張 勝

（山西天脊潞安化工有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

當(dāng)前部分地區(qū)水污染問題仍然較為突出，根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，在這些水污染問題中，氨氮類化合物的污染問題相對更為突出。當(dāng)前針對氨氮類化合物的處理多采用A2O 工藝或傳統(tǒng)SBR 工藝等，但以上工藝方法普遍存在著反應(yīng)器容積負(fù)荷低、抗沖擊負(fù)荷能力差等不足，由此，應(yīng)用好氧顆粒污泥進(jìn)行氨氮廢水處理則是可行之策。當(dāng)然，由于好氧顆粒污泥自身在理化性質(zhì)上的特殊性，因此需要對其培養(yǎng)工作作進(jìn)一步探究。

1 實驗材料與方法

根據(jù)合成氨廢水處理的實際需要，本次采用序批式反應(yīng)器（以下簡稱為SBR）作為主要實驗裝置，用于活性污泥培養(yǎng)和污水處理實驗測試，其整體裝置如圖1 所示。

圖1 SBR 反應(yīng)裝置示意圖

在確定整體實驗裝置后，進(jìn)一步選擇實驗材料。本次實驗材料中，實驗用水選擇某污水處理廠進(jìn)水口處的實際生活污水，其水質(zhì)指標(biāo)如表1 所示。

表1 實驗用水的水質(zhì)指標(biāo)

同時，本次實驗材料中的污泥選用該污水處理廠A2/O 二沉池污泥，該污泥為灰黑色，沉降性能相對較差。在實驗培養(yǎng)前，首先對所選取的污泥材料在SBR反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行1 h 的曝氣處理，此時反應(yīng)器中的污泥進(jìn)入到急需營養(yǎng)的階段，且自身生長活性隨之加快，由此對其進(jìn)行好氧顆粒污泥培養(yǎng)[1]。

2 好氧顆粒污泥的快速培養(yǎng)研究

為探究好氧顆粒污泥培養(yǎng)的優(yōu)化參數(shù)，本次選用4 個規(guī)格完全一致的SBR 反應(yīng)器進(jìn)行實驗，反應(yīng)器編號為R1～R4，運行方式均為間歇式運行，每天運行2 個周期，單個實驗周期為230 min，包括進(jìn)水5 min，缺氧50 min，好氧150 min，逐漸減小反應(yīng)器沉淀時間5～20 min（隨周期數(shù)增加而降低），最后為排水時間5 min。

在本次實驗中，所有反應(yīng)器均在前期人工補(bǔ)充含有機(jī)碳源乙酸鈉的人工配水，而后在顆粒污泥基本成熟后對其添加生活污水。以上反應(yīng)器的差異化之處在于：反應(yīng)器R1按照上述常規(guī)流程進(jìn)行；反應(yīng)器R2的生活污水添加量隨周期變化梯度增加，按照每6 個周期增加20%的比例進(jìn)行；反應(yīng)器R3不添加粉末狀活性炭；反應(yīng)器R4的環(huán)境溫度控制在15 ℃（其他3 個反應(yīng)器均為25 ℃）。

基于以上培養(yǎng)流程，從以下幾個方面對培養(yǎng)效果進(jìn)行探究。

一是分析污泥沉降速度的變化，該指標(biāo)是判定是否形成顆粒污泥的關(guān)鍵因素。根據(jù)相關(guān)測定，獲得4 組反應(yīng)器的污泥培養(yǎng)階段沉降速度變化如圖2 所示。

圖2 四組反應(yīng)器在污泥培養(yǎng)階段的沉降速度變化

根據(jù)圖2 可見，隨著培養(yǎng)周期數(shù)的增加，各組反應(yīng)器中污泥的沉降速度均呈現(xiàn)先增加后穩(wěn)定的態(tài)勢。當(dāng)培養(yǎng)進(jìn)入第56 周期時，R1和R3中的污泥沉降基本穩(wěn)定，速度分別為57.9 m/h 和55.3 m/h，可判定好氧顆粒污泥已經(jīng)在2 個反應(yīng)器中形成，而R2反應(yīng)器則需要在第72 周期達(dá)到穩(wěn)定，此時其沉降速度為60.4 m/h，表明水質(zhì)變化對顆粒污泥形成時間存在一定差異。此外，在低溫反應(yīng)器R4中，其沉降速度雖然在第56 周期中達(dá)到穩(wěn)定，但速度值相對較低，僅為50.5 m/h，這表明低溫條件下成熟顆粒污泥形成的時間較長[2-3]。

二是分析顆粒污泥培養(yǎng)階段中對COD 的去除效果，經(jīng)過檢測后得到的數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 四組反應(yīng)器中污泥培養(yǎng)對COD 的去除效果分析

