活性污泥法預(yù)處理微污染水的試驗(yàn)研究

徐 克，張書良，胡 偉

(1.河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南省科悅環(huán)境技術(shù)研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

1 引言

隨著21世紀(jì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，人民的生活水平也不斷提高，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境卻遭受到了巨大的破環(huán)，特別是水環(huán)境，大量的工業(yè)廢水、生活污水不斷地排入水體，使得河流、湖泊受到不同程度上的污染，成為微污染水體。微污染水如果不及時(shí)處理，就會(huì)給飲用水源造成污染，對(duì)人們的身心健康構(gòu)成巨大的威脅。因此，對(duì)微污染水的治理也是至關(guān)重要。

2 微污染水的特點(diǎn)及處理現(xiàn)狀

微污染水主要是指受到有機(jī)物污染的水源水，這些有機(jī)物一部分來(lái)自生活排放的有機(jī)污染，主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)和氨氮；另一部分來(lái)自工業(yè)性有機(jī)污染，主要污染指標(biāo)為人工合成的有機(jī)物(SOC)，這種污染物種類眾多，成分比較復(fù)雜，易生物積累，對(duì)人體危害最大[1]。可能會(huì)對(duì)人體有直接或間接的毒害作用，包括致癌、致畸、致突變的作用[2]。另外，微污染水體中的有機(jī)污染物濃度不高，但是難降解物質(zhì)的相對(duì)含量不低。

針對(duì)微污染水特點(diǎn)，常規(guī)的處理工藝已經(jīng)不能去除水中的難降解物質(zhì)，因此人們不得不探索新的處理方法，目前常規(guī)的預(yù)處理方法主要包含三個(gè)方面：物理、化學(xué)、生物處理[3]。

物理法主要是以活性炭為代表的吸附工藝，活性炭具有巨大的比表面積，對(duì)COD、色度以及大多數(shù)有機(jī)物都有很好的吸附效果，但是一般活性炭都要參與混凝沉淀，難以回收，運(yùn)行成本比較高，很難推廣開來(lái)[4]。化學(xué)法主要為化學(xué)氧化法，利用化學(xué)氧化劑的氧化作用，分解破壞水中污染物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到分解轉(zhuǎn)化污染物的目的，目前采用的氧化劑主要有高錳酸鉀、氯氣、臭氧等[5]。另外氧化也可有效地去除浮游生物、細(xì)菌等，提高混凝沉淀的效果[6]。生物預(yù)處理通常設(shè)在常規(guī)的凈水工藝前，借助微生物的新陳代謝活動(dòng)去除水中氨氮、有機(jī)物等污染物。目前研究最多的生物處理方法有生物接觸氧化法、生物濾池、生物流化床等。但是，對(duì)于借助活性污泥來(lái)處理微污染水的研究卻很少，因此本研究嘗試采用間歇式活性污泥法來(lái)去除微污染水中的污染物。

活性污泥法是處理常規(guī)污水使用最廣泛的一種方法，其對(duì)污水的凈化過(guò)程，主要分為三個(gè)階段：前期吸附、微生物的氧化分解、以及絮凝體的形成和沉降[7]。由于污泥比表面積很大，再加上其表面具有糖質(zhì)粘層，所以，當(dāng)污水與活性污泥接觸后，活性污泥能夠快速吸附污水中懸浮的物質(zhì)。當(dāng)水中的有機(jī)污染物被吸附后，微生物開始對(duì)吸附的有機(jī)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分解，雖然此階段的效率相對(duì)較低，但是水中的有機(jī)污染物含量也相對(duì)較少，所以也可以使吸附的有機(jī)物得到快速的降解。通過(guò)沉降，排出上清液及多余的污泥，最終使污水得到凈化，活性污泥也能恢復(fù)其吸附能力。

3 試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)用水來(lái)源及水質(zhì)

試驗(yàn)用的活性污泥，取自鄭州市五龍口污水處理廠一期曝氣池末端，試驗(yàn)用水取自鄭州市五龍口污水處理廠的高位井，取回來(lái)稀釋，試驗(yàn)進(jìn)水各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)如表1。

