2022《安全环境环保技术》之好氧颗粒污泥处理分散型农村生活污水的试验研究.docx

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好氧颗粒污泥处理分散型农村生活污水的试验研究

摘要：分散型农村生活污水难以收集，直接排放到水体中会对环境造成危害进而威胁人类健康，因此，开展了好氧颗粒污泥技术处理分散型农村生活污水的研究。结果表明，在絮状污泥颗粒化过程中，污泥沉降性能和生物量明显提高；污泥胞外聚合物中蛋白质类物质含量提高了5.3倍，蛋白质类物质与多糖类物质含量的比值升高到2.64，证明蛋白质类物质浓度增加是活性污泥颗粒化的重要因素。农村生活污水经好氧颗粒污泥处理后，出水水质达到了一级A排放标准，出水COD、氨氮、总氮和磷酸盐浓度分别为30.1、3.8、12.3和0.5mg/L。好氧颗粒污泥的稳定性及其对农村生活污水的处理效能随有机负荷与温度变化较小，且具有节省用地、不受地域限制、便于运行管理和节约运行成本等特点，适用于处理分散型农村生活污水。同时，由于好氧颗粒污泥及其胞外聚合物中多糖类和蛋白质类物质含量较高，适用于回收污泥能源/资源，对污泥的资源化利用意义重大。
水资源短缺使农业发展过程中水瓶颈的问题日益凸显。近年来，干旱现象时有发生，农业生产对地下水的依赖越来越大，但是地下水资源十分宝贵，特别是深层地下水的积累需要数十年才能恢复；采用引水补给地下水可以缓解农业生产中缺水的现象，但是水源水量减少，引水能力有限且成本较高。基于上述因素，开发高效农村生活污水处理与回用技术逐渐受到重视。
在距离市政管网较近且具备施工条件的农村，其生活污水一般经市政管网收集进入城镇污水处理厂处理，而人口较多的中心村和自然村一般会建设污水集中处理设施。然而，对于布局分散、地形复杂、污水收集和施工难度较高的农村，其污水处理往往不能达到预期效果。因此，开发具有布局灵活、运行稳定、管理方便、成本节约和出水水质达标的分散型农村生活污水处理工艺，对提高水资源利用率和减轻环境污染具有重要意义。
近年来，好氧颗粒污泥技术因具备较好的泥水分离效果、较低的运行费用、较高的生物量和污水处理效能而被广泛研究与应用。在好氧颗粒污泥形成过程中会产生大量胞外聚合物，这类结构致密的微生物代谢产物可以有效抵御污水水质及水量的变化，进而降低对微生物的侵害。
基于分散型农村生活污水的特点和处理技术选择原则，笔者考察了利用好氧颗粒污泥技术处理分散型农村生活污水的前景。通过研究絮状活性污泥的颗粒化过程，对揭示和完善好氧颗粒污泥形成机理具有重要意义；同时，通过分析有机负荷和温度变化对好氧颗粒污泥稳定性及处理效能的影响，阐明应用该技术处理分散型农村生活污水的可行性。
1材料与方法
1.1试验装置
试验采用序批气提式反应器（SBAR），装置外层设有循环水层以调节反应器温度。反应器内径为14cm，高为150cm，内循环装置内径为8cm，高为110cm，有效容积为22L。进水、排水等过程均由实时控制系统控制，其中原水通过蠕动泵由反应器底部进入；排水口在反应器中部，保证排水比为50%，由蠕动泵导出；曝气装置设置于反应器底部。反应周期为3h，其中静态进水期为60min，曝气反应期为112min，污泥沉降期为3min，快速排水期为5min（活性污泥从驯化到颗粒成熟阶段，沉降时间逐步由15min降至3min）。在曝气反应期，利用1mol/L的HCl和NaOH控制pH值为7.0；静态进水期溶解氧饱和度为零，曝气反应期溶解氧饱和度为50%；SRT控制在28~30d。SBAR运行分为三个阶段：阶段Ⅰ（0~50d），系统启动阶段；阶段Ⅱ（51~70d），有机负荷变化模拟阶段（采用静态试验方式）；阶段Ⅲ（71~120d），温度变化模拟阶段。
1.2试验种泥和污水
试验污泥取自某污水处理厂A2O工艺好氧段，初始接种浓度为4.5g/L。分散型农村生活污水采用人工配水，其主要成分如下：NaAc为180mg/L，NH4Cl为300mg/L，KH2PO4为30mg/L，K2HPO4为60mg/L，MgSO4为40mg/L，CaCl2为80mg/L；另外添加1mL/L微量元素液，其成分如下：FeCl3·6H2O为1.5g/L,H3BO3为0.15g/L,CuSO4·5H2O为0.03g/L,KI为0.03g/L,MnCl2·4H2O为0.12g/L,Na2MoO4·2H2O为0.06g/L,ZnSO4·7H2O为0.12g/L,CoCl2·6H2O为0.15g/L。进水COD为300mg/L，氨氮为45mg/L，PO43--P为15mg/L。
1.3试验方法
COD、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、PO43--P、TN和MLSS均通过标准方法进行测定。污泥体积指数（SVI）按照Bao等的方法进行测定和计算。活性污泥物理强度采用Gao等的方法进行测定。污泥胞外聚合物采用S