聶驥，羅宇，高仁富，呂丹丹，李昌，陳曉新

(東江環(huán)保股份有限公司，廣東 深圳 518000)

目前，國(guó)內(nèi)外污水處理已開展較深的研究，其中較為普遍的是活性污泥處理法，具有成熟的處理技術(shù)、多樣化的工藝結(jié)構(gòu)、高效的處理效果等，但污水處理產(chǎn)生的剩余污泥問題亟須解決，如污泥中含有的病原微生物、寄生蟲及重金屬極易造成二次污染[1]。這些問題一直制約著污水處理廠的穩(wěn)定運(yùn)行，而在傳統(tǒng)活性污泥處理法中顯得尤為突出[2]。近10 a，活性污泥工藝快速發(fā)展，我國(guó)城市污泥產(chǎn)生量增長(zhǎng)近12倍[3-4]。在環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的形勢(shì)下，安全有效地實(shí)現(xiàn)污泥減量化迫在眉睫，污泥減量技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。污泥原位減量技術(shù)是在不改變處理工藝前提下，通過各種手段減少污泥，既能提高污水處理后的水質(zhì)，又能從源頭上減少污泥產(chǎn)生[5]。

污泥原位減量機(jī)理研究主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行開展：①解偶聯(lián)技術(shù)；②利用生物捕食作用污泥減量；③促進(jìn)微生物隱性生長(zhǎng)[6-11]。國(guó)內(nèi)外也對(duì)污泥原位減量技術(shù)開展了一些研究。李俊等探討投加MCMP應(yīng)用于曝氣池中的污泥減量技術(shù)，污泥減量達(dá)到80%以上[12-14]；蔡勛江等[15-16]考察微生物菌劑與活性污泥的污水處理技術(shù)結(jié)合處理污水時(shí)的污染物污泥減量效果，基本上不產(chǎn)生剩余污泥；趙鑫等[17]投加2%的微生物復(fù)合菌劑于序批式活性污泥反應(yīng)器(SBR)系統(tǒng)后，有效減少污泥產(chǎn)生，污泥原位減量達(dá)到20.8%，出水水質(zhì)較好，同時(shí)提高了氨氮和總磷的去除率。

目前，對(duì)于有效微生物菌群(EM)用于污水處理廠污泥原位減量方面的研究較少。因此，筆者根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)，投入EM于污水處理系統(tǒng)，通過改善活性污泥中的活性，減少污水處理廠剩余污泥的產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)污泥 “源頭控制”。本研究考察該EM在污水處理系統(tǒng)中對(duì)污泥原位減量效果以及出水水質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)設(shè)備如圖1所示，共設(shè)2套設(shè)備，中試設(shè)備采用鋼制合建式，每組設(shè)備容積為4.10 m3，日處理水量為5 m3·d-1。設(shè)備生化處理采用厭氧-缺氧-好氧(A2O)工藝，其中厭氧、缺氧、好氧階段、二沉池的水力停留時(shí)間分別控制為1.50、4.20、7.96、6.05 h。與濱河污水處理廠A2O工藝水力停留時(shí)間基本一致。試驗(yàn)中好氧池的溶解氧(DO)為3～4 mg·L-1，混合液污泥濃度(MLSS)為2 000～3 000 mg·L-1，運(yùn)行方式為連續(xù)運(yùn)行。第1套設(shè)備(裝置1)投加EM，投加量為處理水量0.01%，第2套設(shè)備(對(duì)照裝置)不投加EM作對(duì)照。

圖1 中試設(shè)備的情況

試驗(yàn)使用的活性污泥來(lái)自深圳市濱河污水廠，污泥濃度在3 000 mg·L-1左右。試驗(yàn)使用的污泥減量菌劑EM取自愛睦樂環(huán)保生物技術(shù)〔南京〕有限公司。中試設(shè)備進(jìn)水取自濱河污水廠藍(lán)天區(qū)A2O工藝曝氣沉砂池出水。

