好氧颗粒污泥反应堆启动生物去除碳氮磷的优化运行条件外文翻译资料

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好氧颗粒污泥反应堆启动生物去除碳氮磷的优化运行条件

Samuel Lochmatter, Christof Holliger

洛桑理工学院（EPFL），建筑学院土木与环境工程学院，瑞士洛桑环境生物技术实验室

文章信息：

文章历史：收录:2013年11月11日收录，修订表格：2014年3月20，上传网络：2014年4月4日，在2014年4月18日可在网上搜到。

关键词：

好氧颗粒状生物膜，颗粒，营养素去除，操作条件，反应堆启动。

摘要

在启动AGS排序反应器（AGS-SBR）时，常规絮凝污泥转化为好氧颗粒污泥（AGS）生物去除碳，氮，磷（COD，N，P），仍然是一个主要挑战在启动AGS排序反应器（AGS-SBR）时。一方面是快速形成颗粒，另一方面，需要保持良好的生物营养物去除能力保持。到目前为止，已经分别研究了几个操作参数，但很难比较它们的影响。通过应用Plackett-Burman实验设计方法并行提出优化的启动方案，我们研究了七个操作参数。七个测试参数中有五个对启动持续时间有较大的影响。快速且具有良好营养去除性能AGS-SBR的启动的条件是（i）高的交替和曝气期间的低溶氧相，（ii）在反应堆运行的第一个星期避免过高的沉降和生物质冲洗，（iii）启动初期的污染物负荷，以确保所有可溶解的COD在曝气阶段开始之前被消耗，（iv）温度为20℃，（v）中性pH值。在这种条件下，生产颗粒污泥需要不到30天的时间就对COD，N和具有较高的去除性能。使用此优化的控制运行方案启动，再次产生AGS，周期间营养物质去除效果良好，系统的运行周期在50多天时达到稳定。

介绍

顺序批次中需氧颗粒污泥的形成反应堆（AGS-SBR）在20世纪90年代末首次被报道（Morgenroth等，1997; Beun等，1999; Dangcong等，1999）。 最初，大多数关于启动SBR的研究都专注于AGS影响造粒的参数处理。 选择快速选择的短暂的时间颗粒（Beun等人，1999; McSwain等人，2004a，b; Qin等2004），通气引起的高剪切应力（Liu和Tay，2002;Tay等，2004），厌氧培养有利于增殖缓慢生长的微生物，如聚磷酸盐积累（PAO）或糖原积累生物体（GAO）（de Kreuk和van Loosdrecht，2004）作为密集稳定形成的主要条件，颗粒状污泥在有利条件下转型。据报道，絮状颗粒状污泥实验室规模为2-3周反应堆配有合成废水（Li和Li，2009;Ebrahimi等人，2010），生活污水（de Kreuk和vanLoosdrecht，2006）和工业废水（Arrojo et al。，2004）。然而，在所有这些研究中只有碳的去除发生在早期阶段。据报道，更长的时间周期内，为实现高的N-和P-去除性能（de Kreuk et al。，2005;Xavier等，2007; Gonzalez-Gil和Holliger，2011）。在启动初期早期移除高的生物质冲洗一直是被认为是营养问题的主要原因（Pijuan et al。，2011; Weissbrodtet al。，2012）。因此，即使最初含有接种污泥用于实现N-和Premoval所需的微生物，在颗粒形成过程中过程中这种能力“丢失”。随后的N-和P-去除的恢复是漫长的，因为硝化物和PAO的生长缓慢。其研究了不同的方法来避免过量生物量洗出并维持营养物质的去除启动时容量Cassidy和Belia（2005），成功开始SBR治疗营养丰富具有较高初始VSS浓度的屠宰场废水9.5 gVSS L1和逐步减少的建立时间以避免过量的生物量冲洗。其他研究报告说通过添加改进颗粒形成中二价离子如Ca2 和Mg2 转化为废水（Jianget al。，2003; Li et al。，2009; Liu et al。，2010）或颗粒活化碳对接种污泥（Jin等，2008）。最近对两个屠宰场的研究（Pijuan et al。，2011）和国内废水（Coma等，2012），生物量损失可以通过加入粉碎的颗粒来减少启动絮状种子污泥，为了快速成就好营养物质去除效果，表现为生物强化已经提出了启动（Bartrolı等，2011）。本研究侧重于操作条件，用于将常规活性污泥转化为AGS。目的是确定主要参数以及迅速形成快速沉降颗粒，确定COD，N和P的去除能力较高的条件。根据对正面选择的影响进行选择PAO和硝化物，当时最有问题的细菌公会在冲洗条件下产生颗粒（Weissbrodt等等2012，2013a），为了有效的反硝化他们创造有利条件的潜力（Lochmatter等，2013），以及它们对颗粒形成和选择的影响。因此选择七个参数假设有影响启动AGS-SBRs，同时去除COD，N和P用实验室规模的反应器和合成废水进行了测试，设计具有多因素实验方法的调查，结果允许在一秒内定制最佳启动方案。

材料和方法

2.1反应堆设置

两个相同的气泡塔反应器的直径为本研究使用5.2厘米，工作体积2.4升，如Ebrahimi et al。 （2010）。废水退出点位于54厘米的高度，产生体积每个周期的交换率为50％。的组成之前已经描述了使用的合成介质（Lochmatter等，2013）。

