目前，活性污泥法是應(yīng)用最廣泛的污水處理工 藝[1]�；钚晕勰喾ǖ谋举|(zhì)是微生物利用污水中可生物降解的有機(jī)物作為營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行代謝從而將其去除。該方法在處理污水的同時不可避免地會產(chǎn)生大量的剩余污泥。有文獻(xiàn)表明，污泥處理費(fèi)用占到污水處理廠總運(yùn)行費(fèi)用的 40% ～ 60%[2]。因此污泥減量是十分必要的。
目前主要的污泥減量方法有 3 類，即污泥溶胞和隱性增長[3]、解偶聯(lián)作用及微生物捕食。在生化處理中，微生物的新陳代謝過程使污水中的有機(jī)碳一部分被轉(zhuǎn)化為無機(jī)物質(zhì)，另一部分轉(zhuǎn)化為新的有機(jī)生物體。在污泥溶胞過程中，微生物細(xì)胞中的有機(jī)物質(zhì)溶解釋放于水中，形成可被細(xì)胞重新利用的自底基質(zhì)，當(dāng)微生物以該基質(zhì)作為生長底物進(jìn)行新陳代謝時，總的污泥產(chǎn)量減少。為了與微生物對污水中原有基質(zhì)的利用相區(qū)分，微生物利用自底基質(zhì)的生長被稱為隱性生長，其中污泥溶胞是其中的限制步驟。
形成污泥溶胞的方法主要有: ①機(jī)械方法，如超聲波或微波輻射，其特點為溶解性 COD 顯著增加、能量密度高、分解速度快、簡便靈活且高效[5]。②化學(xué)方法，以 O3 、ClO2 、H2 O2 等強(qiáng)氧化劑氧化的方法[6 - 7]，該方法破解效率高，不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，但是處理成本高，出水水質(zhì)差，特別是出水中 N、P 含量高，因此需要進(jìn)一步優(yōu)化。
微生物的合成代謝和分解代謝是通過呼吸速率緊密耦合在一起，通過某些方法，例如重金屬、過剩能量基團(tuán)、特殊溫度、營養(yǎng)物質(zhì)受到限制等條件，能量就會發(fā)生逸散，從而達(dá)到污泥減量的效果。解偶聯(lián)劑實際操作簡單，但使用過程中會改變污泥的沉降性能，甚至還會導(dǎo)致污泥膨脹。而且大部分解偶聯(lián)劑難以生物降解并具有生物毒性，可能對人體產(chǎn)生危害。
在活性污泥體系中利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中高營養(yǎng)級的生物體( 例如原生動物和后生動物) 捕捉低營養(yǎng)級的生物體，根據(jù)能量傳遞的 10% 理論，可以有效降低剩余污泥產(chǎn)量并且不影響污水處理效果。因此在活性污泥工藝中，可以利用一些原生動物和后生動物對細(xì)菌和菌膠團(tuán)的捕食有效降低污泥產(chǎn)量，達(dá)到污泥減量的目的。
綜上所述，污泥溶胞過程需要消耗較多的能源，成本相對較高; 采用解偶聯(lián)劑能夠?qū)崿F(xiàn)較好的污泥
減量，但其實質(zhì)是污染物的轉(zhuǎn)移，并且這些動物的大量生長以及后續(xù)的處理處置也是一個較大問題。因此，筆者采用尼泊金甲酯這種常用且對人體相對無危害的解偶聯(lián)劑( 抑菌劑) 來實現(xiàn)污泥減量。
1 試驗材料與方法
1. 1 試驗裝置及原水水質(zhì)
采用 6 組 SBR 反應(yīng)器，其有效容積為 4 L。每天運(yùn)行 2 個周期: 缺氧攪拌 3 h，好氧曝氣 6 h，靜置沉淀 3 h。每次換水 2 L，每天排泥 300 mL，使溶解氧濃度在 2 ～ 5 mg / L，系統(tǒng)的 MLSS 維持在 1 000 ～ 2 500 mg / L。試驗采用的是模擬生活污水的人工配水，COD、NH + - N、PO3 - - P 濃度分別為 300、30、3 ～5 mg / L，分別由葡萄糖 ( 281 mg / L) 、NH4 Cl ( 115mg / L) 、KH PO ( 13 ～ 22 mg / L) 提供，并投加 CaCl減量效果，但是解偶聯(lián)劑大部分都具有一定的毒性，可能最終對人體產(chǎn)生危害; 微生物捕食能夠?qū)崿F(xiàn)微生物的生長需要適量的微量元素，在每升配水中加入 1 mL 的微量元素溶液。微量元素溶液的組成見表 1。
1. 2 尼泊金甲酯及其投量
采用尼泊金甲酯抑菌劑考察其對 SBR 系統(tǒng)處理污水和污泥減量效果的影響。尼泊金甲酯又叫對羥基苯甲酸甲酯，白色結(jié)晶粉末或無色結(jié)晶，主要用作有機(jī)合成、食品、化妝品、醫(yī)藥的防腐劑或抑菌劑。試驗中選擇 6 個不同的尼泊金甲酯濃度梯度，分別為 0、1、5、10、30、50 mg / L，對應(yīng)的反應(yīng)器依次記作R0、R1、R2、R3、R4、R5。