1.2 試驗(yàn)過程

向2套設(shè)備內(nèi)接種濱河污水處理廠A2O系統(tǒng)二沉池進(jìn)泥的活性污泥進(jìn)行馴化培養(yǎng)，經(jīng)過一段時(shí)間培養(yǎng)后實(shí)行正常運(yùn)行。每天檢測(cè)進(jìn)、出水水質(zhì)、30 min污泥沉降比(SV30)和污泥指標(biāo)。通過3周的馴化培養(yǎng)，2套設(shè)備出水的化學(xué)需氧量(COD)降至40 mg·L-1左右，污泥濃度在3 000 mg·L-1左右，污泥指數(shù)(SVI)在100左右，表明污泥活性較好，設(shè)備已啟動(dòng)成功。從2015年6月4日開始向設(shè)備1內(nèi)投加EM(黃褐色液體，活菌數(shù)在1012個(gè)·mL-1)，投加量為處理水量的0.01%，其中6月4—6日，2套設(shè)備3 d不排泥，以后每天排泥，維持設(shè)備中污泥濃度在2 000～3 000 mg·L-1。

1.3 分析方法

每天對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)、出水的瞬時(shí)樣品進(jìn)行采樣，分析測(cè)定COD、水質(zhì)中懸浮物(SS)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)，對(duì)設(shè)備好氧池處和排泥處分別取樣，測(cè)定MLSS和揮發(fā)性污泥濃度(MLVSS)，并計(jì)算污泥累計(jì)平均減量率，分析方法均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行[18]。

污泥累計(jì)平均減量率=(H0-H1)/H0；

總產(chǎn)泥量累計(jì)平均值=S1+S2+S3。

式中：H0為對(duì)照組總產(chǎn)泥量累計(jì)平均值；H1為設(shè)備組總產(chǎn)泥量累計(jì)平均值；S1為出水SS帶走泥量累計(jì)平均值；S2為排泥量累計(jì)平均值；S3為生物池污泥變化量累計(jì)平均值，累計(jì)平均值為第n天相對(duì)第1天污泥量的平均變化量。

2 結(jié)果與分析

2.1 投加生物制劑前的進(jìn)水水質(zhì)

2015年6月對(duì)照組與菌劑組的各項(xiàng)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)平均值如表1所示。

表1 投加生物制劑前的進(jìn)水水質(zhì)

由表1數(shù)據(jù)分析可知，對(duì)照組和菌劑組進(jìn)水濃度有一定差異，這與進(jìn)水采用人工取樣混合有一定的關(guān)系，但誤差較小，可忽略不計(jì)。

2.2 污泥減量效果

從圖2可以看出，由于前3 d對(duì)照組和菌劑組均不排泥，減量率數(shù)值變化波動(dòng)很大，可視為無(wú)效數(shù)據(jù)。投加菌劑后的前7 d，污泥減量率呈波動(dòng)變化，第8天開始污泥減量率趨于穩(wěn)定，且此后波動(dòng)均較小。將前8 d視為EM馴化期，第9～24天視為EM作用期，實(shí)驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行24 d。在EM作用期內(nèi)，設(shè)備1污泥累計(jì)平均減量率穩(wěn)定在20%以上，最高可達(dá)25.15%，說(shuō)明投加EM可對(duì)污泥產(chǎn)生一定的減量效果。

圖2 處理設(shè)備污泥累計(jì)平均減量率

由圖3可知，試驗(yàn)期間，裝置1的MLVSS/MLSS值大部分高于對(duì)比裝置的MLVSS/MLSS值。MLVSS/MLSS值升高可能是由于污泥無(wú)機(jī)組分被分解為非常細(xì)小的顆粒(<1 μm，小于測(cè)出水SS的濾紙孔徑)，隨出水流出，表明投加EM后，能有效促進(jìn)微生物生長(zhǎng)[14]。

圖3 處理設(shè)備MLVSS/MLSS

2.3 污水處理效果對(duì)比

試驗(yàn)期間各設(shè)備的出水SS、COD、NH3-N和TP指標(biāo)見圖4。

圖4 不同污水處理設(shè)備效果對(duì)比

由圖4可知，裝置1出水SS濃度已達(dá)標(biāo)，而對(duì)照組出水SS濃度未達(dá)標(biāo)，2套設(shè)備對(duì)SS處理效果是弱于濱河污水處理廠的。這主要與實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工藝條件有一定的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)設(shè)備二沉池直接出水，使用攪拌代替二沉池刮泥，攪動(dòng)力度過大，同時(shí)后續(xù)又無(wú)過濾，因此，導(dǎo)致出水SS偏高。相比較而言，裝置1出水SS平均濃度為13.75 mg·L-1，而對(duì)照裝置出水SS平均濃度為25.21 mg·L-1。可見，裝置1對(duì)SS處理效果優(yōu)于對(duì)照設(shè)備。

