有效微生物菌群用于污泥原位減量的研究

聶驥，羅宇，高仁富，呂丹丹，李昌，陳曉新

(東江環(huán)保股份有限公司，廣東 深圳 518000)

目前，國內(nèi)外污水處理已開展較深的研究，其中較為普遍的是活性污泥處理法，具有成熟的處理技術(shù)、多樣化的工藝結(jié)構(gòu)、高效的處理效果等，但污水處理產(chǎn)生的剩余污泥問題亟須解決，如污泥中含有的病原微生物、寄生蟲及重金屬極易造成二次污染[1]。這些問題一直制約著污水處理廠的穩(wěn)定運行，而在傳統(tǒng)活性污泥處理法中顯得尤為突出[2]。近10 a，活性污泥工藝快速發(fā)展，我國城市污泥產(chǎn)生量增長近12倍[3-4]。在環(huán)保要求日趨嚴格的形勢下，安全有效地實現(xiàn)污泥減量化迫在眉睫，污泥減量技術(shù)成為研究熱點。污泥原位減量技術(shù)是在不改變處理工藝前提下，通過各種手段減少污泥，既能提高污水處理后的水質(zhì)，又能從源頭上減少污泥產(chǎn)生[5]。

污泥原位減量機理研究主要從以下3個方面進行開展：①解偶聯(lián)技術(shù)；②利用生物捕食作用污泥減量；③促進微生物隱性生長[6-11]。國內(nèi)外也對污泥原位減量技術(shù)開展了一些研究。李俊等探討投加MCMP應(yīng)用于曝氣池中的污泥減量技術(shù)，污泥減量達到80%以上[12-14]；蔡勛江等[15-16]考察微生物菌劑與活性污泥的污水處理技術(shù)結(jié)合處理污水時的污染物污泥減量效果，基本上不產(chǎn)生剩余污泥；趙鑫等[17]投加2%的微生物復(fù)合菌劑于序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)系統(tǒng)后，有效減少污泥產(chǎn)生，污泥原位減量達到20.8%，出水水質(zhì)較好，同時提高了氨氮和總磷的去除率。

目前，對于有效微生物菌群(EM)用于污水處理廠污泥原位減量方面的研究較少。因此，筆者根據(jù)前人研究經(jīng)驗，投入EM于污水處理系統(tǒng)，通過改善活性污泥中的活性，減少污水處理廠剩余污泥的產(chǎn)生，從而實現(xiàn)污泥 “源頭控制”。本研究考察該EM在污水處理系統(tǒng)中對污泥原位減量效果以及出水水質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗設(shè)備如圖1所示，共設(shè)2套設(shè)備，中試設(shè)備采用鋼制合建式，每組設(shè)備容積為4.10 m3，日處理水量為5 m3·d-1。設(shè)備生化處理采用厭氧-缺氧-好氧(A2O)工藝，其中厭氧、缺氧、好氧階段、二沉池的水力停留時間分別控制為1.50、4.20、7.96、6.05 h。與濱河污水處理廠A2O工藝水力停留時間基本一致。試驗中好氧池的溶解氧(DO)為3～4 mg·L-1，混合液污泥濃度(MLSS)為2 000～3 000 mg·L-1，運行方式為連續(xù)運行。第1套設(shè)備(裝置1)投加EM，投加量為處理水量0.01%，第2套設(shè)備(對照裝置)不投加EM作對照。

圖1 中試設(shè)備的情況

試驗使用的活性污泥來自深圳市濱河污水廠，污泥濃度在3 000 mg·L-1左右。試驗使用的污泥減量菌劑EM取自愛睦樂環(huán)保生物技術(shù)〔南京〕有限公司。中試設(shè)備進水取自濱河污水廠藍天區(qū)A2O工藝曝氣沉砂池出水。

