污泥减量化系统中营养盐优化比例研究

张立英，董平

（1.大庆石化公司质量检验中心环保监测站，黑龙江 大庆 163714；2.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，黑龙江 大庆 163714）

污泥减量化系统中营养盐优化比例研究

张立英1，董平2

（1.大庆石化公司质量检验中心环保监测站，黑龙江 大庆 163714；2.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，黑龙江 大庆 163714）

以石化污水处理厂为研究对象，考察不同磷源、氮源及碳源的不同比例对污泥产生的影响，特别是对剩余污泥产量的减量效果产生的影响。目的是确定最佳的营养盐比例，以最大程度减少剩余污泥产量而不影响污水处理厂的出水排放指标，同时减少营养盐的投加量，降低生产成本。

污泥减量化；活性污泥；营养盐比例

1 前言

目前，污泥减量化技术从机理上可分为两大类，一类是以能量溅溢理论为基础的污泥减量化技术，另一类是以维持能理论为基础的污泥减量化技术，维持能理论[1]认为，假如有外部能量供给，微生物会将分解代谢的一部分能量首先用于满足对维持能的需求，其余的能量将用于合成。当能量供给速率降低时，可用于合成的有效能量会越来越少，微生物的生长比率也随之减少。当能量供给速率和必须的维持能正好达到平衡时，则不再有净生长，因为所有的有效能量都用于维持现状。基于上述理论，在污水处理过程中控制微生物赖以生存的营养物质的合适比例来达到污泥的减量化，这样可以最大限度地降低生产成本，增加经济效益。

微生物在生长过程中主要是对碳、氮和磷的需求。从理论上讲，微生物要求的碳氮磷比为BOD5︰N︰P = 100︰5︰1[2]。但在实际的处理系统中最佳的碳氮磷比往往与上述数值有一定差异。对于一般污水而言，正常情况下的组成相对稳定，其BOD5︰COD也相对稳定，COD与BOD5相比，具有检测时间短、技术难度低的优点。因此本试验采用COD︰N︰P的形式表示营养盐的比例[3]。

2 试验部分

本试验用水采自大庆石化公司化工污水处理厂原水池入水，污泥采自大庆石化公司化工污水处理厂二沉池回流污泥。采用压缩空气鼓风曝气方式培养驯化污泥，所用实验装置为2个合建式生化反应器（如图1所示），有效容积均为15L。

图1 合建式生化反应器示意图

为了考察不同运行条件对污泥活性、沉降性能及COD去除率的影响，需根据实际情况来调整反应器的各种参数。初始污泥取自化工污水处理厂回流污泥，静止沉淀后，排除上清液，将沉淀后的污泥投入到试验用的反应器中。然后加入试验用水，通入压缩空气，开始培养驯化。正常的运行条件：温度为25℃、pH为7～8、DO≥2mg/L、污泥负荷不低于0.1kgCOD/（kgMLSS·d）、MLSS约为5000mg/L、进水COD维持在1500mg/L左右、起始污泥浓度控制在3500～4500mg/L。每一阶段开始时，都要按照正常的条件运行，在连续运行24小时后污泥浓度重新调整，在处理合成废水2～3天后，污泥已驯化好，具备了试验所需要的活性。

3 试验结果与讨论

3.1 不同磷源比例对活性污泥沉降性能及污泥产率的影响

在进水中总氮（TN）保持充足的条件下，通过改变磷源添加量来改变进水中总磷（TP）的含量。分别考察了COD︰P为200︰1、200︰0.8、200︰0.6、200︰0.4和200︰0.3的不同磷源比例对活性污泥沉降性能（SVI——污泥沉降指数）的影响。不同进水COD︰P条件下SVI值的变化如图2所示。

图2 不同COD ：P条件下的SVI变化情况

试验结果表明：在24个周期（每周期为20个小时）的稳定运行中，当COD︰P为200︰1和200︰0.8时，污泥的沉降性能和凝聚性能都很好，上清液清澈，这时的污泥微生物主要是菌胶团，丝状菌很少；当COD︰P变为200︰0.6时，SVI值开始缓慢上升，最高至166mL/g，在SVI值持续上升的过程中，活性污泥的微生物种属发生了变化，丝状菌数量逐渐增加，镜检观察此时的丝状菌丝体多为笔直，伸出菌胶团外干扰了污泥絮体的沉淀和压实，导致污泥沉降性能较差；当COD︰P为200︰0.4时，SVI开始上升较缓慢，10个周期后出现大幅度迅速上升，这使得污泥结构更加松散，污泥絮体的沉降性能恶化，沉降速率缓慢，上清液呈乳浊状；当COD︰P为200︰0.3时，情况较特殊，污泥沉降性很好，出现了丝体蜷曲的丝状菌类型，但出水浑浊，COD却较高。

当COD︰P为200︰0.8时，污泥表观产率系数均值为0.17mgMLVSS/mgCOD；当COD︰P为200︰0.6时，污泥表观产率系数均值为0.36mgMLSS/mgCOD；当COD︰P为200︰0.3时，污泥表观产率系数均值为0.53mgMLVSS/mgCOD。可以得出三系列的污泥表观产率系数相差较大，说明污泥COD︰P越大，其表观产率系数越低，污泥增长越慢。