2套設(shè)備出水COD濃度均已達(dá)標(biāo)，且對(duì)COD處理效果弱于濱河污水處理廠。相比較而言，裝置1出水COD平均濃度為30.76 mg·L-1，而對(duì)照裝置出水COD平均濃度為40.88 mg·L-1，表明裝置1對(duì)COD處理效果是優(yōu)于對(duì)照裝置。這可能是由于EM含有部分微生物，能分泌各類水解酶，分解系統(tǒng)內(nèi)大分子有機(jī)物，有利于微生物吸收，從而利于有機(jī)物的進(jìn)一步降解。

對(duì)照裝置出水NH3-N濃度均值為4.37 mg·L-1，裝置1出水NH3-N濃度均值為2.28 mg·L-1，2套設(shè)備出水NH3-N濃度均已達(dá)標(biāo)，其中裝置1對(duì)NH3-N處理效果最好，甚至優(yōu)于濱河污水處理廠。這可能是由于EM可以強(qiáng)化硝化菌等微生物的優(yōu)勢(shì)地位，促進(jìn)對(duì)NH3-N的去除。

2套設(shè)備出水TP濃度均未達(dá)標(biāo)，對(duì)TP處理效果弱于濱河污水處理廠。這是由于污水處理廠除了生物除磷外，還通過化學(xué)藥劑來(lái)提高除磷效果。但此試驗(yàn)設(shè)備未投加其他化學(xué)藥劑。對(duì)照裝置出水TP濃度均值為0.84 mg·L-1，裝置1出水TP濃度均值為0.46 mg·L-1，表明裝置1對(duì)TP處理效果優(yōu)于對(duì)照裝置。

總之，裝置1出水的COD、SS、TP和NH3-N均優(yōu)于對(duì)照組，菌劑不會(huì)增加出水水質(zhì)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，且能提高出水水質(zhì)。

3 污泥減量機(jī)理探討

試驗(yàn)中投加EM能夠?qū)崿F(xiàn)污泥減量，主要原因可能是EM能強(qiáng)化污泥生態(tài)系統(tǒng)的生物活性，其作用機(jī)理為以下3個(gè)方面：(1)優(yōu)化微生物群落關(guān)系。EM菌是以光合細(xì)菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為主復(fù)合而成的一種微生物菌制劑，能夠快速適應(yīng)環(huán)境，使活性污泥生態(tài)系統(tǒng)中有益菌種占據(jù)優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化微生物群落結(jié)構(gòu)，改善活性污泥性能和代謝水平[12,17]。(2)微生物強(qiáng)化作用。EM菌能提升活性污泥中土著微生物代謝強(qiáng)度，從而分泌較多有機(jī)酸、胞外水解酶，將活性污泥中大分子有機(jī)物降解為更易被微生物利用的小分子有機(jī)物，加快對(duì)活性低的細(xì)胞水解作用，轉(zhuǎn)化為可溶解的有機(jī)物，因此，投加EM不會(huì)對(duì)出水水質(zhì)和污水處理效果產(chǎn)生影響[14,19]。(3)延長(zhǎng)污泥齡、降低污泥負(fù)荷。在活性污泥生態(tài)系統(tǒng)中投加EM菌后，能有效減少污泥的產(chǎn)生，減少處理設(shè)備排泥量，從而延長(zhǎng)了污泥齡，相應(yīng)地降低了污泥負(fù)荷。與此同時(shí)，通過對(duì)活性低的細(xì)胞進(jìn)行水解，有效提高了活性污泥的活性，強(qiáng)化了生物捕食作用[20-21]，從而實(shí)現(xiàn)污泥減量。

4 小結(jié)

將EM菌劑投入到A2O系統(tǒng)設(shè)備后，有效減少了污泥產(chǎn)生量。在實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行24 d內(nèi)，相對(duì)于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組污泥原位減量達(dá)到25.15%，不改變污泥性狀，能有效提高出水水質(zhì)，同時(shí)還可以提高對(duì)污水COD、SS、TP和NH3-N的去除率。

在利用EM進(jìn)行污泥原位減量時(shí)，直接將EM投入到A2O系統(tǒng)的好氧反應(yīng)段，能夠使其與系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥進(jìn)行結(jié)合，另外不需增加特殊的處理單元，無(wú)需對(duì)原有系統(tǒng)的處理設(shè)施和運(yùn)行方式進(jìn)行改變，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，能達(dá)到污泥原位減量的目標(biāo)。