好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的应用

苑绍鹏

（北京北控京奥建设有限公司，北京 102100）

好氧颗粒污泥在浓度、沉降性能、结构密实度、抗冲击负荷能力等多个方面具备较大优势，所以成为污水处理首选材料[1]。与工业废水相比，市政污水的波动幅度更小，水质稳定性能较高，增加了该工艺在污水处理中的应用难度，容易受到各项因素影响，难以发挥工艺作用[2]。目前，关于好氧颗粒污泥的污水处理研究较多，但是很少考虑市政污水处理问题，尚未形成可靠的市政污水处理工艺应用方案[3]。该文尝试运用中试装置，探究好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的应用问题，通过分析应用影响因素，提出一些好氧颗粒污泥工艺应用优化建议。

1 好氧颗粒污泥工艺

好氧颗粒污泥是一种以好氧作为处理条件的一种固定化颗粒，该材料的应用工艺是在特定条件下依靠自身特性转变为固定化颗粒，此颗粒细胞自身得以固定化，对污水处理帮助很大[4]。与其他污水处理工艺相比，这种工艺的沉降性能较好，固液分离效果较为显著。不仅如此，该工艺耗费资金较少，在成本控制方面所体现的优势也很大。因此，很多污水处理工程都将此项工艺作为首选方法。由于工艺实施中比较容易受到各项因素干扰，导致污水处理功能难以充分发挥，对市政污水处理来说，达到理想化处理标准存在一定困难[5-6]。为了找到问题产生的根源，该文将着重探究好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的应用方法及效果，并以影响因素作为问题突破口进行研究。

2 好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的应用

该应用研究借助中试装置，以市政污水作为处理对象，将好氧颗粒污泥工艺应用至其中，观察各个阶段污泥形态变化，并对工艺的除污效能展开分析，从而对此项工艺的应用加深理解。

2.1 应用装置

在好氧颗粒污泥工艺应用研究中采用中试装置，通过调节气动球阀、电磁阀、球阀等控制装置，对污水采取处理。图1 中试装置。

图1 中试装置

该装置中，布设了潜水泵、曝气沉砂池、设备泵、储气罐、空气压缩机、空气流量计等装置，根据好氧颗粒污泥工艺作业原理，控制各个阀门及装置作业状态，从而对进水口的污水采取处理，将污水中的杂质从中分离开来，实现污水分离处理[7]。通过检验排放口的水质，能够验证该装置作业期间好氧颗粒污泥工艺在污水处理中的作用。

中试装置总高度H总=6m，装置直径D=1.2m，总体积V总=6.76m3，作业有效高度H有效=5.25m，作业有效体积V有效=5.94m3，装置的排出比为0.48，污水处理能力为8.75 m3/d～23.26m3/d。该部分参数为接下来实验布设的有力支撑条件。

2.2 接种污泥与装置作业启动

本次应用研究以接种污泥作为处理对象，通过运行装置去除污泥混合物中的污泥，流出清澈的水资源。其中，接种污泥来自某污水厂编号为Q3 的污泥平衡池。经过测试可知，该污泥池中污泥度为2700mg/L，经过计算得到参数VSS/SS数值为0.58 左右。

中试装置作业初期，单个操作周期为4h，曝气持续时间160min，进水持续时间15min，经过60min 的沉淀，从出水口将水排出，持续时间约为5min。装置作业期间，沉降时间随着污泥沉降变化发生改变，当污泥沉降量逐渐增加时，沉降时间自动下降。为了避免装置作业周期保持不变，适当延长曝气时间。

2.3 装置运行基本条件

中试装置运行分为4 个阶段，分别是污泥解体期、外加碳源期、污泥颗粒化期、驯化培养期，通过控制各个时段装置作业时间，控制各个阶段装置功能作业时间，从而保证装置得以正常作业[8-9]。其中，各个阶段供气量控制范围24.5m3/h～27.8m3/h。以下为装置运行的具体条件。1）污泥解体期：进水口作业持续15min，曝气作业165min～208min，经过60min～15min 沉淀排水，设置出水时间为5min。2）外加碳源期：进水口作业持续15min，曝气作业208min，经过15min 沉淀排水，设置出水时间为5min。3）污泥颗粒化期：进水口作业持续15min，曝气作业208min，经过15min 沉淀排水，设置出水时间为5min。4）驯化培养期：进水口作业持续15min，曝气作业208min，经过15min 沉淀排水，设置出水时间为5min。