1.2 試驗過程

向2套設(shè)備內(nèi)接種濱河污水處理廠A2O系統(tǒng)二沉池進泥的活性污泥進行馴化培養(yǎng)，經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后實行正常運行。每天檢測進、出水水質(zhì)、30 min污泥沉降比(SV30)和污泥指標(biāo)。通過3周的馴化培養(yǎng)，2套設(shè)備出水的化學(xué)需氧量(COD)降至40 mg·L-1左右，污泥濃度在3 000 mg·L-1左右，污泥指數(shù)(SVI)在100左右，表明污泥活性較好，設(shè)備已啟動成功。從2015年6月4日開始向設(shè)備1內(nèi)投加EM(黃褐色液體，活菌數(shù)在1012個·mL-1)，投加量為處理水量的0.01%，其中6月4—6日，2套設(shè)備3 d不排泥，以后每天排泥，維持設(shè)備中污泥濃度在2 000～3 000 mg·L-1。

1.3 分析方法

每天對實驗設(shè)備進、出水的瞬時樣品進行采樣，分析測定COD、水質(zhì)中懸浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)，對設(shè)備好氧池處和排泥處分別取樣，測定MLSS和揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)，并計算污泥累計平均減量率，分析方法均按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行[18]。

污泥累計平均減量率=(H0-H1)/H0；

總產(chǎn)泥量累計平均值=S1+S2+S3。

式中：H0為對照組總產(chǎn)泥量累計平均值；H1為設(shè)備組總產(chǎn)泥量累計平均值；S1為出水SS帶走泥量累計平均值；S2為排泥量累計平均值；S3為生物池污泥變化量累計平均值，累計平均值為第n天相對第1天污泥量的平均變化量。

2 結(jié)果與分析

2.1 投加生物制劑前的進水水質(zhì)

2015年6月對照組與菌劑組的各項進水水質(zhì)指標(biāo)平均值如表1所示。

表1 投加生物制劑前的進水水質(zhì)

由表1數(shù)據(jù)分析可知，對照組和菌劑組進水濃度有一定差異，這與進水采用人工取樣混合有一定的關(guān)系，但誤差較小，可忽略不計。

2.2 污泥減量效果

從圖2可以看出，由于前3 d對照組和菌劑組均不排泥，減量率數(shù)值變化波動很大，可視為無效數(shù)據(jù)。投加菌劑后的前7 d，污泥減量率呈波動變化，第8天開始污泥減量率趨于穩(wěn)定，且此后波動均較小。將前8 d視為EM馴化期，第9～24天視為EM作用期，實驗連續(xù)進行24 d。在EM作用期內(nèi)，設(shè)備1污泥累計平均減量率穩(wěn)定在20%以上，最高可達25.15%，說明投加EM可對污泥產(chǎn)生一定的減量效果。

圖2 處理設(shè)備污泥累計平均減量率

由圖3可知，試驗期間，裝置1的MLVSS/MLSS值大部分高于對比裝置的MLVSS/MLSS值。MLVSS/MLSS值升高可能是由于污泥無機組分被分解為非常細小的顆粒(<1 μm，小于測出水SS的濾紙孔徑)，隨出水流出，表明投加EM后，能有效促進微生物生長[14]。

圖3 處理設(shè)備MLVSS/MLSS

2.3 污水處理效果對比

試驗期間各設(shè)備的出水SS、COD、NH3-N和TP指標(biāo)見圖4。

圖4 不同污水處理設(shè)備效果對比

由圖4可知，裝置1出水SS濃度已達標(biāo)，而對照組出水SS濃度未達標(biāo)，2套設(shè)備對SS處理效果是弱于濱河污水處理廠的。這主要與實驗設(shè)備的工藝條件有一定的關(guān)系，實驗設(shè)備二沉池直接出水，使用攪拌代替二沉池刮泥，攪動力度過大，同時后續(xù)又無過濾，因此，導(dǎo)致出水SS偏高。相比較而言，裝置1出水SS平均濃度為13.75 mg·L-1，而對照裝置出水SS平均濃度為25.21 mg·L-1?？梢姡b置1對SS處理效果優(yōu)于對照設(shè)備。

