苑紹鵬

（北京北控京奧建設(shè)有限公司，北京 102100）

好氧顆粒污泥在濃度、沉降性能、結(jié)構(gòu)密實(shí)度、抗沖擊負(fù)荷能力等多個(gè)方面具備較大優(yōu)勢(shì)，所以成為污水處理首選材料[1]。與工業(yè)廢水相比，市政污水的波動(dòng)幅度更小，水質(zhì)穩(wěn)定性能較高，增加了該工藝在污水處理中的應(yīng)用難度，容易受到各項(xiàng)因素影響，難以發(fā)揮工藝作用[2]。目前，關(guān)于好氧顆粒污泥的污水處理研究較多，但是很少考慮市政污水處理問題，尚未形成可靠的市政污水處理工藝應(yīng)用方案[3]。該文嘗試運(yùn)用中試裝置，探究好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應(yīng)用問題，通過分析應(yīng)用影響因素，提出一些好氧顆粒污泥工藝應(yīng)用優(yōu)化建議。

1 好氧顆粒污泥工藝

好氧顆粒污泥是一種以好氧作為處理?xiàng)l件的一種固定化顆粒，該材料的應(yīng)用工藝是在特定條件下依靠自身特性轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ɑw粒，此顆粒細(xì)胞自身得以固定化，對(duì)污水處理幫助很大[4]。與其他污水處理工藝相比，這種工藝的沉降性能較好，固液分離效果較為顯著。不僅如此，該工藝耗費(fèi)資金較少，在成本控制方面所體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)也很大。因此，很多污水處理工程都將此項(xiàng)工藝作為首選方法。由于工藝實(shí)施中比較容易受到各項(xiàng)因素干擾，導(dǎo)致污水處理功能難以充分發(fā)揮，對(duì)市政污水處理來(lái)說，達(dá)到理想化處理標(biāo)準(zhǔn)存在一定困難[5-6]。為了找到問題產(chǎn)生的根源，該文將著重探究好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應(yīng)用方法及效果，并以影響因素作為問題突破口進(jìn)行研究。

2 好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應(yīng)用

該應(yīng)用研究借助中試裝置，以市政污水作為處理對(duì)象，將好氧顆粒污泥工藝應(yīng)用至其中，觀察各個(gè)階段污泥形態(tài)變化，并對(duì)工藝的除污效能展開分析，從而對(duì)此項(xiàng)工藝的應(yīng)用加深理解。

2.1 應(yīng)用裝置

在好氧顆粒污泥工藝應(yīng)用研究中采用中試裝置，通過調(diào)節(jié)氣動(dòng)球閥、電磁閥、球閥等控制裝置，對(duì)污水采取處理。圖1 中試裝置。

圖1 中試裝置

該裝置中，布設(shè)了潛水泵、曝氣沉砂池、設(shè)備泵、儲(chǔ)氣罐、空氣壓縮機(jī)、空氣流量計(jì)等裝置，根據(jù)好氧顆粒污泥工藝作業(yè)原理，控制各個(gè)閥門及裝置作業(yè)狀態(tài)，從而對(duì)進(jìn)水口的污水采取處理，將污水中的雜質(zhì)從中分離開來(lái)，實(shí)現(xiàn)污水分離處理[7]。通過檢驗(yàn)排放口的水質(zhì)，能夠驗(yàn)證該裝置作業(yè)期間好氧顆粒污泥工藝在污水處理中的作用。

中試裝置總高度H總=6m，裝置直徑D=1.2m，總體積V總=6.76m3，作業(yè)有效高度H有效=5.25m，作業(yè)有效體積V有效=5.94m3，裝置的排出比為0.48，污水處理能力為8.75 m3/d～23.26m3/d。該部分參數(shù)為接下來(lái)實(shí)驗(yàn)布設(shè)的有力支撐條件。

2.2 接種污泥與裝置作業(yè)啟動(dòng)

本次應(yīng)用研究以接種污泥作為處理對(duì)象，通過運(yùn)行裝置去除污泥混合物中的污泥，流出清澈的水資源。其中，接種污泥來(lái)自某污水廠編號(hào)為Q3 的污泥平衡池。經(jīng)過測(cè)試可知，該污泥池中污泥度為2700mg/L，經(jīng)過計(jì)算得到參數(shù)VSS/SS數(shù)值為0.58 左右。

