好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應用

苑紹鵬

（北京北控京奧建設有限公司，北京 102100）

好氧顆粒污泥在濃度、沉降性能、結構密實度、抗沖擊負荷能力等多個方面具備較大優勢，所以成為污水處理首選材料[1]。與工業廢水相比，市政污水的波動幅度更小，水質穩定性能較高，增加了該工藝在污水處理中的應用難度，容易受到各項因素影響，難以發揮工藝作用[2]。目前，關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用方案[3]。該文嘗試運用中試裝置，探究好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應用問題，通過分析應用影響因素，提出一些好氧顆粒污泥工藝應用優化建議。

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條件的一種固定化顆粒，該材料的應用工藝是在特定條件下依靠自身特性轉變為固定化顆粒，此顆粒細胞自身得以固定化，對污水處理幫助很大[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，該工藝耗費資金較少，在成本控制方面所體現的優勢也很大。因此，很多污水處理工程都將此項工藝作為首選方法。由于工藝實施中比較容易受到各項因素干擾，導致污水處理功能難以充分發揮，對市政污水處理來說，達到理想化處理標準存在一定困難[5-6]。為了找到問題產生的根源，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用方法及效果，并以影響因素作為問題突破口進行研究。

2 好氧顆粒污泥工藝在市政污水處理中的應用

該應用研究借助中試裝置，以市政污水作為處理對象，將好氧顆粒污泥工藝應用至其中，觀察各個階段污泥形態變化，并對工藝的除污效能展開分析，從而對此項工藝的應用加深理解。

2.1 應用裝置

在好氧顆粒污泥工藝應用研究中采用中試裝置，通過調節氣動球閥、電磁閥、球閥等控制裝置，對污水采取處理。圖1 中試裝置。

圖1 中試裝置

該裝置中，布設了潛水泵、曝氣沉砂池、設備泵、儲氣罐、空氣壓縮機、空氣流量計等裝置，根據好氧顆粒污泥工藝作業原理，控制各個閥門及裝置作業狀態，從而對進水口的污水采取處理，將污水中的雜質從中分離開來，實現污水分離處理[7]。通過檢驗排放口的水質，能夠驗證該裝置作業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，作業有效高度H有效=5.25m，作業有效體積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。該部分參數為接下來實驗布設的有力支撐條件。

2.2 接種污泥與裝置作業啟動

本次應用研究以接種污泥作為處理對象，通過運行裝置去除污泥混合物中的污泥，流出清澈的水資源。其中，接種污泥來自某污水廠編號為Q3 的污泥平衡池。經過測試可知，該污泥池中污泥度為2700mg/L，經過計算得到參數VSS/SS數值為0.58 左右。

中試裝置作業初期，單個操作周期為4h，曝氣持續時間160min，進水持續時間15min，經過60min 的沉淀，從出水口將水排出，持續時間約為5min。裝置作業期間，沉降時間隨著污泥沉降變化發生改變，當污泥沉降量逐漸增加時，沉降時間自動下降。為了避免裝置作業周期保持不變，適當延長曝氣時間。

2.3 裝置運行基本條件

中試裝置運行分為4 個階段，分別是污泥解體期、外加碳源期、污泥顆粒化期、馴化培養期，通過控制各個時段裝置作業時間，控制各個階段裝置功能作業時間，從而保證裝置得以正常作業[8-9]。其中，各個階段供氣量控制范圍24.5m3/h～27.8m3/h。以下為裝置運行的具體條件。1）污泥解體期：進水口作業持續15min，曝氣作業165min～208min，經過60min～15min 沉淀排水，設置出水時間為5min。2）外加碳源期：進水口作業持續15min，曝氣作業208min，經過15min 沉淀排水，設置出水時間為5min。3）污泥顆粒化期：進水口作業持續15min，曝氣作業208min，經過15min 沉淀排水，設置出水時間為5min。4）馴化培養期：進水口作業持續15min，曝氣作業208min，經過15min 沉淀排水，設置出水時間為5min。

2.4 應用分析方法

本次應用研究按照國家標準方法，嚴格控制各項參數，使污水處理結果更加精準。其中，pH 值的測定，采用玻璃電極法；污泥沉降速度的控制，采用自由沉降法；DO 參數控制，采用便攜式溶氧儀進行控制；顆粒污泥密度的測定，采用蔗糖溶液濃度梯度法；顆粒粒徑的測定，以曝氣階段為測定時段，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構，以攝像的方式獲取更加全面的溶液組成信息，作為污泥形態檢測依據。

2.5 應用結果分析

本次應用研究的污水處理廠所處地理位置比較復雜，在其上游分布著居民區、工業區、垃圾處理廠，所以進水水質容易受到多項因素干擾，主要體現在居民生活規律、工廠作業排放情況、自然氣候變化、季節變化等。這些因素的變化，都會對水質造成一定干擾，所以本次應用研究對進水水質情況進行了分析。其中，NH4+-N 值17.00mg·L-1～213.86mg·L-1，均值為37.35mg·L-1，標準偏差為29.40mg·L-1；TP 值1.76mg·L-1～6.89mg·L-1，均值為4.16mg·L-1，標準偏差1.43mg·L-1；TN值23.60mg·L-1～217.92mg·L-1，均值為46.02mg·L-1，標準偏差為28.24mg·L-1；COD 值271.88mg·L-1～1838.79mg·L-1，均值為620.23mg·L-1，標準偏差為296.44mg·L-1；SS 值200.00mg·L-1～1589.96mg·L-1，均值為582.98mg·L-1，標準偏差為343.79mg·L-1；pH 值為6.32～8.14，均值為7.35，標準偏差為0.62；溫度為11.5℃～24.98℃，均值為19.98℃，標準偏差為2.22℃。

