污水处理厂活性污泥的培养研究

张金胜

（天脊潞安化工有限公司，山西 长治 047599）

0 引言

在合成氨工艺中，由于各种因素影响，其不可避免将产生大量工业废水，在此类工业废水中，典型的污染物则是高浓度氨氮，该类物质对于环境的污染作用相对较为突出，而传统污水处理工艺对其的处理效果又较为有限，这就需要研究一种占地面积小、氨氮去除率高、系统稳定且运行成本低的污水处理工艺。目前基于活性污泥的处理工艺与上述要求具有更高契合度，因此可基于此展开进一步研究。

1 实验方案设计

根据合成氨废水处理的实际需要，本次采用序批式反应器（下简称SBR）作为主要实验装置，用于活性污泥培养和污水处理实验测试，其整体装置如图1所示。

图1 本次应用的SBR 反应器示意图

除SBR 反应器作为主要设备外，本次同时使用空气泵、电磁阀、时间控制器、分光光度计和pH 计等实验设备进行实验。

确定以上实验设备后，选用某化肥厂曝气池中的黑褐色絮状污泥作为原材料进行培养，该污泥的活性相对较差，首先对其进行闷曝24 h 处理以恢复其活性，而后再将其接种至SBR 反应器中进行培养，SBR的运行参数则如表1 所示。

表1 活性污泥培养中SBR 的运行参数

2 不同参数对活性污泥处理效果的影响分析

为探究不同参数如何影响活性污泥的培养效果，在本环节的实验中，当污泥培养环节完成后，应用污泥处理模拟的合成氨工业废水，并对相关参数进行调整，对不同参数的影响进行分析。具体来看，本环节实验主要通过以下几个方面进行。

2.1 不同碱度对污泥效果处理的影响

在该步骤中，设置5 个梯度的碱度，对不同碱度下好氧污泥物理性质和稳定性的变化情况进行分析，得到的分析结果如图2 所示。

图2 不同碱度下污泥的处理效果

如图2 所示，随着碱度的提高，出水氨氮浓度也随之降低，当碱度（以CaCO3计）提升至3 000 mg/L时，氨氮质量浓度将下降至1 mg/L 以下。而亚硝酸盐的浓度则在2 750 mg/L 时达到峰值，此时硝酸盐累积率则处于最小值。综合以上结果可知，当碱度在2 750～3 000 mg/L 时，本次污泥对氨氮的去除率相对较高，且亚硝酸盐累积率也达到最大值，这与高碱度满足氨氮降解所需量存在直接相关[1-2]。

2.2 不同曝气量对污泥处理效果的影响

二是分析不同曝气量对污泥处理效果的影响，在该步骤中，设置曝气量为五个梯度，分别为80、140、200、260、300 L/h，其对应的表面上升气速则分别为0.74、1.30、1.85、2.40、2.78 cm/s，以此进行实验，得到的实验结果如图3 所示。

图3 不同曝气量下的污泥处理效果

如图3 所示，在不同曝气量下，出水氨氮、亚硝态氮和硝态氮浓度均呈现出一定的变化规律，整体来看，增加曝气量对提升氨氮去除率难以取得显著的效果，氨氮去除率的最高值为93%左右，对应曝气量140 L/h。同时，亚硝态氮的浓度随曝气量的增加先升后降，当曝气量为140 L/h 时，亚硝态氮的质量浓度达到最大值520 mg/L，此时的亚硝酸盐积累率也达到最大值93%。据此综合分析可知，当曝气量为140 L/h左右时，污泥对氨氮的去除和对亚硝态氮的积累均达到相对较优的水平[3]。

2.3 不同pH 值对污泥处理效果的影响

三是对pH 值的影响因素进行分析。在该步骤中，控制其他因素不变，使用盐酸和氢氧化钠对反应体系的pH 值进行调节，以得到五个梯度的pH 值，分别为6.5、7.0、7.5、8.0、8.5，以此进行测试，得到的实验测试结果如图4 所示。

图4 不同pH 下的污泥处理效果

根据图4 的数据变化情况不难看出，废水中的氨氮浓度随着pH 值的增大而逐渐降低，当pH 增大到8.5 时，出水氨氮浓度几乎为零。而针对亚硝态氮质量浓度这项指标而言，其随着pH 值的增大，则呈现出先升后降的趋势，当pH 为8.0 时，亚硝酸盐积累率达到峰值，约为93.2%。同时，从硝态氮质量浓度的变化曲线来看，当pH 在6.5～7.5 时，其逐渐上升至90 mg/L；当pH 进一步增大到8.0 时，其又下降值34 mg/L；而当pH 进一步增大到8.5 时，硝态氮质量浓度又迅速飙升至350 mg/L，其波动态势较为明显。据此进行综合分析后可知，当pH 为8.0～8.5 时，好氧颗粒污泥对氨氮的去除率达到最大，同时亚硝酸盐积累率也达到最大值。

2.4 最优运行参数下的实验结果

综合以上分析结果，以上述实验所获得的最优运行参数进行重复实验，具体实验参数为：反应体系碱度为2 900 mg CaCO3/L、曝气量140 L/h、pH 值为8.2，同时保持其他参数不变，研究污泥在以上最优运行参数下的效果，实验结果如图5 所示。

图5 最优运行参数下的实验结果

根据图5 的数据可知，基于上述“最优运行参数”，污泥对氨氮的处理效果始终处于较高水平，去除率指标维持在95%以上，出水氮质量浓度低于20 mg/L，达到了GB 13458—2013 的标准[4]，证明本次活性污泥培养的实验方案较具可行性。

3 实际应用测试

在确定活性污泥培养的最优参数后，将其应用于某化工企业的合成氨废水处理，观察其对合成氨工业废水中的氨氮和COD的处理效果，其效果图如图6 所示。

图6 实际处理效果图

根据该图中的指标数据变化可知，当实际合成氨废水占进水的25%时，第1 d 的出水氨氮质量浓度为9.1 mg/L，随后4 天，出水氨氮质量浓度在0.3～1.2 mg/L 范围内，亚硝态氮和硝态氮浓度也趋于稳定。第1 d 出水氨氮浓度较高的原因可能是污泥还未适应实际废水，加之部分合成氨工业废水的加入，对污泥产生了抑制作用。随着实际废水加入比例提高至50%，出水氨氮质量浓度在第6～13 d 维持在0.2～1.4 mg/L 之间，出水亚硝态氮质量浓度维持在400～430 mg/L 之间，出水硝态氮质量浓度低于70 mg/L。同时，将实际废水的加入比例从25%提高至50%时，出水氨氮浓度维持稳定，而亚硝态氮和确态氮却有所下降，这是因为进水水质有所波动，进水氧氮浓度在这一阶段有所减少造成了出水亚硝态氮和硝态氮都有所下降[5]。在此基础上进一步综合分析可知，在处理过程中，污泥对氨氮和COD 的去除率始终在93%以上，达到了GB 13458—2013 的标准，证明本次培养的活性污泥在处理实际合成氨工业废水方面也有着较优的效果。

4 结语

整体来看，在本次研究工作中，对面向合成氨废水处理的污泥培养实验流程进行了着重研究，同时在此基础上，进一步探讨了反应体系碱度、曝气量和pH值三项重要指标对污泥实际运行性能的影响，以此得到最优参数，最后实验研究了该污泥对实际合成氨工业废水的处理效果。结果显示，该污泥的处理效果相对较优，具有一定的应用价值。