中試裝置作業(yè)初期，單個(gè)操作周期為4h，曝氣持續(xù)時(shí)間160min，進(jìn)水持續(xù)時(shí)間15min，經(jīng)過60min 的沉淀，從出水口將水排出，持續(xù)時(shí)間約為5min。裝置作業(yè)期間，沉降時(shí)間隨著污泥沉降變化發(fā)生改變，當(dāng)污泥沉降量逐漸增加時(shí)，沉降時(shí)間自動(dòng)下降。為了避免裝置作業(yè)周期保持不變，適當(dāng)延長(zhǎng)曝氣時(shí)間。

2.3 裝置運(yùn)行基本條件

中試裝置運(yùn)行分為4 個(gè)階段，分別是污泥解體期、外加碳源期、污泥顆?；?、馴化培養(yǎng)期，通過控制各個(gè)時(shí)段裝置作業(yè)時(shí)間，控制各個(gè)階段裝置功能作業(yè)時(shí)間，從而保證裝置得以正常作業(yè)[8-9]。其中，各個(gè)階段供氣量控制范圍24.5m3/h～27.8m3/h。以下為裝置運(yùn)行的具體條件。1）污泥解體期：進(jìn)水口作業(yè)持續(xù)15min，曝氣作業(yè)165min～208min，經(jīng)過60min～15min 沉淀排水，設(shè)置出水時(shí)間為5min。2）外加碳源期：進(jìn)水口作業(yè)持續(xù)15min，曝氣作業(yè)208min，經(jīng)過15min 沉淀排水，設(shè)置出水時(shí)間為5min。3）污泥顆?；冢哼M(jìn)水口作業(yè)持續(xù)15min，曝氣作業(yè)208min，經(jīng)過15min 沉淀排水，設(shè)置出水時(shí)間為5min。4）馴化培養(yǎng)期：進(jìn)水口作業(yè)持續(xù)15min，曝氣作業(yè)208min，經(jīng)過15min 沉淀排水，設(shè)置出水時(shí)間為5min。

2.4 應(yīng)用分析方法

本次應(yīng)用研究按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)，使污水處理結(jié)果更加精準(zhǔn)。其中，pH 值的測(cè)定，采用玻璃電極法；污泥沉降速度的控制，采用自由沉降法；DO 參數(shù)控制，采用便攜式溶氧儀進(jìn)行控制；顆粒污泥密度的測(cè)定，采用蔗糖溶液濃度梯度法；顆粒粒徑的測(cè)定，以曝氣階段為測(cè)定時(shí)段，從中取固定體積混合液，吸取1mL～2mL，放置在載玻片上，而后在其上方使用載玻片將混合液固定，利用顯微鏡觀察溶液結(jié)構(gòu)，以攝像的方式獲取更加全面的溶液組成信息，作為污泥形態(tài)檢測(cè)依據(jù)。

2.5 應(yīng)用結(jié)果分析

本次應(yīng)用研究的污水處理廠所處地理位置比較復(fù)雜，在其上游分布著居民區(qū)、工業(yè)區(qū)、垃圾處理廠，所以進(jìn)水水質(zhì)容易受到多項(xiàng)因素干擾，主要體現(xiàn)在居民生活規(guī)律、工廠作業(yè)排放情況、自然氣候變化、季節(jié)變化等。這些因素的變化，都會(huì)對(duì)水質(zhì)造成一定干擾，所以本次應(yīng)用研究對(duì)進(jìn)水水質(zhì)情況進(jìn)行了分析。其中，NH4+-N 值17.00mg·L-1～213.86mg·L-1，均值為37.35mg·L-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為29.40mg·L-1；TP 值1.76mg·L-1～6.89mg·L-1，均值為4.16mg·L-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.43mg·L-1；TN值23.60mg·L-1～217.92mg·L-1，均值為46.02mg·L-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為28.24mg·L-1；COD 值271.88mg·L-1～1838.79mg·L-1，均值為620.23mg·L-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為296.44mg·L-1；SS 值200.00mg·L-1～1589.96mg·L-1，均值為582.98mg·L-1，標(biāo)準(zhǔn)偏差為343.79mg·L-1；pH 值為6.32～8.14，均值為7.35，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.62；溫度為11.5℃～24.98℃，均值為19.98℃，標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.22℃。