2.4 应用分析方法

本次应用研究按照国家标准方法，严格控制各项参数，使污水处理结果更加精准。其中，pH 值的测定，采用玻璃电极法；污泥沉降速度的控制，采用自由沉降法；DO 参数控制，采用便携式溶氧仪进行控制；颗粒污泥密度的测定，采用蔗糖溶液浓度梯度法；颗粒粒径的测定，以曝气阶段为测定时段，从中取固定体积混合液，吸取1mL～2mL，放置在载玻片上，而后在其上方使用载玻片将混合液固定，利用显微镜观察溶液结构，以摄像的方式获取更加全面的溶液组成信息，作为污泥形态检测依据。

2.5 应用结果分析

本次应用研究的污水处理厂所处地理位置比较复杂，在其上游分布着居民区、工业区、垃圾处理厂，所以进水水质容易受到多项因素干扰，主要体现在居民生活规律、工厂作业排放情况、自然气候变化、季节变化等。这些因素的变化，都会对水质造成一定干扰，所以本次应用研究对进水水质情况进行了分析。其中，NH4+-N 值17.00mg·L-1～213.86mg·L-1，均值为37.35mg·L-1，标准偏差为29.40mg·L-1；TP 值1.76mg·L-1～6.89mg·L-1，均值为4.16mg·L-1，标准偏差1.43mg·L-1；TN值23.60mg·L-1～217.92mg·L-1，均值为46.02mg·L-1，标准偏差为28.24mg·L-1；COD 值271.88mg·L-1～1838.79mg·L-1，均值为620.23mg·L-1，标准偏差为296.44mg·L-1；SS 值200.00mg·L-1～1589.96mg·L-1，均值为582.98mg·L-1，标准偏差为343.79mg·L-1；pH 值为6.32～8.14，均值为7.35，标准偏差为0.62；温度为11.5℃～24.98℃，均值为19.98℃，标准偏差为2.22℃。

获取以上进水水质基本信息后，按照设计的应用测试方法，对各个阶段的污泥形态特点进行测试分析。接种污泥主要呈现出丝状菌，并且菌胶团比较薄，沉淀性能比较差。运用好氧颗粒污泥工艺后，进入驯化培养期，从污泥的形态变化来看，其内部微生物开始适应环境生长繁殖，导致菌胶团开始变厚，抑制了丝状菌，导致其数量逐渐减少，对污泥的沉淀性能造成了正面影响。当其进入颗粒化阶段时，微生物生长速度逐渐下降，由于沉淀时间比较短，导致污泥浓度出现下降变化趋势。为了改善污泥沉淀性能，开启好氧颗粒污泥工艺应用55d 以后，向其中添加葡萄糖，保持进水COD保持100mg/L 左右。持续4 天后，颗粒化过程基本结束，此时观察污泥表面形状各异，该阶段污泥的沉淀性能并未受到丝状菌的影响。当工艺应用60d 时，受到上游废水排放的影响，污泥开始解体，器皿内污泥的沉淀性能下降，几乎看不到后生动物和原生动物。

另外，本次测试还对好氧颗粒污泥工艺的除污效能进行测试分析，主要对进水水质和出水水质进行检测，对比工艺应用前后，各个阶段水质的变化情况。表1 和表2 为不同阶段水质变化统计结果。

表1 进水水质变化统计

表2 出水水质变化统计

将表1 和表2 中的统计数据进行对比，发现进水水质的COD 浓度较低，并且不同阶段该项参数数值变化幅度较大，存在同样变化幅度较大的参数是氨氮浓度，并且该参数的数值偏高。如果COD 的浓度偏低，工艺应用中污染物去除率会有所下降，并且下降的幅度比较大。另外，工艺阶段设置中因缺少缺氧反硝化阶段，所以很难稳定控制TN 的去除状态，水中积累了部分NH2--N 和NH3--N，其出水浓度均随着污泥颗粒化的变化而减少。由此可以推断，在好氧条件下，受污泥自身结构的影响，颗粒内部会产生反硝化反应，同时会伴随一定硝化反硝化过程。

