污水處理廠活性污泥的培養研究

張金勝

（天脊潞安化工有限公司，山西 長治 047599）

0 引言

在合成氨工藝中，由于各種因素影響，其不可避免將產生大量工業廢水，在此類工業廢水中，典型的污染物則是高濃度氨氮，該類物質對于環境的污染作用相對較為突出，而傳統污水處理工藝對其的處理效果又較為有限，這就需要研究一種占地面積小、氨氮去除率高、系統穩定且運行成本低的污水處理工藝。目前基于活性污泥的處理工藝與上述要求具有更高契合度，因此可基于此展開進一步研究。

1 實驗方案設計

根據合成氨廢水處理的實際需要，本次采用序批式反應器（下簡稱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 本次應用的SBR 反應器示意圖

除SBR 反應器作為主要設備外，本次同時使用空氣泵、電磁閥、時間控制器、分光光度計和pH 計等實驗設備進行實驗。

確定以上實驗設備后，選用某化肥廠曝氣池中的黑褐色絮狀污泥作為原材料進行培養，該污泥的活性相對較差，首先對其進行悶曝24 h 處理以恢復其活性，而后再將其接種至SBR 反應器中進行培養，SBR的運行參數則如表1 所示。

表1 活性污泥培養中SBR 的運行參數

2 不同參數對活性污泥處理效果的影響分析

為探究不同參數如何影響活性污泥的培養效果，在本環節的實驗中，當污泥培養環節完成后，應用污泥處理模擬的合成氨工業廢水，并對相關參數進行調整，對不同參數的影響進行分析。具體來看，本環節實驗主要通過以下幾個方面進行。

2.1 不同堿度對污泥效果處理的影響

在該步驟中，設置5 個梯度的堿度，對不同堿度下好氧污泥物理性質和穩定性的變化情況進行分析，得到的分析結果如圖2 所示。

圖2 不同堿度下污泥的處理效果

如圖2 所示，隨著堿度的提高，出水氨氮濃度也隨之降低，當堿度（以CaCO3計）提升至3 000 mg/L時，氨氮質量濃度將下降至1 mg/L 以下。而亞硝酸鹽的濃度則在2 750 mg/L 時達到峰值，此時硝酸鹽累積率則處于最小值。綜合以上結果可知，當堿度在2 750～3 000 mg/L 時，本次污泥對氨氮的去除率相對較高，且亞硝酸鹽累積率也達到最大值，這與高堿度滿足氨氮降解所需量存在直接相關[1-2]。

2.2 不同曝氣量對污泥處理效果的影響

二是分析不同曝氣量對污泥處理效果的影響，在該步驟中，設置曝氣量為五個梯度，分別為80、140、200、260、300 L/h，其對應的表面上升氣速則分別為0.74、1.30、1.85、2.40、2.78 cm/s，以此進行實驗，得到的實驗結果如圖3 所示。

圖3 不同曝氣量下的污泥處理效果

如圖3 所示，在不同曝氣量下，出水氨氮、亞硝態氮和硝態氮濃度均呈現出一定的變化規律，整體來看，增加曝氣量對提升氨氮去除率難以取得顯著的效果，氨氮去除率的最高值為93%左右，對應曝氣量140 L/h。同時，亞硝態氮的濃度隨曝氣量的增加先升后降，當曝氣量為140 L/h 時，亞硝態氮的質量濃度達到最大值520 mg/L，此時的亞硝酸鹽積累率也達到最大值93%。據此綜合分析可知，當曝氣量為140 L/h左右時，污泥對氨氮的去除和對亞硝態氮的積累均達到相對較優的水平[3]。

2.3 不同pH 值對污泥處理效果的影響

三是對pH 值的影響因素進行分析。在該步驟中，控制其他因素不變，使用鹽酸和氫氧化鈉對反應體系的pH 值進行調節，以得到五個梯度的pH 值，分別為6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，以此進行測試，得到的實驗測試結果如圖4 所示。

圖4 不同pH 下的污泥處理效果

根據圖4 的數據變化情況不難看出，廢水中的氨氮濃度隨著pH 值的增大而逐漸降低，當pH 增大到8.5 時，出水氨氮濃度幾乎為零。而針對亞硝態氮質量濃度這項指標而言，其隨著pH 值的增大，則呈現出先升后降的趨勢，當pH 為8.0 時，亞硝酸鹽積累率達到峰值，約為93.2%。同時，從硝態氮質量濃度的變化曲線來看，當pH 在6.5～7.5 時，其逐漸上升至90 mg/L；當pH 進一步增大到8.0 時，其又下降值34 mg/L；而當pH 進一步增大到8.5 時，硝態氮質量濃度又迅速飆升至350 mg/L，其波動態勢較為明顯。據此進行綜合分析后可知，當pH 為8.0～8.5 時，好氧顆粒污泥對氨氮的去除率達到最大，同時亞硝酸鹽積累率也達到最大值。

2.4 最優運行參數下的實驗結果

綜合以上分析結果，以上述實驗所獲得的最優運行參數進行重復實驗，具體實驗參數為：反應體系堿度為2 900 mg CaCO3/L、曝氣量140 L/h、pH 值為8.2，同時保持其他參數不變，研究污泥在以上最優運行參數下的效果，實驗結果如圖5 所示。

圖5 最優運行參數下的實驗結果

根據圖5 的數據可知，基于上述“最優運行參數”，污泥對氨氮的處理效果始終處于較高水平，去除率指標維持在95%以上，出水氮質量濃度低于20 mg/L，達到了GB 13458—2013 的標準[4]，證明本次活性污泥培養的實驗方案較具可行性。

3 實際應用測試

在確定活性污泥培養的最優參數后，將其應用于某化工企業的合成氨廢水處理，觀察其對合成氨工業廢水中的氨氮和COD的處理效果，其效果圖如圖6 所示。

圖6 實際處理效果圖

根據該圖中的指標數據變化可知，當實際合成氨廢水占進水的25%時，第1 d 的出水氨氮質量濃度為9.1 mg/L，隨后4 天，出水氨氮質量濃度在0.3～1.2 mg/L 范圍內，亞硝態氮和硝態氮濃度也趨于穩定。第1 d 出水氨氮濃度較高的原因可能是污泥還未適應實際廢水，加之部分合成氨工業廢水的加入，對污泥產生了抑制作用。隨著實際廢水加入比例提高至50%，出水氨氮質量濃度在第6～13 d 維持在0.2～1.4 mg/L 之間，出水亞硝態氮質量濃度維持在400～430 mg/L 之間，出水硝態氮質量濃度低于70 mg/L。同時，將實際廢水的加入比例從25%提高至50%時，出水氨氮濃度維持穩定，而亞硝態氮和確態氮卻有所下降，這是因為進水水質有所波動，進水氧氮濃度在這一階段有所減少造成了出水亞硝態氮和硝態氮都有所下降[5]。在此基礎上進一步綜合分析可知，在處理過程中，污泥對氨氮和COD 的去除率始終在93%以上，達到了GB 13458—2013 的標準，證明本次培養的活性污泥在處理實際合成氨工業廢水方面也有著較優的效果。

4 結語

整體來看，在本次研究工作中，對面向合成氨廢水處理的污泥培養實驗流程進行了著重研究，同時在此基礎上，進一步探討了反應體系堿度、曝氣量和pH值三項重要指標對污泥實際運行性能的影響，以此得到最優參數，最后實驗研究了該污泥對實際合成氨工業廢水的處理效果。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。