SBR用隔膜气泵（KNFNeuberger，瑞士）创造恒定的气体上升流量3.6 L min1和多孔扩散器制作小气泡。对于更容易调节溶解氧（DO）浓度，如上所述，顶空气体被再循环Mosquera-Corral等（2005）。 DO被调整了添加空气或N2。对于具有减少的气流的实验运行，霍夫曼管夹安装在曝气管上。气体流量通过体积气体流量计（Brooks，美国）。

2.2分析方法

丙酸盐和无机阳离子的浓度阴离子如铵NH 4THORN;，硝酸盐NO3THORN;，亚硝酸盐NO2THORN;和正磷酸盐PO34THORN;由高测量高效液相色谱和离子色谱法，分别如前所述（Gonzalez-Gil和Holliger，2011）。总悬浮固体（TSS）和挥发性悬浮物固体（VSS）测量如下所述进行Lochmatter等（2013年）。对于污泥体积指数（SVI），使用沉降30分钟后计算的经典指数（Mohlman，1934），以便与初始絮状物进行比较污泥。

2.3实验设计

研究了七个运行参数的影响在本研究中：（A）污染负荷，（B）曝气方案，（C）加入烯丙基硫脲，（D）气流速度，（E）方案降低沉降时间，（F）pH和（G）温度。的根据Plackett-Burman设计配置学习基于Hadamard矩阵（Plackett和Burman，1946）。此设计允许使用a测试最大参数最小实验，主要用于多因素处理耗时生物实验的研究由于全因子设计是不可行的要进行太多的实验（Ahujaet al。，2004; Naveena et al。，2005; Weissbrodt等，2013b）。这种方法的主要缺点是交互参数之间无法检测。因此，它是一个筛选方法，目的是阐明哪些参数对一个过程有很大影响，没有。的然而，Plackett-Burman设计的巨大优势是参数同时测试，而不是逐个测试。因此，他们的影响可以直接比较。在这个研究中，需要进行8次实验，在这个研究中，需要进行8次实验，以测试其影响水研究59（2014）58 e7 0 59七个参数。由于Plackett-Burman是一个两级设计，已经为每个参数定义了两个级别，一个称为负（1）和一个正（thorn;1）（表1）。的Plackett-Burman的数学分辨率（见下文）设计表明哪个级别对此产生了积极的影响过程和影响不同参数有多重要是。影响较大的参数（负或积极的）被认为与该过程相关。

2.3.1参数和级别

1. 污染物负荷：具有次优污染物负载，基板（COD）仍然可以存在厌氧喂养阶段选择不合需要的有氧异养。对于（1）级，流入物废水中COD，N，和P在整个运行期间和饥饿的持续时间相保持不变。它被定义为“常数”污染负荷“对于水平（thorn;1），进水废水被稀释并进行厌氧混合阶段在非混合后加入N 2至3小时厌氧喂养期。废水浓度混合时间持续时间不断适应于厌氧C吸收能力生物量，以避免VFA的存在在曝气的时候。这个级别被称为“性能适应”污染负荷“。
2. 曝气方案：以前已经显示出曝气方案强烈地影响反硝化作用，（Lochmatter等2013）。对于（1）级，溶解氧浓度（DO）控制在a恒定值为60％饱和度，水平为称为“常数DO”。对于电平（thorn;1），高DO相与低DO相交替（Lochmatter等，2013）。 20分钟的三个高DO相，DO为50％40％和30％的饱和度分别中断

分三个阶段，DO为5％。这个级别被称为“替代高低DO”。

（C）烯丙基硫脲（ATU）AGS系统的初步研究提出这种硝化抑制剂的添加以避免硝酸盐形成并因此确保PAO选择的厌氧条件（de Kreuk和van Loosdrecht，2004）。对于（1）级，没有ATU添加到进水废水中。对于水平（thorn;1），向营养培养基中加入100mg L1的ATU杜里

Table 1 e Tested operation parameters during AGS-SBR startup and their negative and positive levels.

在运行的头10天。稀释后自来水，最终浓度约为10mg流入物中的L1。 ATU是硝化抑制剂有时加入增强的生物磷清除系统。

（D）气流速度：剪力由相当强的力量创造出来曝气积极影响发展

颗粒（Beun等，2000; Liu和Tay，2002）。超级

0.015 m s1和0.030 m s1的空气速度分别用于水平（1）和水平（thorn;1）。

（E）建立时间方案：沉降过快的降低时间导致所需的细菌行会的冲洗，例如PAO和硝化物（Weissbrodt等，2012）。定居这里测试的方案创造不同的选择压力用于快速沉降生物量。建立时间方案I（级别（1））由20分钟的30分钟组成定居时间随之逐步减少25，20，15，12，9，7，5，4，最后在第29天3分钟后者被保留在其余的运行中（补充数据，图。 SD1）。对于方案II（等级（thorn;1）），结算时间为第一天30分钟，减少到20分钟第2天和第3天10分钟。保持在10分钟直到第10天，然后每天进一步减少30秒才能达到在第20天的最后定居时间为5分钟直到运行结束（补充数据，图SD1）。

（F）pH：以前已经显示出稍微碱性在AGS系统中pH值选择PAO（Weissbrodt等，2013b）。对于水平（1），pH控制在7e7.3，而对于水平（thorn;1），pH值保持在7.5e7.8。在非混合进料阶段，pH为没有调整，因此有时在这些之外范围。

（G）温度：以前已经显示a低嗜温范围内的温度选择PAO在AG

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