~100mLg,在 60 60 同一污泥浓度下，当污泥混合物中含有较多无机 40 -。-Influent Efflent 40 物时，活性较差，SVI值小于50mLg20图中A、 20 Remove efficiency B、C三组不同污泥配比试验的SVI1/SVI0分别 20 为：1.26、1.10、1.08.各组污泥的沉淀性都要优于 0 50 100 150 200 普通的活性污泥，颗粒污泥占比越大，沉淀性能越 Time/d 好，但B组和C组沉降性已经十分接近 图3AGS系统对NH一N的去除效果 图中A、B、C三组不同污泥配比试验的MLSS Fig.3 Removal effect of AGS system on NH+-N 和MLVSS值，分别为A组：5.31gL、4.69gL;B组： 间，用双向排泥方式将颗粒污泥控制在优势粒径 6.73gL、6.05gL;C组：11.15gL、10.01gL 随着颗粒污泥量的增加，MLSS和MLVSS值的 范围内，AGS系统能够有效地降解NH一N 变化呈增长趋势，且B组相对于A组的MLSS和 2.2.3AGS系统对PO一P的降解 MLVSS涨幅分别为27%和29%：而C组相对于 如图4所示，进水PO}一P的质量浓度大约在 B组的MLSS和MLVSS涨幅均高达66%，说明随 10mgL左右，反应器内PO}一P的去除率基本 着系统污泥浓度的增长，污泥活性同步、快速增 高于90%，平均去除率为86.98%.运行前15d,P0一 加，微生物生长旺盛.A、B、C三组不同污泥配比 P处理效果差，平均去除率为331%.随着颗粒化 的MLVSS/MLSS值分别为0.883、0.90、0.90.B组 进程加快，聚磷菌富集，PO}一P的去除率逐渐提 和C组的MLVSS/MLSS值趋于一致(0.90)，均高 高.这与冯殿宝等8研究的结论一致 于A组.当系统所处理水质相同时，MLVSS/MLSS 25 的值越高，则说明污泥活性越高 100 2.3.2不同颗粒污泥质量分数下的混合污泥对有 20 80 机物去除 15 60 出水水质是衡量一个系统运行是否可行的重 要指标.本研究各试验组之间的水质处理情况如 10 40 图6. --Influent -一Efflent (1)对COD的去除 Remove efficiency 20 图6给出了颗粒污泥在25%、50%、75%不同 0 0 0 50 100 150 20 质量分数情况下对COD的去除能力.在反应30min Time/d 时对C0D的去除率均可达到90%以上，240min 图4AGS系统对PO-一P的去除效果 周期结束后，A、B、C三组出水COD分别为16.06， Fig.4 Removal effect of aerobic granular sludge system on PO-P 8.44和14.45mgL,去除率为98.63%，99.31%和

NH+ 4 间，用双向排泥方式将颗粒污泥控制在优势粒径 范围内，AGS 系统能够有效地降解 —N. PO3− 4 2.2.3    AGS 系统对 —P 的降解 PO3− 4 PO3− 4 PO3− 4 PO3− 4 如图 4 所示，进水 —P 的质量浓度大约在 10 mg·L−1 左右，反应器内 —P 的去除率基本 高于90%，平均去除率为86.98%. 运行前15 d， — P 处理效果差，平均去除率为 33.1%. 随着颗粒化 进程加快，聚磷菌富集， —P 的去除率逐渐提 高. 这与冯殿宝等[18] 研究的结论一致. 2.3    不同颗粒污泥质量分数下的混合污泥性能和 有机物去除能力 2.3.1    不同颗粒污泥质量分数下的混合污泥性能 各 组 污 泥 的 评 价 指 标 SVI5、 SVI30、 MLSS、 MLVSS 等如图 5 所示. A、B、C 三组不同污泥配 比试验的 SVI5 和 SVI30 值分别为：A 组 64.05 mL·g−1、 50.87 mL·g−1 ；B 组 40.11 mL·g−1、36.39 mL·g−1 ；C 组 35.88 mL·g−1、33.19 mL·g−1 . 