3.2 不同磷源比例对COD去除率的影响

在进水中总氮（TN）保持充足条件下，通过改变磷源添加量来改变进水中总磷（TP）的含量。分别考察了COD︰P为200︰1、200︰0.8、200︰0.6、200︰0.4和200︰0.3的不同磷源比例对COD去除率的影响。不同进水COD︰P条件下COD去除率的变化如图3所示。

图3 不同COD ：P条件下COD的去除率变化情况

试验结果表明：当COD︰P为200︰0.8时，菌胶团状态良好，结构紧密，丝状菌生长在菌胶团内部，丝状菌和菌胶团细菌维持在一个合适的比例，污泥沉降性能良好。COD的去除率比较高，传统观念认为磷投入越多，污泥产率越少，COD去除率越高，而从试验结果可以看出，可以适当地减少磷盐的投放量，即可以减少污泥产率也可以提高COD的去除率，因为微生物在增殖的同时，也在进行内源呼吸，一部分微生物要死亡解体，生物体内的氮和磷也就释放出来，接着被重复利用。故此，适当减少磷的投加并不影响系统对COD的去除。这样做既减少了处理成本，又可以避免过剩的营养盐随出水排放而造成受纳水体的富营养化。

3.3 不同氮源比例对活性污泥沉降性能及污泥产率的影响

分别按COD︰N︰P为200︰5︰0.8、200︰4︰0.8、200︰3︰0.8和200︰2︰0.8的比例配成四种试验用水，进行了不同氮源比例对污泥沉降性能（SVI）的影响试验，结果如图4所示。

图4 不同COD ：N条件下的SVI变化情况

试验结果表明，当COD︰N为200︰5时，经过24个周期的稳定运行，污泥的沉降性能良好，SVI在70mL/g左右，这时污泥微生物主要是菌胶团细菌，丝状菌极少；当COD︰N为200︰4时，SVI值略有上升，升高到80mL/g左右，然后维持此值，此时污泥微生物仍以菌胶团为主，丝状菌数量略有增加，但并没有过量生长。菌胶团细菌和丝状菌数量保持在一个适宜比例，污泥的沉降性能与凝聚性能都很好。当COD︰N为200︰3时，SVI值逐渐上升，维持在150mL/g左右，此时发生非丝状菌污泥膨胀，污泥沉降性能开始恶化；当COD︰N为200︰2时，SVI从最初的100mL/g很快升至260mL/g，也发生了非丝状菌污泥膨胀，但与进水COD︰N为200︰3时不同，在SVI逐渐上升的过程中，污泥微生物中一直都是菌胶团细菌占优势，没有出现丝状菌的过量生长，此时出水浑浊，COD却较高。

上述结果表明，进水COD︰N值越高，即缺氮越严重，活性污泥越容易发生膨胀，并且膨胀程度越严重，发生膨胀的速率越快。污泥发生膨胀后，沉降速度明显变慢，絮凝性变差。在显微镜下观察发现，污泥絮体结构松散，有大量细长丝状菌伸出，互相交错在一起，形成网络。污泥颜色也由膨胀前的深褐色变浅。

当进水COD︰N为200︰4时，污泥表观产率系数均值为0.18mgMLSS/mgCOD，当进水COD︰N变为200︰3时，污泥表观产率系数均值为0.42mgMLSS/mgCOD ；当进水COD︰N变为200︰2，污泥表观产率系数为0.64mgMLSS/mgCOD。可以得出三系列的污泥表观产率系数相差较大，说明污泥COD︰N越小，其表观产率系数越高，污泥增长越快。

3.4 不同氮源比例对COD去除率的影响

分别按COD︰N为200︰5、200︰4、200︰3和200︰2的比例配成四种试验用水，进行了不同氮源比例对COD去除率的影响实验，结果如图5所示。

图5 不同COD ：N条件下COD的去除率变化情况

从图5可以看出，不同氮源比例下COD去除率相差不大，均为80%～98%。

随着进水中氮源投加量的减少，即C︰N比的提高，丝状菌明显增长，SVI升高，指示生物也发生了变化。由此可见，氮对微生物有特别重要的作用，是合成细菌蛋白质，特别是核蛋白的重要物质，是生物必不可缺的营养素。

4 结论

综合以上试验结果，可得到以下结论：

在污泥负荷不低于0.1kgCOD/（kgMLSS·d）的条件下，传统观念认为活性污泥法工艺中进水COD︰N︰P需保持在200︰5︰1才能满足微生物的正常生长，然而本试验在进水COD︰N︰P为200︰5︰0.8、200︰4︰1和200︰4︰0.8的条件下污泥的生理活性及絮凝沉降性状均保持良好，出水COD较低，特别是COD︰N︰P为200︰4︰0.8能完全确保大庆石化公司化工污水处理厂的正常运行，并能提高污水处理厂的经济效益。

[1] 曹秀芹，陈珺，王洪臣，等.超声处理对活性污泥系统污泥减量效果的研究[J].环境污染治理技术与设备，2006，7（6）：85-88.

[2] 翟小蔚，潘涛，W.Ghyoot，等.利用原生动物削减剩余活性污泥产量[J].中国给水排水，2000，16（11）：6-9.

[3] 李军，杨秀山，彭永臻.微生物与水处理工程[M].北京：化学工业出版社，2002.

Research on Optimization Proportion of Nutrition Salt in Sludge Minimizing System

ZHANG Li-ying, DONG Ping

X703

A

1006-5377（2014）11-0052-03