獲取以上進(jìn)水水質(zhì)基本信息后，按照設(shè)計(jì)的應(yīng)用測(cè)試方法，對(duì)各個(gè)階段的污泥形態(tài)特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試分析。接種污泥主要呈現(xiàn)出絲狀菌，并且菌膠團(tuán)比較薄，沉淀性能比較差。運(yùn)用好氧顆粒污泥工藝后，進(jìn)入馴化培養(yǎng)期，從污泥的形態(tài)變化來(lái)看，其內(nèi)部微生物開始適應(yīng)環(huán)境生長(zhǎng)繁殖，導(dǎo)致菌膠團(tuán)開始變厚，抑制了絲狀菌，導(dǎo)致其數(shù)量逐漸減少，對(duì)污泥的沉淀性能造成了正面影響。當(dāng)其進(jìn)入顆粒化階段時(shí)，微生物生長(zhǎng)速度逐漸下降，由于沉淀時(shí)間比較短，導(dǎo)致污泥濃度出現(xiàn)下降變化趨勢(shì)。為了改善污泥沉淀性能，開啟好氧顆粒污泥工藝應(yīng)用55d 以后，向其中添加葡萄糖，保持進(jìn)水COD保持100mg/L 左右。持續(xù)4 天后，顆?；^程基本結(jié)束，此時(shí)觀察污泥表面形狀各異，該階段污泥的沉淀性能并未受到絲狀菌的影響。當(dāng)工藝應(yīng)用60d 時(shí)，受到上游廢水排放的影響，污泥開始解體，器皿內(nèi)污泥的沉淀性能下降，幾乎看不到后生動(dòng)物和原生動(dòng)物。

另外，本次測(cè)試還對(duì)好氧顆粒污泥工藝的除污效能進(jìn)行測(cè)試分析，主要對(duì)進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比工藝應(yīng)用前后，各個(gè)階段水質(zhì)的變化情況。表1 和表2 為不同階段水質(zhì)變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表1 進(jìn)水水質(zhì)變化統(tǒng)計(jì)

表2 出水水質(zhì)變化統(tǒng)計(jì)

將表1 和表2 中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水水質(zhì)的COD 濃度較低，并且不同階段該項(xiàng)參數(shù)數(shù)值變化幅度較大，存在同樣變化幅度較大的參數(shù)是氨氮濃度，并且該參數(shù)的數(shù)值偏高。如果COD 的濃度偏低，工藝應(yīng)用中污染物去除率會(huì)有所下降，并且下降的幅度比較大。另外，工藝階段設(shè)置中因缺少缺氧反硝化階段，所以很難穩(wěn)定控制TN 的去除狀態(tài)，水中積累了部分NH2--N 和NH3--N，其出水濃度均隨著污泥顆?；淖兓鴾p少。由此可以推斷，在好氧條件下，受污泥自身結(jié)構(gòu)的影響，顆粒內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生反硝化反應(yīng)，同時(shí)會(huì)伴隨一定硝化反硝化過程。

3 好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理應(yīng)用中的影響因素分析

3.1 影響因素分析

為了深入分析好氧顆粒污泥工藝應(yīng)用影響因素，本次調(diào)整了兩個(gè)研究基礎(chǔ)條件：1）進(jìn)水COD 濃度和氨氮濃度波動(dòng)幅度較大。2）設(shè)置進(jìn)水溶解態(tài)COD 含量，約為總量40%。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，絮體受顆粒態(tài)COD 的影響較大，對(duì)絲狀菌的生長(zhǎng)具有一定抑制作用，顆粒結(jié)構(gòu)表現(xiàn)得比較松散。另外，顆粒態(tài)COD 的影響因素為原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、顆粒滋生絲狀菌，顆粒污泥呈現(xiàn)出不同形態(tài)。從原生動(dòng)物和顆粒形態(tài)變化可知，顆粒形成主要受顆粒態(tài)COD 的影響，導(dǎo)致顆粒形狀不規(guī)則。在此基礎(chǔ)上，為了深入探究影響因素，向其中添加葡萄糖，增加COD 的濃度，此時(shí)不需要考慮顆粒結(jié)構(gòu)對(duì)其造成的負(fù)面影響。由此可以推斷，導(dǎo)致顆粒解體的主要影響因素為氨氮濃度波動(dòng)。

