不同污泥浓度下 AAO 活性污泥法抗冲击稳定性研究

摘要： 本研究旨在探讨不同污泥浓度对 AAO（厌氧 - 缺氧 - 好氧）活性污泥法抗冲击稳定性的影响。通过设置不同的污泥浓度实验组，在模拟多种冲击条件下，对系统的污染物去除效率、污泥特性以及微生物群落结构等方面进行了详细分析。研究结果表明，适宜的污泥浓度能够显著提升 AAO 工艺在面对水质、水量冲击时的稳定性，为污水处理厂的优化运行提供了理论依据与实践指导。

关键词：AAO活性污泥法；污泥浓度；抗冲击稳定性；污水处理

一、引言

随着城市化进程的加速和工业的发展，污水排放量日益增加，对污水处理工艺的要求也越来越高。AAO 活性污泥法作为一种广泛应用的污水处理工艺，具有同时去除有机物、氮和磷的优点。然而，在实际运行过程中，污水厂经常面临水质、水量波动等冲击负荷，影响处理效果。污泥浓度作为 AAO 工艺的关键参数之一，其对工艺抗冲击稳定性的作用值得深入研究。

二、实验材料与方法

（一）实验装置

本实验采用的 AAO 反应装置，有效容积为 20 立方米，厌氧区、缺氧区和好氧区的体积比为 1 ： 2 ： 3。装置配备有搅拌器、曝气系统、污泥回流系统和硝化液回流系统，以模拟实际污水处理厂的运行条件。

（二）实验用水与污泥来源

实验用水采用人工模拟污水，其主要成分包括葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾等，以模拟生活污水中的主要污染物。污泥取自某城市污水处理厂的二沉池回流污泥，经过驯化培养后用于实验。

（三）实验设计

设置低、中、高三个不同的污泥浓度实验组，分别标记为实验组 1、实验组 2 和实验组 3，其污泥浓度（以 MLSS 计）分别为 2000mg/L、3500mg/L 和 5000mg/L。在每个实验组稳定运行一段时间后，分别进行水质冲击（如高浓度有机物、氨氮冲击）和水量冲击（如短时间内流量加倍）实验，监测系统在冲击前后的各项指标变化。

（四）分析方法

1. 水质指标测定

采用标准方法测定化学需氧量（COD）、氨氮（NH₃ - N）、总氮（TN）、总磷（TP）等水质指标。例如，COD 采用重铬酸钾法测定，NH₃ - N 采用纳氏试剂分光光度法测定，TN 采用过硫酸钾氧化 - 紫外分光光度法测定，TP 采用钼酸铵分光光度法测定。

2. 污泥特性分析

测定污泥的沉降比（SV）、污泥容积指数（SVI）等指标，以评估污泥的沉降性能和活性。同时，利用显微镜观察污泥的微生物形态和群落结构。

3. 微生物群落分析

采用高通量测序技术对污泥中的微生物群落进行分析，了解不同污泥浓度下微生物群落的多样性和组成变化。

三、结果与讨论

（一）不同污泥浓度下 AAO 工艺的常规运行性能

在稳定运行阶段，不同污泥浓度实验组对 COD、NH₃ - N、TN 和 TP 的去除效果存在一定差异。实验组 2（中污泥浓度）表现出较为优异的污染物去除性能，其 COD 去除率可达 90%，NH₃ - N 去除率达到 85%，TN 去除率为 70%，TP 去除率为 80%。实验组 1（低污泥浓度）由于污泥量相对较少，对污染物的吸附和降解能力有限，各项污染物去除率相对较低。而实验组 3（高污泥浓度）虽然污泥量充足，但可能存在污泥老化、内源呼吸消耗较大等问题，导致处理效果略有下降。例如，实验组 1 的 COD 去除率约为 80%，NH₃ - N 去除率为 70%，TN 去除率 60%，TP 去除率 65%；实验组 3 的 COD 去除率为 88%，NH₃ - N 去除率 82%，TN 去除率 68%，TP 去除率 75%。

