污泥減量化系統(tǒng)中營養(yǎng)鹽優(yōu)化比例研究

張立英，董平

（1.大慶石化公司質(zhì)量檢驗中心環(huán)保監(jiān)測站，黑龍江 大慶 163714；2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，黑龍江 大慶 163714）

污泥減量化系統(tǒng)中營養(yǎng)鹽優(yōu)化比例研究

張立英1，董平2

（1.大慶石化公司質(zhì)量檢驗中心環(huán)保監(jiān)測站，黑龍江 大慶 163714；2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院，黑龍江 大慶 163714）

以石化污水處理廠為研究對象，考察不同磷源、氮源及碳源的不同比例對污泥產(chǎn)生的影響，特別是對剩余污泥產(chǎn)量的減量效果產(chǎn)生的影響。目的是確定最佳的營養(yǎng)鹽比例，以最大程度減少剩余污泥產(chǎn)量而不影響污水處理廠的出水排放指標(biāo)，同時減少營養(yǎng)鹽的投加量，降低生產(chǎn)成本。

污泥減量化；活性污泥；營養(yǎng)鹽比例

1 前言

目前，污泥減量化技術(shù)從機(jī)理上可分為兩大類，一類是以能量濺溢理論為基礎(chǔ)的污泥減量化技術(shù)，另一類是以維持能理論為基礎(chǔ)的污泥減量化技術(shù)，維持能理論[1]認(rèn)為，假如有外部能量供給，微生物會將分解代謝的一部分能量首先用于滿足對維持能的需求，其余的能量將用于合成。當(dāng)能量供給速率降低時，可用于合成的有效能量會越來越少，微生物的生長比率也隨之減少。當(dāng)能量供給速率和必須的維持能正好達(dá)到平衡時，則不再有凈生長，因為所有的有效能量都用于維持現(xiàn)狀?；谏鲜隼碚?，在污水處理過程中控制微生物賴以生存的營養(yǎng)物質(zhì)的合適比例來達(dá)到污泥的減量化，這樣可以最大限度地降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

微生物在生長過程中主要是對碳、氮和磷的需求。從理論上講，微生物要求的碳氮磷比為BOD5︰N︰P = 100︰5︰1[2]。但在實際的處理系統(tǒng)中最佳的碳氮磷比往往與上述數(shù)值有一定差異。對于一般污水而言，正常情況下的組成相對穩(wěn)定，其BOD5︰COD也相對穩(wěn)定，COD與BOD5相比，具有檢測時間短、技術(shù)難度低的優(yōu)點。因此本試驗采用COD︰N︰P的形式表示營養(yǎng)鹽的比例[3]。

2 試驗部分

本試驗用水采自大慶石化公司化工污水處理廠原水池入水，污泥采自大慶石化公司化工污水處理廠二沉池回流污泥。采用壓縮空氣鼓風(fēng)曝氣方式培養(yǎng)馴化污泥，所用實驗裝置為2個合建式生化反應(yīng)器（如圖1所示），有效容積均為15L。

圖1 合建式生化反應(yīng)器示意圖

為了考察不同運行條件對污泥活性、沉降性能及COD去除率的影響，需根據(jù)實際情況來調(diào)整反應(yīng)器的各種參數(shù)。初始污泥取自化工污水處理廠回流污泥，靜止沉淀后，排除上清液，將沉淀后的污泥投入到試驗用的反應(yīng)器中。然后加入試驗用水，通入壓縮空氣，開始培養(yǎng)馴化。正常的運行條件：溫度為25℃、pH為7～8、DO≥2mg/L、污泥負(fù)荷不低于0.1kgCOD/（kgMLSS·d）、MLSS約為5000mg/L、進(jìn)水COD維持在1500mg/L左右、起始污泥濃度控制在3500～4500mg/L。每一階段開始時，都要按照正常的條件運行，在連續(xù)運行24小時后污泥濃度重新調(diào)整，在處理合成廢水2～3天后，污泥已馴化好，具備了試驗所需要的活性。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 不同磷源比例對活性污泥沉降性能及污泥產(chǎn)率的影響

