压力曝气条件下微生物活性及沉淀性能研究

陈立波，闫广平

(1.吉林化工学院 资源与环境工程学院，吉林 吉林 132022；2.吉林化工学院 教师发展中心，吉林 吉林 132022)

微生物降解废水中有机物的速度与微生物的活性有直接关系.微生物活性越高，其降解有机物的速度就越快.活性污泥微生物的沉淀效率与活性污泥形成絮状颗粒粒径大小和微生物组成有关.污水处理系统正常运行的前提条件是：形成活性较高、沉淀性能优良的活性污泥絮凝体.国外研究表明，反应器混合液DO对菌胶团的活性结构、颗粒尺寸有一定影响[1].本研究的目的在于探求不同曝气压力条件下，微生物菌群活性、及沉淀性能的变化，为优化压力曝气生物反应系统提供最佳的设计参数.

1 试验原理

目前表征活性污泥活性的指标有很多，包括比耗氧速率(SOUR)、脱氢酶活性(DHA)、电子传递体系(ETS)活性、比三磷酸腺苷(SATP)、污泥的沉降比(SV30)、污泥容积指数(SVI)、硝化速率、pH、过氧化氢酶活性等[2].本文采用脱氢酶活性表征活性污泥微生物活性，采用污泥沉降比(SV30)、污泥容积指数(SVI)表征活性污泥微生物沉淀性能，采用显微摄影反映微生物菌胶团的颗粒大小.

1.1 微生物活性测定原理

在废水生物氧化分解中，分子氧是生物氧化的最终受氢体，经氧化呼吸传递给最终受氢体(O2)的氢(H+/e)越多，说明脱氢酶的活性越高，微生物降解有机物的速度越快.可见，通过检测经氧化呼吸链传递氢的速率和强度，可判定脱氢酶活性水平的高低，即微生物降解有机物的活性.本试验采用2、3、5-氯化三苯基四氮唑(2、3、5-Triphenyl Tetrazolium chloride，即TTC)作为人造受氢体，以取天然受氢体(O2)，TTC在细胞呼吸过程中接受H+(H+/e)以后，还原产物三苯基四氮唑(Triphenyl Formazone即TF)呈现红色.TF经丙酮萃取后，在波长485 nm波长下用分光光度计测定溶液光密度，测定微生物在单位时间内还原TTC所产生TF的微克数，以此测定脱氢酶的活性[3,4].

1.2 菌胶团沉淀性能测定原理

以活性污泥静置沉淀30 min为基础的两项指标以表示其沉降-浓缩性能.

(1) 污泥沉降比(SV%)：又称30 min沉淀率.混合液在100 mL量筒内静置30 min后所形成沉淀污泥的容积占原混合液容积的百分率，以%表示.

(2) 污泥体积指数(污泥指数)(SVI)：曝气池出口处混合液经30 min静沉后，每克干污泥所形成的沉淀污泥所占的容积，以mL计.其计算式为；

SVI值能够反映出活性污泥的凝聚、沉淀性能，SVI值过低，说明泥粒细小，无机物含量高，缺乏活性；SVI过高，说明污泥沉降性能不好，并且已有产生膨胀现象的可能[5].

2 试验方案

2.1 试验装置

试验装置以压力曝气生物反应器为主体设备，连接外围设备及检测仪表，见图1[6].

图1 研究试验装

2.2 试验过程

2.2.1 压力对微生物活性影响试验过程

在反应器中加入COD约为1 000 mg/L的乙醛废水，保持反应器内MLSS约为3 000 mg/L，水温控制在20 ℃左右.改变曝气压力(0～0.25 MPa),待曝气压力恒定2 h后，读取反应器上部压力表读数和内混合液DO，同时提取反应器内混合液进行分析测试.

2.2.2 压力对微生物沉淀性能影响试验过程

与1.试验过程相同，在提取微生物活性测试试验样品的同时，提取沉淀性能测试样品，按照活性污泥SV30和污泥指数(SVI)的测定方法分别测定不同曝气压力和DO条件下，反应器中活性污泥微生物的沉淀性能指标.

3 试验结果与分析

3.1 微生物活性测定结果与分析

按照2.2试验步骤，分别测定不同曝气压力条件下，活性污泥微生物的吸光度，根据吸光度和TF浓度标准曲线，绘制TF浓度随曝气压力和混合液DO的变化曲线见图2.

DO浓度/mg/L图2 TF浓度随曝气压力、DO变化趋

图2显示：在曝气压力为0 MPa时(即常压曝气)，混合液中TF浓度约为20 μg/mL，在曝气压力为0.1、0.15、0.20 MPa时混合液中TF浓度分别为45、60、72 μg/mL.说明压力曝气可明显增大反应器混合液微生物的活性，曝气压力每增加0.1 MPa，微生物活性增大约1倍，降解有机物的速度也相应增大1倍.由此可见，压力曝气生物反应器在提高微生物活性及其降解有机物速度方面是非常有效的.

3.2 微生物菌胶团结构

对不同曝气压力下的微生物菌胶团结构进行显微摄影.图3、图4所示的是放大1 000倍的菌胶团显微照片(10倍目镜，100倍物镜).照片显示：曝气压力为0.20 MPa时，活性污泥微生物菌胶团结构较大，质地较紧密，相对比重较大，易于沉淀.

图3 P=0.10 MPa微生物菌胶团显微照片

图4 P=0.20 MPa微生物菌胶团显微照片

3.3 活性污泥微生物沉淀性能分析

分别提取不同曝气压力条件下反应器中活性污泥混合液，按照1.2的检验过程，测定混合液相应的SV30和脱气(搅拌0.5 h)后SVI指标，结果见图5、图6.

DO浓度/mg/L图5 活性污泥沉降性能(SV30)随曝气压力的变化趋势

DO浓度/mg/L图6 活性污泥沉降性能(脱气后SVI)随曝气压力的变化趋势

图5表明：在曝气压力为0.10～0.15 MPa时，污泥SV30值达到70～80%，主要是由于曝气压力的增加，溶解与水中的气体量增大，黏附在活性微生物菌胶团上，使污泥菌胶团比重变小，不易沉淀；曝气压力接近0.20 MPa时，由于溶解于水中的气体进一步增多，黏附在活性微生物菌胶团上的气泡使菌胶团比重小于水的比重，污泥发生上浮现象，上浮比随曝气压力的增大而减小.

图6所示,常压曝气条件下活性污泥SVI在120～150之间，曝气压力为0.25 MPa时，搅拌脱气后活性污泥SVI在75～110之间，由此可见，提高反应器曝气压力，活性污泥沉淀性能有所改善.

曝气压力低于0.1 MPa时，可以采用沉淀方式进行泥水分离；曝气压力大于0.1 MPa时，可采取脱气-沉淀工艺进行泥水分离.

4 结 论

通过上述分析，出以下结论：

(1) 曝气压力每增加0.1 MPa，微生物活性增大约1倍，压力曝气生物反应器在提高微生物活性及其降解有机物速度方面是非常有效.

(2) 曝气压力为0.20 MPa时活性污泥菌胶团结构较大，质地较紧密，相对比重较大，易于沉淀.

(3) 曝气压力为0.25 MPa时，脱气后活性污泥SVI在75～110之间，易于沉淀.

(4) 根据反应器曝气压力的大小，可以采取沉淀、脱气-沉淀等工艺进行泥水分离.