獲取以上進水水質基本信息后，按照設計的應用測試方法，對各個階段的污泥形態特點進行測試分析。接種污泥主要呈現出絲狀菌，并且菌膠團比較薄，沉淀性能比較差。運用好氧顆粒污泥工藝后，進入馴化培養期，從污泥的形態變化來看，其內部微生物開始適應環境生長繁殖，導致菌膠團開始變厚，抑制了絲狀菌，導致其數量逐漸減少，對污泥的沉淀性能造成了正面影響。當其進入顆粒化階段時，微生物生長速度逐漸下降，由于沉淀時間比較短，導致污泥濃度出現下降變化趨勢。為了改善污泥沉淀性能，開啟好氧顆粒污泥工藝應用55d 以后，向其中添加葡萄糖，保持進水COD保持100mg/L 左右。持續4 天后，顆粒化過程基本結束，此時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。當工藝應用60d 時，受到上游廢水排放的影響，污泥開始解體，器皿內污泥的沉淀性能下降，幾乎看不到后生動物和原生動物。

另外，本次測試還對好氧顆粒污泥工藝的除污效能進行測試分析，主要對進水水質和出水水質進行檢測，對比工藝應用前后，各個階段水質的變化情況。表1 和表2 為不同階段水質變化統計結果。

表1 進水水質變化統計

表2 出水水質變化統計

將表1 和表2 中的統計數據進行對比，發現進水水質的COD 濃度較低，并且不同階段該項參數數值變化幅度較大，存在同樣變化幅度較大的參數是氨氮濃度，并且該參數的數值偏高。如果COD 的濃度偏低，工藝應用中污染物去除率會有所下降，并且下降的幅度比較大。另外，工藝階段設置中因缺少缺氧反硝化階段，所以很難穩定控制TN 的去除狀態，水中積累了部分NH2--N 和NH3--N，其出水濃度均隨著污泥顆粒化的變化而減少。由此可以推斷，在好氧條件下，受污泥自身結構的影響，顆粒內部會產生反硝化反應，同時會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用影響因素，本次調整了兩個研究基礎條件：1）進水COD 濃度和氨氮濃度波動幅度較大。2）設置進水溶解態COD 含量，約為總量40%。

試驗結果顯示，絮體受顆粒態COD 的影響較大，對絲狀菌的生長具有一定抑制作用，顆粒結構表現得比較松散。另外，顆粒態COD 的影響因素為原生動物、后生動物、顆粒滋生絲狀菌，顆粒污泥呈現出不同形態。從原生動物和顆粒形態變化可知，顆粒形成主要受顆粒態COD 的影響，導致顆粒形狀不規則。在此基礎上，為了深入探究影響因素，向其中添加葡萄糖，增加COD 的濃度，此時不需要考慮顆粒結構對其造成的負面影響。由此可以推斷，導致顆粒解體的主要影響因素為氨氮濃度波動。

3.2 影響因素驗證

為了檢驗上述影響因素推論的可靠性，本次試驗按照一定比例配水，以顆粒污泥作為試驗原材料，對其氨氮沖擊負荷性能展開試驗分析。取20mL 顆粒污泥作為試驗對象，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，控制進水氨氮用量，監測工藝應用狀況。通過測試好氧顆粒污泥的物理特征，對污泥工藝應用影響因素進行驗證分析，結果如表3 所示。

表3 統計結果顯示，顆粒污泥密度會隨著進水氨氮濃度的增加而減小，雖然對污泥沉降速度和粒徑大小也會造成一定影響，但是影響過小，可以忽略不計。階段性試驗中發現，進水氨氮值的增加，導致絲狀菌產量逐漸增加。該試驗未發現絲狀菌大量繁殖，產生該現象的主要原因可能是氨氮的大量攝入產生了一定毒害作用，對微生物造成了較大影響，此時亞硝化菌、硝化菌、氨氮化菌的活性都會受到影響，對其產生抑制作用。受此影響，短期內污泥顆粒沉速和粒徑未發生較大變化。另外，從表3 中還可以看出，進水氨氮不會對顆粒污泥造成較為顯著的影響，而是需要持續一段時間，待其增大到一定程度后，顆粒污泥表面的抗沖擊負荷能力加強效果更為顯著。

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定性與溶解性COD 密切相關。所以，可以將該項指標作為市政污水處理工作的參考依據，在運用好氧顆粒污泥工藝時，為了充分發揮該項工藝的作用，可以在曝氣前安排厭氧攪拌，利用該文提出的中試裝置對市政污水進行處理，在該過程中注意控制影響因素及相關參數設置。之所以提出上述建議，主要有3 個原因。第一，上述建議對污水處理中有機物利用率的提升有所幫助，符合可持續發展要求。第二，對脫氮除磷幫助很大，避免工藝應用中磷氮對其造成影響。第三，考慮到顆粒污染泥處理是一項長期工作，所以對其工藝作業的穩定性要求較高，將該部分建議運用到實踐工作中，有助于工藝持續穩定作業。

5 總結

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用作為重點研究對象，探究該項工藝在市政污水處理中的應用。采用中試研究方法，對各個階段的污泥形態特點、進水水質與出水水質變化展開觀察和測試分析。COD 的濃度、受污泥自身結構都會對顆粒結構造成影響，導致污泥顆粒的形成及沉降穩定性發生改變。通過分析影響因素，加深對該問題的理解，提出一些建議，希望對市政污水處理工作的開展有所幫助。