根據(jù)圖1 可推斷出以下幾方面的內(nèi)容：當(dāng)R1反應(yīng)器在第35 周期使用生活污水進(jìn)行處理后，其進(jìn)水COD 波動加劇，其與污泥中細(xì)菌需要對新環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)有關(guān)；此后隨著反應(yīng)周期數(shù)的繼續(xù)增加，COD出水值開始下降，并趨于穩(wěn)定，最終去除率為84.5%；在R2反應(yīng)器中，出水COD 值持續(xù)下降，且在第47 周期即達(dá)到穩(wěn)定，最終去除率為83.6%，耗時明顯低于R1反應(yīng)器，初步推斷其與微生物可逐步適應(yīng)濃度增加的污水有關(guān)；在R3反應(yīng)器的條件下，進(jìn)水COD 值未出現(xiàn)明顯波動，出水COD 值隨著反應(yīng)周期的增加而逐漸降低，最終降低至31.60mg/L，達(dá)到了85.4%的去除率，從時間層面來看，其出水COD 達(dá)到穩(wěn)定的時間相對長于R1和R2，其主要原因可能是因R3未添加活性炭而導(dǎo)致絮凝效果不良；在R4反應(yīng)器中存在著出水COD 波動較為劇烈的情況，且出水COD 值偏高，達(dá)到穩(wěn)定的時間也更長，初步推斷，造成這種情況的原因是低溫抑制了污泥的活性[4]。

三是對不同反應(yīng)器中污泥的氨氮處理效果進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖4 所示。

圖4 4 組反應(yīng)器中污泥對氨氮的去除效果分析

根據(jù)圖4 可得出以下幾方面的內(nèi)容：在R1反應(yīng)器中，反應(yīng)初期出水氨氮濃度較高，且波動幅度較大，隨著時間推移，出水氨氮濃度降低，波動幅度減小，去除率逐漸升高，但在水質(zhì)切換后出水氨氮濃度再次出現(xiàn)波動，而后再繼續(xù)下降，最終達(dá)到98.9%的去除率；在R2反應(yīng)器中，出水氨氮濃度在小幅波動中逐漸下降，與微生物逐步適應(yīng)新環(huán)境的情況基本對應(yīng)，最終該反應(yīng)器的氨氮去除率在36 周期后趨于穩(wěn)定，并最終達(dá)到95.4%的去除率；在R3反應(yīng)器中，出水氨氮濃度整體呈現(xiàn)持續(xù)下降的態(tài)勢，在第54 周期達(dá)到穩(wěn)定，最終去除率為96.5%，略低于R1，其原因可能是未添加活性炭導(dǎo)致微生物難以聚集，進(jìn)而導(dǎo)致污泥顆粒中的微生物種類數(shù)量偏少；在R4反應(yīng)器中，出水氨氮濃度在波動幅度和整體濃度兩項指標(biāo)上均較高，其主要原因是溫度偏低導(dǎo)致微生物體內(nèi)的酶活性不足[5]，最終其去除效率為92.6%，在4 組實驗中處于最低水平。

根據(jù)以上幾方面的實驗研究后獲知，R1和R2兩個實驗組可獲得較高的COD 和氨氮去除率，且R2的實驗條件下更加有利于顆粒污泥的生成，因此決定采用反應(yīng)器R2的條件進(jìn)行后續(xù)實驗。

3 實際應(yīng)用測試

在確定反應(yīng)器R2的實驗條件為最優(yōu)參數(shù)后，對其實際應(yīng)用進(jìn)行測試。在實際測試環(huán)節(jié)中，將本次制備得到的好氧顆粒污泥置于污水處理工藝當(dāng)中，首先使用含乙酸鈉的人工配水對其進(jìn)行培養(yǎng)，而后隨著周期數(shù)的增加，使用生活污水逐步替換人工配水（1～8周期為人工配水，9～16 周期人工配水占4/5，17～24 周期人工配水占比為3/5，24～30 周期人工配水占比為1/5，30 周期后進(jìn)水完全為生活污水），反應(yīng)器溫度則控制為25 ℃，在一定時間后對其處理效果進(jìn)行測試，結(jié)果顯示，COD 和氨氮的最終處理效率分別為和83.6%和95.9%，去除效率相對較高，具有一定的實際應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

整體來看，在本次研究工作中，對污水處理廠的好氧顆粒污泥培養(yǎng)實驗流程進(jìn)行了初步探究。在此基礎(chǔ)上，對SBR 反應(yīng)器的相關(guān)條件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，得到了好氧顆粒污泥培養(yǎng)實驗的最優(yōu)參數(shù)。最后將最優(yōu)參數(shù)條件下的污泥用于實際測試，結(jié)果顯示，該污泥的處理效果相對較優(yōu)，具有一定的應(yīng)用價值。