基于分散小型规模养殖户的村镇污水站利用缺氧颗粒污泥除磷脱氮低成本运行的研究

王金倩 向星 魏文涛

[摘要]以具有小型规模养殖户的农村污水为研究对象，采用实验室配水水质，选用间歇进水方式，分三阶段进行梯度式生物驯化培养，每段为期30天，每12h测定出水中COD、氨氮、磷源变化浓度，计算去除效率。结果表明，经过驯化的厌氧菌能够对高负荷村镇污水进行较高程度的处理。COD去除率达87.5%，磷去除率达63%，氨氮去除率达73.8%，基本满足地区要求二级标准，较之深井工艺，节省运作费用310.5元/d。

[关键词]农村污水；污泥驯化；去除率；运行费用

[中图分类号]X703.1 [文献标识码]A

自中共中央将“三农”问题写入工作报告，到2018年已过去15年，“三农”问题一直都是社会讨论的重点与难点，尤其是农村的污水处理问题。农村生态环境面积占中国国土的三分之二，全国人口中，居住乡村的人口为74471万人，占总人口的57.01%，然而，农村的污水处理现状却不容乐观。以农村污水处理走在全国前列的江苏省为例，常熟市305座污水处理设施中，约72.5%的设施处于停运闲 置或者无法正常运行的状态。可见，污水处理系统覆盖率不是问题的关键，而是否能够运行，运行经济成本才是“重中之重”，尤其是具有时间性、水量小、高负荷、高氮磷特点的村镇污水。针对其特点国内学者较多关注处理设施的构建，而适用于村镇污水的高性能活性污泥却鲜有报道。本实验以具有分散小型规模养殖户的村镇为研究对象，分析其污水特性，通过实验室驯化，获得可适应此严苛生存条件的高性能缺氧颗粒污泥。

1 材料与方法

1.1 主反应器

实验使用上流式厌氧污泥床反应器（Up-flow Anaerobic Sludge Bed，UASB），设计反应器有效容积约为 10.38L，进水水量为120～300mL/min，间隔24h进水，进水未去除溶解氧，污泥处于缺氧状态，接种污泥为辽宁省抚顺市三宝屯污水处理厂的厌氧池污泥。实验过程中每 12h测定每反应器水质的COD、TP、NH4+-N浓度，算出去除率。

1.2 实验方案

根据孙瑞敏、王亮等人的研究水质数据，参考李金页的污泥驯化方法，以营养盐浓度梯度递增的进水驯化污泥，碳源由葡萄糖提供，磷源由磷酸二氢钾提供，氮源由氯化铵提供，每阶段反应30天，详见表1。

2 实验结果与讨论

2.1 低负荷阶段

系统运行至第4天，COD 的去除率明显提高，达到 64.7%。连续运行10 天，COD 去除率缓步上升，并稳定至 72.3%，此时认为反应器启动成功。继续运行，反应器内 COD 的去除率进一步得到提高，直至阶段结束，达到 79.4%，出水 COD 浓度为 105.9mg/L磷源去除率在第10天时达到此阶段峰值，去除率为49.8%，随后明显下降，可见此阶段系统在前期阶段除磷能力不够稳定，需要继续进行培养驯化。氨氮去除效率逐步提高，系统运行至30天时，氨氮去除率达55%，并仍有提升空间。

2.2 高负荷阶段

本阶段进水COD负荷提升至1000mg/L，磷酸盐、铵盐浓度依然三个阶段添加。此阶段为系统运行的第31～60天，污泥表现出良好的沉降性能，污泥更加稳定，并开始出细微小颗粒化的现象。COD去除率稳定提升至系统运行的第60天，COD的去除率达到82.2%，出水COD浓度为178.5mg/L。磷源去除率在第50天后逐渐稳定并有所提升，至阶段结束除磷率达49.8%，表现一定的增长空间。氨氮去除率表现良好，表现逐步提升。

2.3 高负荷稳定阶段

本阶段仍以30天为期，此阶段系统逐步稳定，COD、磷源、氨氮去除率均表现为稳定增长，污泥颗粒较之第一阶段有明显增大，沉降性能进一步提升。至反应结束COD、磷源、氨氮去除率分别为87.5%、63%、73.8%，仍在稳步提升，推测长时间连续培养可形成更加稳定的颗粒污泥系统，可满足农村污水处理特点。现阶段驯化系统，基本达到地方农村污水排放标准要求的二级标准，极大地降低了农村污水处理站的运行成本。

以较为节省成本的深井曝气工艺为例，每立方米废水耗电1.85kwh，电费0.55（以0.30元/kwh计），设备折旧0.485元/m3，处理300m3/d的用水量，即可节省310.5元/d，有效且合理解决了污水站因处理成本过高而无法正常运行的情况。

3 结论

经过三个阶段的驯化，污泥活性高，处理能力逐步稳定，COD、磷源、氨氮的去除率最终为87.5%、63%、73.8%，仍表现逐步提高的趋势，存在可提升的空间。间歇式进水方式可以合理解决农村地区污水水量不稳定且日均水量小的问题，也可解决受季节影响的污水处理水量波动，同时能够有效节省污水站运行成本，降低耗电量。

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