好氧颗粒污泥处理高氨氮化肥工业废水的研究

蔡佳青

（广东联泰环保股份有限公司广东汕头515041）

好氧颗粒污泥处理高氨氮化肥工业废水的研究

蔡佳青

（广东联泰环保股份有限公司广东汕头515041）

当前我国水资源污染严重，受污染水主要体现为水体氮氨营养超标，污染情况日趋严重。传统活性污泥法很难解决现实污水中高氮氨问题。好氧颗粒污泥法具有较好抗化学毒素，沉降效率高，污水和污泥易分解，能够有效改善污水处理系统的处理效果和处理成本。本文研究利用好氧颗粒污泥来处理现实化学肥料企业污水，分析驯化过程中好氧颗粒污泥的污染物去除效果变化和物理性质变化，从而研究好氧颗粒污泥法对高浓度氨氮污水的处理效果。

好氧颗粒污泥法；驯化；氨氮污水

1　引言

化肥企业污水属于高浓度氮氨污水[1]，由于化肥企业生产尿素和氨等化肥时形成的废水，这种废水是造成水资源中氮氨的主要来源。传统活性污泥法很难解决现实污水中高氮氨问[2]。首先，传统活性污泥法要求有大容量的二沉池分解污泥和水，微生物很难保存，沉降花费时间长；其次，现实污水中高氮氨浓度会影响传统污水处理系统的处理效果，同时污水中的氰化物和硫化物等有毒化学成分也会影响处理效果；最后，尽管A2/O工艺技术能够一定程度上脱氮，但是硝化污水和污泥的回流致使处理系统电能消耗和成本显著增长，传统活性污泥法中很难产生反硝化反应，因而脱氮效果不理想[3]。

2　待处理污水水质和好氧颗粒污泥

本文研究中所用好氧颗粒污泥颗粒[4]的平均粒径约为1.73mm，MLSS约为7000mg/L，其在处理COD为600mg/L，C:N:P为100:5:1的模拟化肥企业污水时，对COD、NH4+-N及TN的去除率分别为95.8%、98.7%和82.6%左右。本文研究所用的化肥原料企业污水来自广东省某化肥厂废水，表1显示了该废水中几种主要污染元素及其浓度，pH值在10～11左右。通过向现实化学肥料企业污水中添加适量的乙酸钠和磷酸二氢钾，为微生物生长提供必要的磷和碳，并且使污水中的C:N:P的比值维持在100:10:1左右，即COD浓度约为1800mg/L，NH4+-N浓度约为200mg/L，TP浓度约为20mg/L，此外用乙酸钠、氯化铵和磷酸二氢钾配制同比例但COD浓度分别为600mg/L、1200 mg/L和1800mg/L的模拟的化肥企业污水，三者均由NaHCO3调节pH在8～9之间[5]。

表1　化肥企业废水主要污染物及其浓度

3　研究方案

本文研究中好氧颗粒污泥的接种装置是自制的序批式生物反应器（SBR）[6]。该反应器高度为500mm，内径为70mm，总有效体积为1.2L。利用继电器协调蠕动泵和电磁式增氧泵工作，从该反应器头部注水，中部排水，电磁式增氧泵压缩空气通过装在反应器底部的小孔曝气头进入水中，使用空气流量计测量气体流量，使用恒温水加热维持反应器温度约26℃。

本文实验研究设计为培养好氧颗粒污泥分两部分进行。第一个部分为模拟的化肥企业污水驯化，这个部分注入的污水COD浓度分别为600mg/L、1200mg/L和1800mg/L的模拟污水；第二部分为现实化肥企业污水驯化，这个部分注入的污水使用COD浓度为1800mg/L的模拟企业污水和现实企业污水混合而成，利用依次增加现实污水百分比的方法培养好氧颗粒污泥，实验中配入比分别为：25%、50%、100%。在实验进行过程中，分析好氧颗粒污泥对主要污染物处理效果及其物理性质的变化。同时，也利用周期实验分析培养后好氧颗粒污泥对主要污染物的实际分解过程以及水中N的形态变化规律。

4　实验结果与分析

4.1驯化过程中好氧颗粒污泥的污染物去除效果变化

为了研究好氧颗粒污泥对现实高氨氮化肥企业污水的处理效果，实验对好氧颗粒污泥进行分阶段培养。实验第1～16天是对模拟的企业污水驯化过程，第1天出水COD浓度为43mg/L，去除率为90.3%，与驯化前模拟污水的COD去除率有一定程度的下降，主要是因为模拟污水中C/N比出现了变化，污水中氨氮浓度增加了约一倍，导致微生物的活性在一定程度上变差，然而经过一段时间微生物逐步适应污水水质，颗粒污泥对COD的去除率出现好转，尽管过程中由于注水量有所增加，造成COD去除率上下波动，但是没用多久能够达到稳定，在第16天时对COD的去除率大体维持在93.8%左右，出水约为81mg/L；另一方面，好氧颗粒污泥对NH4+-N和TN的去除率也受到相应影响，但二者的波动幅度比较大，到第15d对NH4+-N和TN的去除率分别为94.8%和75.2%，出水为7.9mg/L和37.8mg/L。相比驯化前颗粒污泥对模拟废水的处理效果，污染物负荷冲击对NH4+-N和TN的降解性能影响较大，对COD的影响不明显。