由 图 5 可 知 ， 随 着 颗 粒 污 泥 量 的 增 加 ， 其 SVI5、 SVI30 变化呈下降趋势 ， SVI30 值在 50.87～ 33.19 mL·g−1 之间. 但结合图中 MLVSS/MLSS 可 以看出，SVI30 值在 35 mL·g−1 左右，系统微生物仍 然处于快速增殖期[19] . 由此可见，颗粒污泥在低 SVI 值情况下依然保持着高的污泥活性. 传统的 活性污泥 SVI30 值一般保持在 70～100 mL·g−1，在 同一污泥浓度下，当污泥混合物中含有较多无机 物时，活性较差，SVI 值小于 50 mL·g−1[20] . 图中 A、 B、 C 三组不同污泥配比试验的 SVI5 /SVI30 分别 为 ：1.26、1.10、1.08，各组污泥的沉淀性都要优于 普通的活性污泥，颗粒污泥占比越大，沉淀性能越 好，但 B 组和 C 组沉降性已经十分接近. 图中 A、B、C 三组不同污泥配比试验的 MLSS 和MLVSS 值，分别为A 组：5.31 g·L−1、4.69 g·L−1 ；B 组： 6.73 g·L−1、6.05 g·L−1 ；C 组：11.15 g·L−1、10.01 g·L−1 . 随着颗粒污泥量的增加 ， MLSS 和 MLVSS 值的 变化呈增长趋势，且 B 组相对于 A 组的 MLSS 和 MLVSS 涨幅分别 为 27% 和 29%； 而 C 组相对 于 B 组的 MLSS 和 MLVSS 涨幅均高达 66%，说明随 着系统污泥浓度的增长，污泥活性同步、快速增 加，微生物生长旺盛. A、B、C 三组不同污泥配比 的 MLVSS/MLSS 值分别为 0.883、0.90、0.90. B 组 和 C 组的 MLVSS/MLSS 值趋于一致（0.90），均高 于 A 组. 当系统所处理水质相同时，MLVSS/MLSS 的值越高，则说明污泥活性越高. 2.3.2    不同颗粒污泥质量分数下的混合污泥对有 机物去除 出水水质是衡量一个系统运行是否可行的重 要指标. 本研究各试验组之间的水质处理情况如 图 6. （1）对 COD 的去除. 图 6 给出了颗粒污泥在 25%、50%、75% 不同 质量分数情况下对 COD的去除能力. 在反应 30 min 时对 COD 的去除率均可达到 90% 以上， 240 min 周期结束后，A、B、C 三组出水 COD 分别为 16.06， 8.44 和 14.45 mg·L−1，去除率为 98.63%， 99.31% 和 0 50 100 150 200 0 500 1000 1500 2000 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Influent Efflent Remove efficiency Time/d COD/(mg·L−1 ) 60 70 80 90 100 Remove efficiency/ % 图 2    AGS 系统对 COD 的去除效果 Fig.2    Removal effect of AGS system on COD NH+―N 4 /(mg·L−1 ) 0 50 100 150 200 0 20 40 60 80 100 Influent Efflent Remove efficiency Time/d 0 20 40 60 80 100 Remove efficiency/ % NH+ 图 4  3    AGS 系统对 —N 的去除效果 NH+ 4 Fig.3    Removal effect of AGS system on —N PO3− 4 ―P/(mg·L−1 ) 0 50 100 150 200 0 5 10 15 20 25 Influent Efflent Remove efficiency Time/d 0 20 40 60 80 100 Remove efficiency/ % PO3− 图 4  4    AGS 系统对 —P 的去除效果 PO3− 4 Fig.4    Removal effect of aerobic granular sludge system on —P · 1384 · 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期