污泥減量化系統中營養鹽優化比例研究

張立英，董平

（1.大慶石化公司質量檢驗中心環保監測站，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）

污泥減量化系統中營養鹽優化比例研究

張立英1，董平2

（1.大慶石化公司質量檢驗中心環保監測站，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生的影響，特別是對剩余污泥產量的減量效果產生的影響。目的是確定最佳的營養鹽比例，以最大程度減少剩余污泥產量而不影響污水處理廠的出水排放指標，同時減少營養鹽的投加量，降低生產成本。

污泥減量化；活性污泥；營養鹽比例

1 前言

目前，污泥減量化技術從機理上可分為兩大類，一類是以能量濺溢理論為基礎的污泥減量化技術，另一類是以維持能理論為基礎的污泥減量化技術，維持能理論[1]認為，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。當能量供給速率和必須的維持能正好達到平衡時，則不再有凈生長，因為所有的有效能量都用于維持現狀?；谏鲜隼碚摚谖鬯幚磉^程中控制微生物賴以生存的營養物質的合適比例來達到污泥的減量化，這樣可以最大限度地降低生產成本，增加經濟效益。

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中最佳的碳氮磷比往往與上述數值有一定差異。對于一般污水而言，正常情況下的組成相對穩定，其BOD5︰COD也相對穩定，COD與BOD5相比，具有檢測時間短、技術難度低的優點。因此本試驗采用COD︰N︰P的形式表示營養鹽的比例[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。采用壓縮空氣鼓風曝氣方式培養馴化污泥，所用實驗裝置為2個合建式生化反應器（如圖1所示），有效容積均為15L。

圖1 合建式生化反應器示意圖

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，需根據實際情況來調整反應器的各種參數。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器中。然后加入試驗用水，通入壓縮空氣，開始培養馴化。正常的運行條件：溫度為25℃、pH為7～8、DO≥2mg/L、污泥負荷不低于0.1kgCOD/（kgMLSS·d）、MLSS約為5000mg/L、進水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，在連續運行24小時后污泥濃度重新調整，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率的影響

在進水中總氮（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）的影響。不同進水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

試驗結果表明：在24個周期（每周期為20個小時）的穩定運行中，當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，絲狀菌很少；當COD︰P變為200︰0.6時，SVI值開始緩慢上升，最高至166mL/g，在SVI值持續上升的過程中，活性污泥的微生物種屬發生了變化，絲狀菌數量逐漸增加，鏡檢觀察此時的絲狀菌絲體多為筆直，伸出菌膠團外干擾了污泥絮體的沉淀和壓實，導致污泥沉降性能較差；當COD︰P為200︰0.4時，SVI開始上升較緩慢，10個周期后出現大幅度迅速上升，這使得污泥結構更加松散，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COD︰P為200︰0.3時，情況較特殊，污泥沉降性很好，出現了絲體蜷曲的絲狀菌類型，但出水渾濁，COD卻較高。

當COD︰P為200︰0.8時，污泥表觀產率系數均值為0.17mgMLVSS/mgCOD；當COD︰P為200︰0.6時，污泥表觀產率系數均值為0.36mgMLSS/mgCOD；當COD︰P為200︰0.3時，污泥表觀產率系數均值為0.53mgMLVSS/mgCOD?？梢缘贸鋈盗械奈勰啾碛^產率系數相差較大，說明污泥COD︰P越大，其表觀產率系數越低，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

試驗結果表明：當COD︰P為200︰0.8時，菌膠團狀態良好，結構緊密，絲狀菌生長在菌膠團內部，絲狀菌和菌膠團細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，傳統觀念認為磷投入越多，污泥產率越少，COD去除率越高，而從試驗結果可以看出，可以適當地減少磷鹽的投放量，即可以減少污泥產率也可以提高COD的去除率，因為微生物在增殖的同時，也在進行內源呼吸，一部分微生物要死亡解體，生物體內的氮和磷也就釋放出來，接著被重復利用。故此，適當減少磷的投加并不影響系統對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鹽隨出水排放而造成受納水體的富營養化。

3.3 不同氮源比例對活性污泥沉降性能及污泥產率的影響

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，進行了不同氮源比例對污泥沉降性能（SVI）的影響試驗，結果如圖4所示。

圖4 不同COD ：N條件下的SVI變化情況

試驗結果表明，當COD︰N為200︰5時，經過24個周期的穩定運行，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細菌，絲狀菌極少；當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為主，絲狀菌數量略有增加，但并沒有過量生長。菌膠團細菌和絲狀菌數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COD︰N為200︰3時，SVI值逐漸上升，維持在150mL/g左右，此時發生非絲狀菌污泥膨脹，污泥沉降性能開始惡化；當COD︰N為200︰2時，SVI從最初的100mL/g很快升至260mL/g，也發生了非絲狀菌污泥膨脹，但與進水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細菌占優勢，沒有出現絲狀菌的過量生長，此時出水渾濁，COD卻較高。

上述結果表明，進水COD︰N值越高，即缺氮越嚴重，活性污泥越容易發生膨脹，并且膨脹程度越嚴重，發生膨脹的速率越快。污泥發生膨脹后，沉降速度明顯變慢，絮凝性變差。在顯微鏡下觀察發現，污泥絮體結構松散，有大量細長絲狀菌伸出，互相交錯在一起，形成網絡。污泥顏色也由膨脹前的深褐色變淺。

當進水COD︰N為200︰4時，污泥表觀產率系數均值為0.18mgMLSS/mgCOD，當進水COD︰N變為200︰3時，污泥表觀產率系數均值為0.42mgMLSS/mgCOD ；當進水COD︰N變為200︰2，污泥表觀產率系數為0.64mgMLSS/mgCOD?？梢缘贸鋈盗械奈勰啾碛^產率系數相差較大，說明污泥COD︰N越小，其表觀產率系數越高，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，進行了不同氮源比例對COD去除率的影響實驗，結果如圖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，是合成細菌蛋白質，特別是核蛋白的重要物質，是生物必不可缺的營養素。

4 結論

綜合以上試驗結果，可得到以下結論：

在污泥負荷不低于0.1kgCOD/（kgMLSS·d）的條件下，傳統觀念認為活性污泥法工藝中進水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濟效益。

[1] 曹秀芹，陳珺，王洪臣，等.超聲處理對活性污泥系統污泥減量效果的研究[J].環境污染治理技術與設備，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：化學工業出版社，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