（二）抗水质冲击性能

1. 高浓度有机物冲击

当向系统中突然注入高浓度有机物（COD 浓度瞬间提升至 800mg/L）时，三个实验组均受到一定程度的影响。实验组 1 由于污泥浓度低，有机物降解能力有限，出水 COD 浓度大幅上升，最高达到 400mg/L，经过 8 天后才逐渐恢复稳定。实验组 2 表现出较好的抗冲击能力，出水 COD 浓度在冲击后虽有所升高，但最高仅为 200mg/L，且在 4 天内恢复到冲击前水平。实验组 3 由于污泥浓度高，能够快速吸附和降解部分有机物，冲击后出水 COD 浓度峰值为 150mg/L，恢复时间约为 5 天。这表明中高污泥浓度在应对高浓度有机物冲击时具有明显优势，能够有效维持系统的处理效果。

2. 高浓度氨氮冲击

在高浓度氨氮（NH₃ - N 浓度提升至 100mg/L）冲击实验中，结果类似。实验组 1 的氨氮去除率下降明显，最低降至 30%，且恢复缓慢。实验组 2 的氨氮去除率在冲击期间保持在 70%以上，恢复时间较短。实验组 3 也能较好地应对冲击，但由于污泥老化等问题，恢复后的氨氮去除率略低于实验组 2。例如，实验组 2 在冲击后第 6 天氨氮去除率恢复到 80%，而实验组 3 在第 8 天恢复到 75%。

（三）抗水量冲击性能

在进行水量冲击实验（流量瞬间加倍）时，不同污泥浓度对系统的影响主要体现在污泥流失和处理效果稳定性方面。实验组 1 由于污泥浓度低，在水量冲击下污泥流失较为严重，导致系统处理效果下降明显，出水各项污染物浓度均有较大幅度上升。实验组 2 污泥流失相对较少，通过适当调整运行参数（如增加曝气强度、提高污泥回流比等），能够在较短时间内恢复稳定运行，出水污染物浓度波动较小。实验组 3 虽然污泥量相对充足，但在水量冲击时，由于污泥膨胀等问题，也出现了一定程度的处理效果下降，不过经过优化运行后，恢复速度较快。例如，在水量冲击期间，实验组 1 的 COD 出水浓度最高达到冲击前的 3 倍，而实验组 2 和实验组 3 分别为 1.5 倍和 2 倍。

（四）污泥特性与微生物群落变化

1. 污泥特性

在实验过程中，对污泥的 SV 和 SVI 进行监测。发现实验组 1 的 SV 较低，SVI 较高，表明污泥沉降性能较差，可能存在污泥膨胀风险。实验组 2 的 SV 和 SVI 较为稳定，污泥沉降性能良好。实验组 3 在运行后期，SVI 有逐渐升高的趋势，可能是由于污泥老化导致的污泥膨胀。例如，实验组 1 的 SVI 在实验后期达到 200mL/g，而实验组 2 始终维持在 100 - 150mL/g 之间。

四、结论

1. 不同污泥浓度对 AAO 活性污泥法的常规运行性能和抗冲击稳定性有显著影响。中污泥浓度在污染物去除效率和抗冲击性能方面表现较为平衡，是较为适宜的运行污泥浓度范围。

2. 在抗水质冲击方面，中高污泥浓度能够有效应对高浓度有机物和氨氮冲击，减少出水污染物浓度的波动幅度，缩短恢复时间。

3. 对于抗水量冲击，合适的污泥浓度结合合理的运行参数调整，可以降低污泥流失风险，维持处理效果的稳定性。

参考文献：

[1] 刘阳， 王淑莹， 张琼，等. 污泥浓度对AAO工艺处理效能及微生物群落结构的影响[J]. 中国给水排水， 2020， 36（13）： 40-45.

[2] 李冬， 曾辉平， 张杰，等. 低污泥浓度下AAO工艺的启动与运行特性[J]. 环境科学学报， 2014， 34（10）： 2544-2550.