污水處理廠活性污泥的培養研究

張 勝

（山西天脊潞安化工有限公司，山西 長治 046000）

0 引言

當前部分地區水污染問題仍然較為突出，根據相關調查顯示，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。當前針對氨氮類化合物的處理多采用A2O 工藝或傳統SBR 工藝等，但以上工藝方法普遍存在著反應器容積負荷低、抗沖擊負荷能力差等不足，由此，應用好氧顆粒污泥進行氨氮廢水處理則是可行之策。當然，由于好氧顆粒污泥自身在理化性質上的特殊性，因此需要對其培養工作作進一步探究。

1 實驗材料與方法

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

圖1 SBR 反應裝置示意圖

在確定整體實驗裝置后，進一步選擇實驗材料。本次實驗材料中，實驗用水選擇某污水處理廠進水口處的實際生活污水，其水質指標如表1 所示。

表1 實驗用水的水質指標

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。在實驗培養前，首先對所選取的污泥材料在SBR反應器內進行1 h 的曝氣處理，此時反應器中的污泥進入到急需營養的階段，且自身生長活性隨之加快，由此對其進行好氧顆粒污泥培養[1]。

2 好氧顆粒污泥的快速培養研究

為探究好氧顆粒污泥培養的優化參數，本次選用4 個規格完全一致的SBR 反應器進行實驗，反應器編號為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，包括進水5 min，缺氧50 min，好氧150 min，逐漸減小反應器沉淀時間5～20 min（隨周期數增加而降低），最后為排水時間5 min。

在本次實驗中，所有反應器均在前期人工補充含有機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。以上反應器的差異化之處在于：反應器R1按照上述常規流程進行；反應器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%的比例進行；反應器R3不添加粉末狀活性炭；反應器R4的環境溫度控制在15 ℃（其他3 個反應器均為25 ℃）。

基于以上培養流程，從以下幾個方面對培養效果進行探究。

一是分析污泥沉降速度的變化，該指標是判定是否形成顆粒污泥的關鍵因素。根據相關測定，獲得4 組反應器的污泥培養階段沉降速度變化如圖2 所示。

圖2 四組反應器在污泥培養階段的沉降速度變化

根據圖2 可見，隨著培養周期數的增加，各組反應器中污泥的沉降速度均呈現先增加后穩定的態勢。當培養進入第56 周期時，R1和R3中的污泥沉降基本穩定，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在2 個反應器中形成，而R2反應器則需要在第72 周期達到穩定，此時其沉降速度為60.4 m/h，表明水質變化對顆粒污泥形成時間存在一定差異。此外，在低溫反應器R4中，其沉降速度雖然在第56 周期中達到穩定，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階段中對COD 的去除效果，經過檢測后得到的數據如圖3 所示。

圖3 四組反應器中污泥培養對COD 的去除效果分析

根據圖1 可推斷出以下幾方面的內容：當R1反應器在第35 周期使用生活污水進行處理后，其進水COD 波動加劇，其與污泥中細菌需要對新環境進行適應有關；此后隨著反應周期數的繼續增加，COD出水值開始下降，并趨于穩定，最終去除率為84.5%；在R2反應器中，出水COD 值持續下降，且在第47 周期即達到穩定，最終去除率為83.6%，耗時明顯低于R1反應器，初步推斷其與微生物可逐步適應濃度增加的污水有關；在R3反應器的條件下，進水COD 值未出現明顯波動，出水COD 值隨著反應周期的增加而逐漸降低，最終降低至31.60mg/L，達到了85.4%的去除率，從時間層面來看，其出水COD 達到穩定的時間相對長于R1和R2，其主要原因可能是因R3未添加活性炭而導致絮凝效果不良；在R4反應器中存在著出水COD 波動較為劇烈的情況，且出水COD 值偏高，達到穩定的時間也更長，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]。

三是對不同反應器中污泥的氨氮處理效果進行分析，分析結果如圖4 所示。

圖4 4 組反應器中污泥對氨氮的去除效果分析

根據圖4 可得出以下幾方面的內容：在R1反應器中，反應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，但在水質切換后出水氨氮濃度再次出現波動，而后再繼續下降，最終達到98.9%的去除率；在R2反應器中，出水氨氮濃度在小幅波動中逐漸下降，與微生物逐步適應新環境的情況基本對應，最終該反應器的氨氮去除率在36 周期后趨于穩定，并最終達到95.4%的去除率；在R3反應器中，出水氨氮濃度整體呈現持續下降的態勢，在第54 周期達到穩定，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致微生物難以聚集，進而導致污泥顆粒中的微生物種類數量偏少；在R4反應器中，出水氨氮濃度在波動幅度和整體濃度兩項指標上均較高，其主要原因是溫度偏低導致微生物體內的酶活性不足[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，因此決定采用反應器R2的條件進行后續實驗。

3 實際應用測試

在確定反應器R2的實驗條件為最優參數后，對其實際應用進行測試。在實際測試環節中，將本次制備得到的好氧顆粒污泥置于污水處理工藝當中，首先使用含乙酸鈉的人工配水對其進行培養，而后隨著周期數的增加，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 周期后進水完全為生活污水），反應器溫度則控制為25 ℃，在一定時間后對其處理效果進行測試，結果顯示，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，具有一定的實際應用價值。

4 結語

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實驗流程進行了初步探究。在此基礎上，對SBR 反應器的相關條件參數進行調整，得到了好氧顆粒污泥培養實驗的最優參數。最后將最優參數條件下的污泥用于實際測試，結果顯示，該污泥的處理效果相對較優，具有一定的應用價值。