第17～46天是现实化肥企业污水驯化过程，对现实企业污水配入比为25%的前期，出水COD的去除率仅达到91.8%，COD浓度达到110mg/L，造成这样结果的原因是注入了现实化肥企业污水，其污水中包含的有毒化学物质和复杂的组成成份阻碍了微生物活性。过了一段时间去除率稳步回升，在第30天对现实企业污水配入比为50%的中期，出水COD的去除率达到95.1%。在第32天对现实企业污水配入比为100%的后期，由于污水中有毒化学成分显著增加，造成微生物活性显著降低，进而COD的去除率明显降低，再驯化一段时间之后，COD去除率再次出现提高，在第42～46天COD去除率大体在94.2%左右。

4.2驯化过程中好氧颗粒污泥的物理性质变化

在驯化实验中，好氧颗粒污泥随着进水水质的变化其物理性质也发生了变化。好氧颗粒污泥在第1～16天的模拟企业污水培养阶段，MLSS、平均粒径和平均沉速从6037mg/L、1.62 mm、59.1 m/h逐渐增加到6692mg/L、1.71mm、63.2m/h，而SVI值、比重和强度等指标均不同程度减少，含水率大体上比较稳定，这充分体现出好氧颗粒污泥对模拟企业污水具有比较理想的适应性能，在培养实验过程中展现了较好的生物活性、沉降性能以及稳定的物理结构。好氧颗粒污泥在第17～46天的现实化肥企业污水驯化阶段，对现实企业污水配入比为25%的第16～21天，其各物理性质变动不显著，体现了其对现实企业污水的注入具备一定程度的耐受性；在实验第22～31天，随着现实企业污水的配入比从25%增加至100%，好氧颗粒污泥的MLSS和平均粒径从6746 mg/L、1.70mm减少至6472mg/L、1.65mm，而SVI值和含水率指标在一定程度上增加，污泥比重、平均沉速和强度等指标减少幅度不大，这体现了由于现实企业污水配入比的增加，对好氧颗粒污泥的活性和结构稳定性产生了负面影响，实验中一部分大颗粒污泥破碎，含水率提高，颗粒污泥的生物活性和沉降性能降低。在实验中随着100%现实企业污水的持续驯化，颗粒污泥开始适应了现实企业污水，在实验的第46天，MLSS、平均粒径和平均沉速逐渐从6472 mg/L、1.65mm、57.7 m/h增加至6787mg/L、1.69mm、62.8m/h，污泥比重和强度也从1.040g/m3、93.33%增加至1.042g/m3、94.85%，SVI值和含水率则从37.1mL/g、93.8%减少至33.6mL/g、93.5%。

5　结语

本文实验分析了好氧颗粒污泥对现实高氨氮化肥企业污水的处理效果，主要研究内容包括驯化过程中好氧颗粒污泥对污水主要污染指标的去除效果和物理性质变化，现总结出如下结论：（1）本文实验经过全部46天驯化培养，好氧颗粒污泥能够适应现实化肥企业污水，处理效果稳步提升，最后对COD和氨氮的去除率分别为94.2%和89.8%左右，对TN的去除率也能够到68.6%，污水处理系统具有比较理想的COD、氨氮和TN去除率，同时表明好氧颗粒污泥具有良好的耐毒抗负荷冲击性能，对现实高氨氮化肥企业污水的处理效果比较理想。（2）本文实验分析驯化过程中好氧颗粒污泥物理性质的变动情况，最终得出现实化肥企业污水的注入没有显著影响好氧颗粒污泥的驯化培养，其MLSS和平均粒径等指标在培养过程中都始终维持在6037mg/L和1.62mm以上，最后维持在6787mg/L、1.69mm左右，此外也保持了较好的沉降性能，平均沉速始终维持在57.0m/h以上，SVI值在38mL/g以下，污泥比重和含水率变动范围很小。从整体上来说，好氧颗粒污泥达到了比较理想的稳定性。

[1]国家环境保护总局.2013年中国环境状况公报[R].2014.

[2]黄伟,屈二军.A/O活性污泥处理系统运行管理问题初探[J].河南城建高等专科学校学报,2000,9（1）:14-17.

[3]Barnard J L.,Meiring P.G.J.,Partners.The BARDENPHO process. In:Advances in water and wastewater treatment biological nutrient removal[M].Ann Arbor Science Publishers,Michigan,1987.

[4]Sunil S A,Lee D J,ShowK Y.Aerobic granular sludge:Recent advances[J].BiotechnologyAdvances,2008,26(3):411-423.

[5]彭永臻,吴蕾,马勇,等.好氧颗粒污泥的形成机制、特性及应用研究进展[J].环境科学,2010,31(2):273-281.

[6]Sunil S A,Lee D J,Juin Y L,et al.Treating chemical industries influent usingaerobic granular sludge:Recent development[J].Journal of the Taiwan Institute ofChemical Engineers,2009,40(3):333-336.