在進(jìn)水中總氮（TN）保持充足的條件下，通過改變磷源添加量來改變進(jìn)水中總磷（TP）的含量。分別考察了COD︰P為200︰1、200︰0.8、200︰0.6、200︰0.4和200︰0.3的不同磷源比例對活性污泥沉降性能（SVI——污泥沉降指數(shù)）的影響。不同進(jìn)水COD︰P條件下SVI值的變化如圖2所示。

圖2 不同COD ：P條件下的SVI變化情況

試驗結(jié)果表明：在24個周期（每周期為20個小時）的穩(wěn)定運行中，當(dāng)COD︰P為200︰1和200︰0.8時，污泥的沉降性能和凝聚性能都很好，上清液清澈，這時的污泥微生物主要是菌膠團(tuán)，絲狀菌很少；當(dāng)COD︰P變?yōu)?00︰0.6時，SVI值開始緩慢上升，最高至166mL/g，在SVI值持續(xù)上升的過程中，活性污泥的微生物種屬發(fā)生了變化，絲狀菌數(shù)量逐漸增加，鏡檢觀察此時的絲狀菌絲體多為筆直，伸出菌膠團(tuán)外干擾了污泥絮體的沉淀和壓實，導(dǎo)致污泥沉降性能較差；當(dāng)COD︰P為200︰0.4時，SVI開始上升較緩慢，10個周期后出現(xiàn)大幅度迅速上升，這使得污泥結(jié)構(gòu)更加松散，污泥絮體的沉降性能惡化，沉降速率緩慢，上清液呈乳濁狀；當(dāng)COD︰P為200︰0.3時，情況較特殊，污泥沉降性很好，出現(xiàn)了絲體蜷曲的絲狀菌類型，但出水渾濁，COD卻較高。

當(dāng)COD︰P為200︰0.8時，污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)均值為0.17mgMLVSS/mgCOD；當(dāng)COD︰P為200︰0.6時，污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)均值為0.36mgMLSS/mgCOD；當(dāng)COD︰P為200︰0.3時，污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)均值為0.53mgMLVSS/mgCOD?？梢缘贸鋈盗械奈勰啾碛^產(chǎn)率系數(shù)相差較大，說明污泥COD︰P越大，其表觀產(chǎn)率系數(shù)越低，污泥增長越慢。

3.2 不同磷源比例對COD去除率的影響

在進(jìn)水中總氮（TN）保持充足條件下，通過改變磷源添加量來改變進(jìn)水中總磷（TP）的含量。分別考察了COD︰P為200︰1、200︰0.8、200︰0.6、200︰0.4和200︰0.3的不同磷源比例對COD去除率的影響。不同進(jìn)水COD︰P條件下COD去除率的變化如圖3所示。

圖3 不同COD ：P條件下COD的去除率變化情況

試驗結(jié)果表明：當(dāng)COD︰P為200︰0.8時，菌膠團(tuán)狀態(tài)良好，結(jié)構(gòu)緊密，絲狀菌生長在菌膠團(tuán)內(nèi)部，絲狀菌和菌膠團(tuán)細(xì)菌維持在一個合適的比例，污泥沉降性能良好。COD的去除率比較高，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為磷投入越多，污泥產(chǎn)率越少，COD去除率越高，而從試驗結(jié)果可以看出，可以適當(dāng)?shù)販p少磷鹽的投放量，即可以減少污泥產(chǎn)率也可以提高COD的去除率，因為微生物在增殖的同時，也在進(jìn)行內(nèi)源呼吸，一部分微生物要死亡解體，生物體內(nèi)的氮和磷也就釋放出來，接著被重復(fù)利用。故此，適當(dāng)減少磷的投加并不影響系統(tǒng)對COD的去除。這樣做既減少了處理成本，又可以避免過剩的營養(yǎng)鹽隨出水排放而造成受納水體的富營養(yǎng)化。

3.3 不同氮源比例對活性污泥沉降性能及污泥產(chǎn)率的影響

分別按COD︰N︰P為200︰5︰0.8、200︰4︰0.8、200︰3︰0.8和200︰2︰0.8的比例配成四種試驗用水，進(jìn)行了不同氮源比例對污泥沉降性能（SVI）的影響試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同COD ：N條件下的SVI變化情況

