基于分散小型規模養殖戶的村鎮污水站利用缺氧顆粒污泥除磷脫氮低成本運行的研究

王金倩 向星 魏文濤

[摘要]以具有小型規模養殖戶的農村污水為研究對象，采用實驗室配水水質，選用間歇進水方式，分三階段進行梯度式生物馴化培養，每段為期30天，每12h測定出水中COD、氨氮、磷源變化濃度，計算去除效率。結果表明，經過馴化的厭氧菌能夠對高負荷村鎮污水進行較高程度的處理。COD去除率達87.5%，磷去除率達63%，氨氮去除率達73.8%，基本滿足地區要求二級標準，較之深井工藝，節省運作費用310.5元/d。

[關鍵詞]農村污水；污泥馴化；去除率；運行費用

[中圖分類號]X703.1 [文獻標識碼]A

自中共中央將“三農”問題寫入工作報告，到2018年已過去15年，“三農”問題一直都是社會討論的重點與難點，尤其是農村的污水處理問題。農村生態環境面積占中國國土的三分之二，全國人口中，居住鄉村的人口為74471萬人，占總人口的57.01%，然而，農村的污水處理現狀卻不容樂觀。以農村污水處理走在全國前列的江蘇省為例，常熟市305座污水處理設施中，約72.5%的設施處于停運閑 置或者無法正常運行的狀態。可見，污水處理系統覆蓋率不是問題的關鍵，而是否能夠運行，運行經濟成本才是“重中之重”，尤其是具有時間性、水量小、高負荷、高氮磷特點的村鎮污水。針對其特點國內學者較多關注處理設施的構建，而適用于村鎮污水的高性能活性污泥卻鮮有報道。本實驗以具有分散小型規模養殖戶的村鎮為研究對象，分析其污水特性，通過實驗室馴化，獲得可適應此嚴苛生存條件的高性能缺氧顆粒污泥。

1 材料與方法

1.1 主反應器

實驗使用上流式厭氧污泥床反應器（Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB），設計反應器有效容積約為 10.38L，進水水量為120～300mL/min，間隔24h進水，進水未去除溶解氧，污泥處于缺氧狀態，接種污泥為遼寧省撫順市三寶屯污水處理廠的厭氧池污泥。實驗過程中每 12h測定每反應器水質的COD、TP、NH4+-N濃度，算出去除率。

1.2 實驗方案

根據孫瑞敏、王亮等人的研究水質數據，參考李金頁的污泥馴化方法，以營養鹽濃度梯度遞增的進水馴化污泥，碳源由葡萄糖提供，磷源由磷酸二氫鉀提供，氮源由氯化銨提供，每階段反應30天，詳見表1。

2 實驗結果與討論

2.1 低負荷階段

系統運行至第4天，COD 的去除率明顯提高，達到 64.7%。連續運行10 天，COD 去除率緩步上升，并穩定至 72.3%，此時認為反應器啟動成功。繼續運行，反應器內 COD 的去除率進一步得到提高，直至階段結束，達到 79.4%，出水 COD 濃度為 105.9mg/L磷源去除率在第10天時達到此階段峰值，去除率為49.8%，隨后明顯下降，可見此階段系統在前期階段除磷能力不夠穩定，需要繼續進行培養馴化。氨氮去除效率逐步提高，系統運行至30天時，氨氮去除率達55%，并仍有提升空間。

2.2 高負荷階段

本階段進水COD負荷提升至1000mg/L，磷酸鹽、銨鹽濃度依然三個階段添加。此階段為系統運行的第31～60天，污泥表現出良好的沉降性能，污泥更加穩定，并開始出細微小顆粒化的現象。COD去除率穩定提升至系統運行的第60天，COD的去除率達到82.2%，出水COD濃度為178.5mg/L。磷源去除率在第50天后逐漸穩定并有所提升，至階段結束除磷率達49.8%，表現一定的增長空間。氨氮去除率表現良好，表現逐步提升。

2.3 高負荷穩定階段

本階段仍以30天為期，此階段系統逐步穩定，COD、磷源、氨氮去除率均表現為穩定增長，污泥顆粒較之第一階段有明顯增大，沉降性能進一步提升。至反應結束COD、磷源、氨氮去除率分別為87.5%、63%、73.8%，仍在穩步提升，推測長時間連續培養可形成更加穩定的顆粒污泥系統，可滿足農村污水處理特點。現階段馴化系統，基本達到地方農村污水排放標準要求的二級標準，極大地降低了農村污水處理站的運行成本。

以較為節省成本的深井曝氣工藝為例，每立方米廢水耗電1.85kwh，電費0.55（以0.30元/kwh計），設備折舊0.485元/m3，處理300m3/d的用水量，即可節省310.5元/d，有效且合理解決了污水站因處理成本過高而無法正常運行的情況。

3 結論

經過三個階段的馴化，污泥活性高，處理能力逐步穩定，COD、磷源、氨氮的去除率最終為87.5%、63%、73.8%，仍表現逐步提高的趨勢，存在可提升的空間。間歇式進水方式可以合理解決農村地區污水水量不穩定且日均水量小的問題，也可解決受季節影響的污水處理水量波動，同時能夠有效節省污水站運行成本，降低耗電量。

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