微污染水包埋固定化菌處理技術(shù)

隨著(zhù)人造湖樓盤(pán)的開(kāi)發(fā)，作為人造湖取水水源的江河，其水質(zhì)受到了更大關(guān)注。 一般來(lái)說(shuō)，受污染江河水體中主要污染物包括石油烴 、 揮發(fā)酚 、 氨氮 、農藥 、COD、 重金屬 、 砷 、 氰化物等 ，其所含污染物種類(lèi) 較 多 ，性 質(zhì) 較 復 雜 ，濃 度 比 較 低 微 ，屬 于 微 污 染水 〔1〕。 這些微污染水進(jìn)入相對封閉的湖體時(shí) ，會(huì )消耗水中的溶解氧，使水體失去自?xún)裟芰?，氮磷濃度較高時(shí)，易發(fā)生富營(yíng)養化。 由于傳統污染水處理工藝處理微污染水時(shí)面臨著(zhù)很多問(wèn)題 ，如 ： 投資運行費用高 、維護管理不方便、 去除低濃度氨氮效果不理想等 ，如何經(jīng)濟有效地去除微污染水中的有機物和氨氮成為當前的研究熱點(diǎn) 。

包埋固定微生物技術(shù)通過(guò)物理或化學(xué)方法將優(yōu)勢微生物種群加以固定 ，微生物在單位空間呈高密度狀態(tài)，具有高處理負荷、 剩余污泥少 、 穩定性高、 操作方便等特點(diǎn) 〔2〕。 雖然包埋固定化菌在污水治理方面已經(jīng)有了很多工程實(shí)例 ，但用于微污染水治理還停留在實(shí)驗研究階段。 其中大部分實(shí)驗研究集中在自來(lái)水水源水的微污染治理〔3,4,5〕，涉及地表水用于景觀(guān)用水的微污染治理的研究較少 。 筆者以泵入成都某 樓 盤(pán) 人 造 湖 的 河 水 為 處 理 對 象 ，通 過(guò) 對 比 傳 統 A/O 工藝、 投加包埋固定化菌的 A/O 工藝以及單獨使用包埋固定化菌工藝的運行情況，考察了包埋固定化菌處理微污染水的性能，研究了包埋固定化菌處理微污染水較傳統生化工藝的優(yōu)勢所在 。

1 試驗設計

1.1 原水來(lái)源及水質(zhì)

試驗原水取自成都某樓盤(pán)人造湖旁的河流 ，該河系成都府南河支流，樓盤(pán)景區人造湖用水在一定時(shí)間從此河以抽水泵抽入湖中 。 試驗期間 ，氣溫較低，河水水溫 10~15 ℃，取回后實(shí)驗室控制水溫在 15 ℃左右，原水為劣Ⅴ 類(lèi)水，水質(zhì)如表 1 所示。

1.2 污泥來(lái)源及包埋固定化菌種

試驗中 A/O 反應器中使用的污泥取自成都市第二污水處理廠(chǎng)某中試 MBR 好氧池 ，再經(jīng)過(guò)試驗用水馴化 15 d 后作為接種污泥 。

包埋固定化菌種由日立公司提供 ，其以聚乙二醇 （PEG） 為載體，主要包埋硝化菌等。 包埋固定化菌顆粒是邊長(cháng)為 3 mm 的立方體小塊，外觀(guān)呈淺棕黃色，表面光滑 ，手感柔軟有彈性 ，機械強度好 ，無(wú)明顯氣味，包埋固定化菌顆粒密度 1.02~1.04 g/cm3，近似于水，保證基質(zhì)與載體的充分混合。

1.3 試驗裝置及方法

試驗裝置及工藝流程如圖 1 所示。 反應器由有機玻璃制成，工作容積 10 L，形狀為長(cháng)方體 ，分為兩個(gè)格室 ，前一個(gè)格室厭氧運行 ，占反應器總體積的 1/3，后一個(gè)格室好氧運行 ，占反應器總體積的 2/3。分別在好氧區和厭氧區聯(lián)通處、 好氧區至厭氧區回流口以及溢流出水口設置格網(wǎng) ，保證包埋固定化菌顆粒被攔截在反應器好氧區中 。