試驗結(jié)果表明，當(dāng)COD︰N為200︰5時，經(jīng)過24個周期的穩(wěn)定運行，污泥的沉降性能良好，SVI在70mL/g左右，這時污泥微生物主要是菌膠團(tuán)細(xì)菌，絲狀菌極少；當(dāng)COD︰N為200︰4時，SVI值略有上升，升高到80mL/g左右，然后維持此值，此時污泥微生物仍以菌膠團(tuán)為主，絲狀菌數(shù)量略有增加，但并沒有過量生長。菌膠團(tuán)細(xì)菌和絲狀菌數(shù)量保持在一個適宜比例，污泥的沉降性能與凝聚性能都很好。當(dāng)COD︰N為200︰3時，SVI值逐漸上升，維持在150mL/g左右，此時發(fā)生非絲狀菌污泥膨脹，污泥沉降性能開始惡化；當(dāng)COD︰N為200︰2時，SVI從最初的100mL/g很快升至260mL/g，也發(fā)生了非絲狀菌污泥膨脹，但與進(jìn)水COD︰N為200︰3時不同，在SVI逐漸上升的過程中，污泥微生物中一直都是菌膠團(tuán)細(xì)菌占優(yōu)勢，沒有出現(xiàn)絲狀菌的過量生長，此時出水渾濁，COD卻較高。

上述結(jié)果表明，進(jìn)水COD︰N值越高，即缺氮越嚴(yán)重，活性污泥越容易發(fā)生膨脹，并且膨脹程度越嚴(yán)重，發(fā)生膨脹的速率越快。污泥發(fā)生膨脹后，沉降速度明顯變慢，絮凝性變差。在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，污泥絮體結(jié)構(gòu)松散，有大量細(xì)長絲狀菌伸出，互相交錯在一起，形成網(wǎng)絡(luò)。污泥顏色也由膨脹前的深褐色變淺。

當(dāng)進(jìn)水COD︰N為200︰4時，污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)均值為0.18mgMLSS/mgCOD，當(dāng)進(jìn)水COD︰N變?yōu)?00︰3時，污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)均值為0.42mgMLSS/mgCOD ；當(dāng)進(jìn)水COD︰N變?yōu)?00︰2，污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)為0.64mgMLSS/mgCOD?？梢缘贸鋈盗械奈勰啾碛^產(chǎn)率系數(shù)相差較大，說明污泥COD︰N越小，其表觀產(chǎn)率系數(shù)越高，污泥增長越快。

3.4 不同氮源比例對COD去除率的影響

分別按COD︰N為200︰5、200︰4、200︰3和200︰2的比例配成四種試驗用水，進(jìn)行了不同氮源比例對COD去除率的影響實驗，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同COD ：N條件下COD的去除率變化情況

從圖5可以看出，不同氮源比例下COD去除率相差不大，均為80%～98%。

隨著進(jìn)水中氮源投加量的減少，即C︰N比的提高，絲狀菌明顯增長，SVI升高，指示生物也發(fā)生了變化。由此可見，氮對微生物有特別重要的作用，是合成細(xì)菌蛋白質(zhì)，特別是核蛋白的重要物質(zhì)，是生物必不可缺的營養(yǎng)素。

4 結(jié)論

綜合以上試驗結(jié)果，可得到以下結(jié)論：

在污泥負(fù)荷不低于0.1kgCOD/（kgMLSS·d）的條件下，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為活性污泥法工藝中進(jìn)水COD︰N︰P需保持在200︰5︰1才能滿足微生物的正常生長，然而本試驗在進(jìn)水COD︰N︰P為200︰5︰0.8、200︰4︰1和200︰4︰0.8的條件下污泥的生理活性及絮凝沉降性狀均保持良好，出水COD較低，特別是COD︰N︰P為200︰4︰0.8能完全確保大慶石化公司化工污水處理廠的正常運行，并能提高污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 曹秀芹，陳珺，王洪臣，等.超聲處理對活性污泥系統(tǒng)污泥減量效果的研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，7（6）：85-88.

[2] 翟小蔚，潘濤，W.Ghyoot，等.利用原生動物削減剩余活性污泥產(chǎn)量[J].中國給水排水，2000，16（11）：6-9.

[3] 李軍，楊秀山，彭永臻.微生物與水處理工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

Research on Optimization Proportion of Nutrition Salt in Sludge Minimizing System

ZHANG Li-ying, DONG Ping

X703

A

1006-5377（2014）11-0052-03