3.2 影響因素驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)上述影響因素推論的可靠性，本次試驗(yàn)按照一定比例配水，以顆粒污泥作為試驗(yàn)原材料，對(duì)其氨氮沖擊負(fù)荷性能展開試驗(yàn)分析。取20mL 顆粒污泥作為試驗(yàn)對(duì)象，將其接種到錐形瓶中，然后向其中添加模擬城市污水，添加量為220mL，控制進(jìn)水氨氮用量，監(jiān)測(cè)工藝應(yīng)用狀況。通過測(cè)試好氧顆粒污泥的物理特征，對(duì)污泥工藝應(yīng)用影響因素進(jìn)行驗(yàn)證分析，結(jié)果如表3 所示。

表3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，顆粒污泥密度會(huì)隨著進(jìn)水氨氮濃度的增加而減小，雖然對(duì)污泥沉降速度和粒徑大小也會(huì)造成一定影響，但是影響過小，可以忽略不計(jì)。階段性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水氨氮值的增加，導(dǎo)致絲狀菌產(chǎn)量逐漸增加。該試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)絲狀菌大量繁殖，產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因可能是氨氮的大量攝入產(chǎn)生了一定毒害作用，對(duì)微生物造成了較大影響，此時(shí)亞硝化菌、硝化菌、氨氮化菌的活性都會(huì)受到影響，對(duì)其產(chǎn)生抑制作用。受此影響，短期內(nèi)污泥顆粒沉速和粒徑未發(fā)生較大變化。另外，從表3 中還可以看出，進(jìn)水氨氮不會(huì)對(duì)顆粒污泥造成較為顯著的影響，而是需要持續(xù)一段時(shí)間，待其增大到一定程度后，顆粒污泥表面的抗沖擊負(fù)荷能力加強(qiáng)效果更為顯著。

表3 好氧顆粒污泥的物理特征

4 好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應(yīng)用

通過中試研究并分析影響因素，污泥顆粒的形成及沉降穩(wěn)定性與溶解性COD 密切相關(guān)。所以，可以將該項(xiàng)指標(biāo)作為市政污水處理工作的參考依據(jù)，在運(yùn)用好氧顆粒污泥工藝時(shí)，為了充分發(fā)揮該項(xiàng)工藝的作用，可以在曝氣前安排厭氧攪拌，利用該文提出的中試裝置對(duì)市政污水進(jìn)行處理，在該過程中注意控制影響因素及相關(guān)參數(shù)設(shè)置。之所以提出上述建議，主要有3 個(gè)原因。第一，上述建議對(duì)污水處理中有機(jī)物利用率的提升有所幫助，符合可持續(xù)發(fā)展要求。第二，對(duì)脫氮除磷幫助很大，避免工藝應(yīng)用中磷氮對(duì)其造成影響。第三，考慮到顆粒污染泥處理是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作，所以對(duì)其工藝作業(yè)的穩(wěn)定性要求較高，將該部分建議運(yùn)用到實(shí)踐工作中，有助于工藝持續(xù)穩(wěn)定作業(yè)。

5 總結(jié)

該文圍繞市政污水處理問題展開研究，以好氧顆粒污泥工藝的應(yīng)用作為重點(diǎn)研究對(duì)象，探究該項(xiàng)工藝在市政污水處理中的應(yīng)用。采用中試研究方法，對(duì)各個(gè)階段的污泥形態(tài)特點(diǎn)、進(jìn)水水質(zhì)與出水水質(zhì)變化展開觀察和測(cè)試分析。COD 的濃度、受污泥自身結(jié)構(gòu)都會(huì)對(duì)顆粒結(jié)構(gòu)造成影響，導(dǎo)致污泥顆粒的形成及沉降穩(wěn)定性發(fā)生改變。通過分析影響因素，加深對(duì)該問題的理解，提出一些建議，希望對(duì)市政污水處理工作的開展有所幫助。