1. 3 檢測項目及方法
COD: 重鉻酸鹽法; 氨氮: 納氏試劑分光光度法;總氮: TC - VCPN 分析儀; 磷酸鹽: 鉬銻抗分光光度法; SV30 : 30 min 靜沉法; MLSS: 重量法。
2 結(jié)果與討論
2. 1 尼泊金甲酯對污泥減量的影響
6 組反應(yīng)器的污泥累計增長量見圖 1。在最初的一段時間內(nèi)，各反應(yīng)器的污泥累計增長量相差不大，隨著時間的不斷增加，才呈現(xiàn)出相對比較明顯的差異。運(yùn)行結(jié)束后各反應(yīng)器的污泥累計增長量分別為 22. 419、13.899、15. 909、17. 301、15. 660、18. 208g。經(jīng)計算，R1 ～ R5 的污泥減量率分別為 38. 0% 、 29. 0% 、22. 8% 、30. 1% 、18. 7% 。在較低的抑菌劑濃度( 1 mg / L) 下就可以達(dá)到較好的污泥減量效果，具備較好的經(jīng)濟(jì)性和可應(yīng)用性。
污泥表觀產(chǎn)率系數(shù)( Yobs) 是實際測定的污泥產(chǎn)量與有機(jī)基質(zhì)降解量的比值，即降解單位有機(jī)基質(zhì)所增長的污泥量，是表征污泥產(chǎn)量的重要指標(biāo)之一。由于 R0 ～ R5 反應(yīng)器對基質(zhì)的去除效率各不相同，為了消除有機(jī)基質(zhì)降解量差異對污泥減量效果的影響，分析了各系統(tǒng)內(nèi)污泥的表觀產(chǎn)率系數(shù)。
經(jīng)統(tǒng)計，R0 ～ R5 的 COD 累計消耗量分別為48. 03、49. 23、48. 89、49. 15、48. 79、49. 10 g，結(jié)合污泥累計增長量可得各反應(yīng)器的表觀污泥產(chǎn)率分別為0. 46、0. 28、0. 32、0. 35、0. 32、0. 37 gMLSS / gCOD。
有文獻(xiàn)表明，活性污泥法正常運(yùn)行時的 Yobs 一般介于 0. 45 ～ 0. 75 gMLSS / gCOD 之間�？梢姡瞻捉M運(yùn)行正常。當(dāng)抑菌劑的濃度為 1 mg / L 時污泥的表觀產(chǎn)率最低，說明污泥減量效果最好; 當(dāng)尼泊金甲酯的濃度超過 1 mg / L 時，污泥的表觀產(chǎn)率會有所上升，但是都低于空白組的污泥表觀產(chǎn)率。說明尼泊金甲酯的濃度超過 1 mg / L 后，依然具有污泥減量的效果，但是減量效果會減弱; 同時也說明在實際工程應(yīng)用中需要嚴(yán)格控制抑菌劑濃度。
2. 2 尼泊金甲酯對污水處理效果的影響
在污水處理過程中，COD 可以反映系統(tǒng)異養(yǎng)菌的活性，而 NH +- N 則可以反映自養(yǎng)菌的活性，因此以COD 和NH + - N 作為主要的監(jiān)測指標(biāo)。R0 和R1 在運(yùn)行過程中出水COD 和NH + - N 濃度達(dá)標(biāo)天數(shù)最多，故以 R0 和 R1 作為對比來描述尼泊金甲酯處理效果的影響。
2. 2. 1 對 COD 去除效果的影響
在試驗過程中，空白組及試驗組的出水 COD 濃度基本都在 60 mg / L 以下，基本達(dá)到國家一級 B 排放標(biāo)準(zhǔn)，但 R5 出水超標(biāo)的天數(shù)較多( 見圖 2) 。
從圖 2 ( b) 可以看出，在初期每個反應(yīng)器的COD 去除率都波動較大，說明抑菌劑尼泊金甲酯影響了水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定，但在之后去除率均逐漸趨于穩(wěn)定，說明微生物對于外界環(huán)境的變化具有一定的適應(yīng)性。各反應(yīng)器對 COD 的平均去除率分別為 ( 88. 10 ± 9. 21 ) % 、( 90. 41 ± 8. 70 ) % 、( 89. 85 ± 7. 69) % 、( 90. 25 ± 8. 54 ) % 、( 89. 58 ± 5. 71 ) % 、( 90. 18 ± 9. 25) % 。尼泊金甲酯對系統(tǒng)去除COD 沒有顯著影響，COD 主要通過系統(tǒng)中異養(yǎng)型微生物進(jìn)行降解，而異養(yǎng)型微生物增長速度較快，對環(huán)境變化具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，造成尼泊金甲酯對異養(yǎng)型微生物的抑制作用較弱，因此尼泊金甲酯的投加對系統(tǒng)去除 COD 的影響甚微。