圖 1 試驗裝置及工藝流程

試驗分 3 個(gè)階段，第一個(gè)階段不添加接種污泥 ，僅在好氧區中投加馴化后的包埋固定化菌顆粒 ，投加量為好氧區體積的 10%，保持好氧區中溶解氧質(zhì)量濃度 4 mg/L 以上 ，水力停留時(shí)間 8 h，連續運行 ；第二階段是在第一階段的基礎上，向厭氧區和好氧區添加馴化后的接種污泥 ，保持污泥質(zhì)量濃度 2 g/L 左右 ，好氧區溶解氧 4 mg/L 以上，厭氧區溶解氧 0.5 mg/L 以下 ，硝化液回流比 3 ∶1 ，以相同水力停留時(shí)間連續運行 ； 第三階段 ，取出包埋固定化菌顆粒 ，同第二階段參數連續運行。 因包埋固定化菌主要包埋硝化菌 ，故主要通過(guò)這 3 個(gè)階段出水 CODCr、NH3-N 等指標的變化考察顆粒對微污染水的處理效果 。

1.4 分析項目及檢測方法

COD：重鉻酸鉀法；NH3-H：納氏試劑分光光度法；pH：玻璃電極法；溶解氧：便攜式溶解氧測定儀。

2 試驗結果及分析

2.1 包埋固定化菌顆粒的馴化

試驗所用包埋固定化菌顆粒在進(jìn) 入 反 應 器 之前，肉眼觀(guān)察呈黑褐色且氣味發(fā)臭，此狀態(tài)是因為顆粒長(cháng)時(shí)間處于低溫 、 低營(yíng)養 、 無(wú)氧狀態(tài) ，厭氧菌占據優(yōu)勢 ，處于惰性階段所致。 為使硝化菌及其他好氧菌的生長(cháng)達到最大活性，應先對包埋菌固定化顆粒進(jìn)行馴化。 有研究表明 〔6〕，包埋固定化菌在 DO>4 mg/L 時(shí)，具有最大硝化速率。 因此本試驗包埋固定化菌馴化階段保持溶解氧 4 mg/L 以上，采取通入原水的方式 對 包 埋 固 定 化 顆 粒 進(jìn) 行 馴 化 ，水 力 停 留 時(shí) 間 取 10 h，顆粒僅投入好氧區且投加體積占好氧區容積的 10%，均勻曝氣以使顆粒在反應器中處于流化狀態(tài)。 經(jīng)過(guò) 15 d 的馴化，出水 CODCr、NH3-N 基本穩定 ，進(jìn)入試驗階段。

2.2 不同階段去除 CODCr 比較

在試驗階段 ，采集河水因漲水 、 下雨 、 河流上游排污情況等而使原水水質(zhì)呈現一定波動(dòng)性，原水進(jìn)水平均 CODCr 為 48.18 mg/L，屬于 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002） 中劣Ⅴ 類(lèi)。 以原水采取連續進(jìn)水的方式，分 3 階段運行，每階段均考察馴化穩定后處理效果，不同階段 CODCr 的去除效果見(jiàn)圖 2。

圖 2 不同階段 CODCr 的去除效果

第一階段僅投加包埋固定化菌 ，CODCr 去除率較為穩定 ，在 51.2%~58.5%之間 ； 出水 CODCr 也較為穩定 ，為 16.9~23.7 mg/L，平均 20.55 mg/L，接近Ⅲ類(lèi)水 。 第二階段以向傳統活性污泥 A/O 工藝添加包埋固定化菌顆粒的形式運行 ，在此階段進(jìn)水水質(zhì)出現了較大波動(dòng) ，CODCr 去除率仍較為穩定 ，且高于第一階段 ，在 64.7%~73.1%之間 ； 出水 CODCr 也較為穩定 ，為 11.7~21.5 mg/L ，平 均 15.66 mg/L ，接 近 Ⅱ 類(lèi)水 。 第三階段僅以傳統活性污泥 A/O 工藝的形式運行 ，在此階段進(jìn)水水質(zhì)也出現了較大波動(dòng) ，CODCr 去除率也出現一定波動(dòng) ，在 35.0%~69.2%之間 ； 出水 CODCr 不穩定 ，為 12.3~35.3 mg/L ，平均 22.85 mg/L ，接近Ⅲ類(lèi)水 。