3 好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理应用中的影响因素分析

3.1 影响因素分析

为了深入分析好氧颗粒污泥工艺应用影响因素，本次调整了两个研究基础条件：1）进水COD 浓度和氨氮浓度波动幅度较大。2）设置进水溶解态COD 含量，约为总量40%。

试验结果显示，絮体受颗粒态COD 的影响较大，对丝状菌的生长具有一定抑制作用，颗粒结构表现得比较松散。另外，颗粒态COD 的影响因素为原生动物、后生动物、颗粒滋生丝状菌，颗粒污泥呈现出不同形态。从原生动物和颗粒形态变化可知，颗粒形成主要受颗粒态COD 的影响，导致颗粒形状不规则。在此基础上，为了深入探究影响因素，向其中添加葡萄糖，增加COD 的浓度，此时不需要考虑颗粒结构对其造成的负面影响。由此可以推断，导致颗粒解体的主要影响因素为氨氮浓度波动。

3.2 影响因素验证

为了检验上述影响因素推论的可靠性，本次试验按照一定比例配水，以颗粒污泥作为试验原材料，对其氨氮冲击负荷性能展开试验分析。取20mL 颗粒污泥作为试验对象，将其接种到锥形瓶中，然后向其中添加模拟城市污水，添加量为220mL，控制进水氨氮用量，监测工艺应用状况。通过测试好氧颗粒污泥的物理特征，对污泥工艺应用影响因素进行验证分析，结果如表3 所示。

表3 统计结果显示，颗粒污泥密度会随着进水氨氮浓度的增加而减小，虽然对污泥沉降速度和粒径大小也会造成一定影响，但是影响过小，可以忽略不计。阶段性试验中发现，进水氨氮值的增加，导致丝状菌产量逐渐增加。该试验未发现丝状菌大量繁殖，产生该现象的主要原因可能是氨氮的大量摄入产生了一定毒害作用，对微生物造成了较大影响，此时亚硝化菌、硝化菌、氨氮化菌的活性都会受到影响，对其产生抑制作用。受此影响，短期内污泥颗粒沉速和粒径未发生较大变化。另外，从表3 中还可以看出，进水氨氮不会对颗粒污泥造成较为显著的影响，而是需要持续一段时间，待其增大到一定程度后，颗粒污泥表面的抗冲击负荷能力加强效果更为显著。

表3 好氧颗粒污泥的物理特征

4 好氧颗粒污泥工艺在市政污水处理中的应用

通过中试研究并分析影响因素，污泥颗粒的形成及沉降稳定性与溶解性COD 密切相关。所以，可以将该项指标作为市政污水处理工作的参考依据，在运用好氧颗粒污泥工艺时，为了充分发挥该项工艺的作用，可以在曝气前安排厌氧搅拌，利用该文提出的中试装置对市政污水进行处理，在该过程中注意控制影响因素及相关参数设置。之所以提出上述建议，主要有3 个原因。第一，上述建议对污水处理中有机物利用率的提升有所帮助，符合可持续发展要求。第二，对脱氮除磷帮助很大，避免工艺应用中磷氮对其造成影响。第三，考虑到颗粒污染泥处理是一项长期工作，所以对其工艺作业的稳定性要求较高，将该部分建议运用到实践工作中，有助于工艺持续稳定作业。

5 总结

该文围绕市政污水处理问题展开研究，以好氧颗粒污泥工艺的应用作为重点研究对象，探究该项工艺在市政污水处理中的应用。采用中试研究方法，对各个阶段的污泥形态特点、进水水质与出水水质变化展开观察和测试分析。COD 的浓度、受污泥自身结构都会对颗粒结构造成影响，导致污泥颗粒的形成及沉降稳定性发生改变。通过分析影响因素，加深对该问题的理解，提出一些建议，希望对市政污水处理工作的开展有所帮助。