2. 2. 2 對 NH + - N 去除效果的影響
在試驗過程中，隨著尼泊金甲酯濃度的升高，R3、R4、R5 出水水質(zhì)超標(biāo)的時間增多，系統(tǒng)對氨氮的去除能力受到明顯抑制。而 R0、R1 出水水質(zhì)基本都能達(dá)到國家一級 B 標(biāo)準(zhǔn)( 見圖 3) 。從圖 3 ( b)可以看出，在前 18 d，R0 對 NH + - N 的去除率一直高于 R1，可能的原因是加入了抑菌劑尼泊金甲酯后，R1 內(nèi)與 NH + - N 去除相關(guān)的微生物( 主要是亞硝化細(xì)菌) 的活性受到抑制。在第 18 ～ 24 天，R0 與R1 對 NH + - N 的去除率差別并不明顯，可能是隨著運(yùn)行時間的延長亞硝化細(xì)菌的活性慢慢得以恢復(fù)，對氨氮的去除效果也逐步回升并達(dá)到穩(wěn)定，R0和 R1 對 NH + - N 的平均去除率分別為( 82. 95 ±13. 90) % 和( 82. 48 ± 12. 70) % 。說明加入少量的尼泊金甲酯對系統(tǒng)的 NH + - N 去除率影響甚微。
經(jīng)過對 6 組反應(yīng)器去除 COD 和氨氮的比較，基本可以反映每個反應(yīng)器微生物的相關(guān)活性，余下的污水指標(biāo)和污泥沉降指標(biāo)，主要對 R0 ( 空白組) 和R1( 污泥減量效果最好) 進(jìn)行對比，分析在污泥減量效果最好的條件下，尼泊金甲酯對相關(guān)指標(biāo)的影響。
2. 2. 3 對 PO3 - - P 去除效果的影響
R0、R1 出水的 PO3 - - P 濃度大部分在 2 mg / L左右波動( 這與 SBR 工藝本身的除磷效率有關(guān)) ，因此在實際工程中還需要加入磷酸鹽的深度處理裝置，以保證達(dá)標(biāo)。R0 和 R1 對 PO3 - - P 的去除率基本都在 40% ～ 60% 之間，平均去除率分別為( 48. 14 ± 12. 98) % 和( 53. 91 ± 7. 64) % ，其差異不大，說明加入少量的抑菌劑尼泊金甲酯對系統(tǒng)去除磷酸鹽沒有影響( 見圖 4) 。
2. 2. 4 對 TN 去除效果的影響
投加尼泊金甲酯對系統(tǒng)去除 TN 的影響見圖 5。
運(yùn)行穩(wěn)定即第 20 天之后，R0、R1 出水的 TN 濃度基本都在 15 mg / L 左右，即投加尼泊金甲酯后 R1與 R0 對 TN 的去除率差別并不是很明顯，平均去除率分別為( 55. 20 ± 13. 85) % 和( 53. 12 ± 14. 42) % 。
尼泊金甲酯的加入使得系統(tǒng)對 TN 的去除率僅下降了約 2% ，說明 1 mg / L 的尼泊金甲酯對系統(tǒng)去除TN 的效果無明顯影響。具體聯(lián)系污水寶或參見http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
2. 3 尼泊金甲酯對污泥沉降性能的影響
污泥容積指數(shù)( SVI) 能夠反映活性污泥的凝聚、沉降性能，當(dāng)處理生活污水時其值在 50 ～ 150mL / g 之間。SVI 值過低，說明活性污泥顆粒細(xì)小，無機(jī)質(zhì)含量高，這樣的污泥活性較低。SVI 值過高，說明污泥的沉降性能變差，有可能出現(xiàn)污泥膨脹。在前 20 d，R0 與 R1 的 SVI 值變化相對不是特別明顯。從第 20 天之后，R1 的 SVI 值都高于 R0，說明R1 的沉降性能比 R0 要差。但在試驗過程中，R1 的SVI 值基本都在 50 ～ 150 mL / g 之間，能夠保持良好的沉降性能，有利于二沉池的泥水分離( 見圖 6) 。
2 結(jié)論
采用 SBR 工藝處理模擬生活污水，當(dāng)尼泊金甲酯投加濃度為 1 mg / L 時，系統(tǒng)的污泥減量效果最佳，達(dá)到 38. 0% ，且出水 COD 及 NH + - N 濃度基本能夠達(dá)到國家一級 B 標(biāo)準(zhǔn)。在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)除磷效率較低，但在 1 mg / L 尼泊金甲酯投加量下，試驗組與空白組的除磷效率無明顯差異。考慮實際應(yīng)用需求，需輔以強(qiáng)化除磷措施。在運(yùn)行過程中，兩個系統(tǒng)均能夠保持良好的污泥沉降性能。（來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 郭婉茜，雒海潮，陳田慧，吳清蓮，季小益）