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)裝置采用的是圓柱形的反應(yīng)器，有效容積為10 L，采用機(jī)械攪拌，試驗(yàn)用的活性污泥先用純凈水洗數(shù)次，再用試驗(yàn)用水與污泥接觸，污泥體積與水體積比為1∶2，勻速攪拌，使泥水混合均勻，控制溶解氧濃度在0.2～0.5 mg/L之間，保持微氧環(huán)境。試驗(yàn)采用間歇運(yùn)行，連續(xù)攪拌6 h，然后靜止沉降，排出上清液。重復(fù)試驗(yàn)三次后，開始正式試驗(yàn)，從反應(yīng)開始計(jì)時(shí)，每隔1 h取1次樣，并對(duì)水樣進(jìn)行檢測(cè)分析。水樣的檢測(cè)指標(biāo)主要為高錳酸鉀指數(shù)CODmn和總有機(jī)碳TOC。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 CODmn的去除效果研究

CODmn反映的是水受還原性物質(zhì)的污染程度，是表征水中有機(jī)物相對(duì)含量的重要指標(biāo)。

從圖1中可以看出，利用活性污泥處理污染物濃度低的廢水，反應(yīng)到達(dá)1h時(shí)，高錳酸鉀指數(shù)已經(jīng)降到2 mg/L左右。這是由于活性污泥具有巨大的比表面積，并且其表面含有糖質(zhì)粘層，能夠快速吸附污水中的有機(jī)污染物，所以污水中的有機(jī)污染物濃度在很短的時(shí)間內(nèi)能夠降低很多。從圖1還可以發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，CODmn的值并沒(méi)有繼續(xù)降低，這是因?yàn)槲⑸镩_始利用被吸附到活性污泥表面的有機(jī)污染物。一方面微生物利用底物進(jìn)行合成代謝，將有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化并合成新的細(xì)胞物質(zhì)，另一方面微生物通過(guò)對(duì)有機(jī)污染物的氧化分解，生成CO2、H2O等穩(wěn)定的物質(zhì)，并獲得生命活動(dòng)所需的能量，由此，可以將水中的有機(jī)污染物徹底的去除。最終經(jīng)過(guò)沉淀，排出上清液及多余的污泥。在這過(guò)程中既除去了水中的有機(jī)污染物，又恢復(fù)了活性污泥的吸附性能，繼續(xù)對(duì)水中的有機(jī)污染物進(jìn)行吸附，進(jìn)行下一階段的反應(yīng)。由圖2可知，經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)出水CODmn的平均值均能降低至2 mg/L左右，對(duì)水中有機(jī)污染物的去除率能達(dá)到90%左右。說(shuō)明利用活性污泥處理微污染水也有一定的效果。

圖1 CODmn隨時(shí)間的變化

圖2 對(duì)CODmn的去除效果

4.2 TOC去除效果的研究

總有機(jī)碳TOC表示水樣中有機(jī)物總量的綜合指標(biāo)，能夠?qū)⑺畼又械挠袡C(jī)物全部氧化，更能直接表示有機(jī)物的總量，也是評(píng)價(jià)水質(zhì)受污染程度的常用指標(biāo)。

如圖3所示，出水TOC的含量在反應(yīng)進(jìn)行到1 h時(shí)，已經(jīng)降低到3 mg/L左右，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，出水TOC幾乎不再降低，這與出水CODmn的變化趨勢(shì)相一致，也符合活性污泥對(duì)水中污染物的吸附、降解的規(guī)律。另外，對(duì)TOC的去除率也能穩(wěn)定在80%～90%之間，去除效果也較為理想。

實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行了10次，從圖2、圖4中可以看出，每次實(shí)驗(yàn)最終出水CODmn都能降低到2mg/L左右，去除率基本穩(wěn)定在90%左右；最終出水TOC也能降低到3mg/L左右，去除率也能達(dá)到80%以上。由此看來(lái)，采用活性污泥法對(duì)微污染水進(jìn)行處理，也有一定的處理效果。

圖3 TOC隨時(shí)間的變化

圖4 對(duì)TOC的去除效果

5 結(jié)語(yǔ)

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析來(lái)看，利用活性污泥法，間歇式運(yùn)行處理微污染水，對(duì)有機(jī)污染物的去除，去除率能達(dá)到80%以上，這說(shuō)明采用活性污泥法處理微污染水，也可以得到較為理想的去除效果，并且反應(yīng)時(shí)間也很短，整個(gè)反應(yīng)在1h內(nèi)就可以完成，說(shuō)明效率很高。另外與其他處理工藝相比較，間歇式活性污泥法工藝簡(jiǎn)單，便于自動(dòng)控制，占地面積小，運(yùn)行費(fèi)用低等一系列的優(yōu)點(diǎn)。因此，利用活性污泥法工藝對(duì)微污染水進(jìn)行處理具有很不錯(cuò)的前景，值得繼續(xù)深入地研究。