2套設(shè)備出水COD濃度均已達標(biāo)，且對COD處理效果弱于濱河污水處理廠。相比較而言，裝置1出水COD平均濃度為30.76 mg·L-1，而對照裝置出水COD平均濃度為40.88 mg·L-1，表明裝置1對COD處理效果是優(yōu)于對照裝置。這可能是由于EM含有部分微生物，能分泌各類水解酶，分解系統(tǒng)內(nèi)大分子有機物，有利于微生物吸收，從而利于有機物的進一步降解。

對照裝置出水NH3-N濃度均值為4.37 mg·L-1，裝置1出水NH3-N濃度均值為2.28 mg·L-1，2套設(shè)備出水NH3-N濃度均已達標(biāo)，其中裝置1對NH3-N處理效果最好，甚至優(yōu)于濱河污水處理廠。這可能是由于EM可以強化硝化菌等微生物的優(yōu)勢地位，促進對NH3-N的去除。

2套設(shè)備出水TP濃度均未達標(biāo)，對TP處理效果弱于濱河污水處理廠。這是由于污水處理廠除了生物除磷外，還通過化學(xué)藥劑來提高除磷效果。但此試驗設(shè)備未投加其他化學(xué)藥劑。對照裝置出水TP濃度均值為0.84 mg·L-1，裝置1出水TP濃度均值為0.46 mg·L-1，表明裝置1對TP處理效果優(yōu)于對照裝置。

總之，裝置1出水的COD、SS、TP和NH3-N均優(yōu)于對照組，菌劑不會增加出水水質(zhì)超標(biāo)的風(fēng)險，且能提高出水水質(zhì)。

3 污泥減量機理探討

試驗中投加EM能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量，主要原因可能是EM能強化污泥生態(tài)系統(tǒng)的生物活性，其作用機理為以下3個方面：(1)優(yōu)化微生物群落關(guān)系。EM菌是以光合細菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為主復(fù)合而成的一種微生物菌制劑，能夠快速適應(yīng)環(huán)境，使活性污泥生態(tài)系統(tǒng)中有益菌種占據(jù)優(yōu)勢，優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)，改善活性污泥性能和代謝水平[12,17]。(2)微生物強化作用。EM菌能提升活性污泥中土著微生物代謝強度，從而分泌較多有機酸、胞外水解酶，將活性污泥中大分子有機物降解為更易被微生物利用的小分子有機物，加快對活性低的細胞水解作用，轉(zhuǎn)化為可溶解的有機物，因此，投加EM不會對出水水質(zhì)和污水處理效果產(chǎn)生影響[14,19]。(3)延長污泥齡、降低污泥負荷。在活性污泥生態(tài)系統(tǒng)中投加EM菌后，能有效減少污泥的產(chǎn)生，減少處理設(shè)備排泥量，從而延長了污泥齡，相應(yīng)地降低了污泥負荷。與此同時，通過對活性低的細胞進行水解，有效提高了活性污泥的活性，強化了生物捕食作用[20-21]，從而實現(xiàn)污泥減量。

4 小結(jié)

將EM菌劑投入到A2O系統(tǒng)設(shè)備后，有效減少了污泥產(chǎn)生量。在實驗設(shè)備運行24 d內(nèi)，相對于對照組，實驗組污泥原位減量達到25.15%，不改變污泥性狀，能有效提高出水水質(zhì)，同時還可以提高對污水COD、SS、TP和NH3-N的去除率。

在利用EM進行污泥原位減量時，直接將EM投入到A2O系統(tǒng)的好氧反應(yīng)段，能夠使其與系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥進行結(jié)合，另外不需增加特殊的處理單元，無需對原有系統(tǒng)的處理設(shè)施和運行方式進行改變，不會產(chǎn)生二次污染，能達到污泥原位減量的目標(biāo)。