對比 3 個(gè)階段 CODCr 處理效果穩定性發(fā)現 ： 階段Ⅱ >階段Ⅰ >階段Ⅲ ，去除率 ： 階段Ⅱ >階段Ⅰ >階段Ⅲ 。 由階段Ⅰ 可知 ，包埋固定化菌對 CODCr 有一定去除效果 ，并隨原水水質(zhì)的波動(dòng)變化較小 ，出水較為穩定 。 通過(guò)階段Ⅰ 和階段Ⅲ對比發(fā)現 ，相比于傳統活性污泥工藝 ，包埋固定化菌對低濃度有機污染物具有更高更穩定的去除效果 ，主要是因為包埋技術(shù)能最大程度地提高微生物的濃度且提供給微生物良好的生活環(huán)境 ，而對于傳統活性污泥工藝 ，處理低濃度有機污染物時(shí) ，活性污泥微生物生長(cháng)不夠理想 ，微生物活性不夠 ，所以包埋固定化菌法對于去除微污染水中的有機物比傳統活性污泥法更有優(yōu)勢 。 階段Ⅱ 對有機物的去除效果優(yōu)于階段Ⅰ 、 階段Ⅲ ，是因為向傳統活性污泥工藝中添加包埋固定化菌能維持微生物濃度穩定 ，所以將包埋固定化菌添加到傳統活性污泥工藝中有助于提高 CODCr 出水水質(zhì)及穩定性 。

2.3 不同階段去除氨氮比較

原水氨氮平均質(zhì)量濃度 4.40 mg/L ，屬于 《 地表水環(huán)境質(zhì)量標準 》 （GB 3838 —2002 ） 中劣Ⅴ 類(lèi) ，不同階段氨氮的去除效果見(jiàn)圖 3。

圖 3 不同階段 NH3-N 的去除效果

第一階段，氨氮去除率 83.2%~88.1%，出水氨氮質(zhì)量濃度 0.44~0.65 mg/L，平均 0.53 mg/L，接近Ⅱ 類(lèi)水 ； 第二階段 ，氨氮去除率 90.6%~95.3%，出水氨氮質(zhì)量濃度 0.20~0.50 mg/L，平均 0.35 mg/L，Ⅱ 類(lèi)水 ；第三階段，氨氮去除率 87.6%~93.4%，出水氨氮質(zhì)量濃度 0.29~0.70 mg/L，平均 0.46 mg/L，Ⅱ 類(lèi)水 。 三個(gè)階段，氨氮去除率都較為穩定且總體出水穩定 ，第二階段氨氮去除率和出水水質(zhì)略高于其他兩個(gè)階段。

包埋固定化菌對微污染水中的氨氮處理效果雖略低于同參數下運行的傳統活性污泥工藝 ，這可能是因為包埋所使用材料影響了硝化過(guò)程的傳質(zhì) 〔7〕。但此時(shí)的包埋固定化菌顆粒仍具有較高的氨氮去除效果及穩定性，并且投加到活性污泥工藝中可以進(jìn)一步提高氨氮的處理效果 。 考慮到僅使用包埋固定化菌已能使出水氨氮達到Ⅱ 類(lèi)，且包埋固定化菌顆粒具有剩余污泥少 、 操作方便等特點(diǎn) ，因此 ，可以?xún)H使用包埋固定化菌去除微污染水中的氨氮。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結論

（1 ） 包埋固定化菌對劣Ⅴ 類(lèi)微污染水 CODCr、 氨氮平均去除率分別為 55.1%、86.7%，具有穩定的去除效果 ，可使 CODCr、 氨氮達到 《 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002） 中 Ⅲ類(lèi)、Ⅱ 類(lèi)水標準。

（2） 向傳統活性污泥 A/O 工藝好氧區中添加包埋固定化菌有助于維持好氧區微生物濃度穩定 ，提高出水水質(zhì)及穩定性。

（3） 使用包埋固定化菌技術(shù)代替傳統生化工藝處理微污染水應用于地表水商業(yè)化景觀(guān)用途 ，具有良好前景。