污泥的高效处理方法：针对化粪池污水的生物降解性研究及接触反应试验，旨在实现更清洁的环境

本研究提出并验证了WASHR工艺作为预处理方法处理septage的可行性，通过respirometry评估了三季节后污泥的生物降解性，发现其BOD5/COD比值在0.21-0.44之间。优化接触相参数后，最大COD去除率达74.3%，SVI为48.2 mL/g，表明该工艺能有效降低有机负荷并维持污泥沉降性能。

　　
本研究针对传统 septage（厕所废液）处理存在的挑战，提出并验证了一种新型预处理方法—— Waste Activated Sludge High-Rate Process（WASHR流程）。该流程通过分阶段接触稳定化和生物氧化，有效降低 septage 对污水处理厂后续单元的冲击负荷。研究采用实验室模拟与实际样本分析相结合的方式，揭示了不同来源 septage 的降解特性及工艺参数优化路径。

### 一、传统 septage 处理的瓶颈
加拿大安大略省约14%的居民使用 septage 系统，其处理主要依赖厌氧消化与澄清。但传统方法存在多重问题：
1. **固体负荷冲击**：septage 的悬浮固体浓度可达 domestic sewage（DS）的 10-20 倍，易导致处理厂渠道淤塞和泵送故障。
2. **微生物抑制**：有机物（COD达7030 mg/L）、病原体及化学添加剂（如消毒剂、除臭剂）会抑制活性污泥的硝化与降解能力。
3. **固体产量激增**：septage 的厌氧消化不完全导致挥发性悬浮固体（VS）比例高（可达0.71），需额外处理稳定化污泥。
4. **季节性波动**：北方地区春秋季 septage 量激增，处理厂难以通过连续工艺适应负荷突变。

### 二、WASHR 流程的创新设计
该流程整合了高负荷活性污泥（HRAS）、序批式反应器（SBR）和接触稳定化（CS）技术，形成独特优势：
1. **预处理模块**：
- **接触稳定化阶段**：通过短时（30-60分钟）曝气实现有机物物理吸附（COD去除率可达74.3%），避免氧化导致难降解有机物释放。
- **污泥循环系统**：利用剩余污泥回流减少生物量损失，维持处理效率。研究表明，2 mgCOD/mgMLVSS 的负荷率下，5小时接触后SVI可降至48.2 mL/g，确保后续澄清效果。
2. **氧化稳定阶段**：
- 污泥在缺氧条件下进行厌氧酸化，随后转入好氧池进行碳氧化与氮硝化，实现挥发性固体（VS）降解（约35%-50%）。
- 通过批次运行模式，可灵活应对 septage 运输频率波动，无需大规模调节池。
3. **工艺兼容性**：
- 可直接接入现有污水处理厂的污泥回流系统，无需额外化学药剂（如pH调节剂）。
- 模块化设计允许根据 septage 量动态调整接触与氧化单元数量，适合中小型处理厂。

### 三、关键实验发现
1. **septage 生物降解性差异**：
- **秋样本**（便携厕所废液为主）：BOD5/COD比值0.40，因含高浓度消毒剂（如季铵盐类），需延长驯化时间（>65小时）。
- **夏样本**（混合来源）：BOD5/COD仅0.21，显示强毒性物质抑制微生物活性。
- **春样本**（传统化粪池）：BOD5/COD达0.44，降解性能最佳，印证了厌氧消化效果。
2. **工艺参数优化**：
- **接触时间**：5小时时COD去除率达74.3%，延长至3小时以上效果趋于平稳，证明短时接触可有效截留颗粒有机物。
- **负荷率**：最佳 COD 负荷为2 mgCOD/mgMLVSS，超过6 mgCOD/mgMLVSS会导致污泥膨胀（SVI升高至31.7 mL/g）和上清液浊度增加。
- **pH适应性**：混合液本身具有强缓冲能力（pH 6.5-8.0稳定），septage pH 范围5-9对处理效果无显著影响。

### 四、工程应用价值
1. **负荷均衡**：通过调节池（需2-3天调节容量）可缓冲 septage 运输季节性波动，确保进水COD波动≤±15%。
2. **成本效益**：相比传统厌氧消化（投资回收期8-10年），WASHR流程因模块化设计可降低30%的初期投资，且运行能耗降低20%（通过优化曝气时间）。
3. **环境风险控制**：
- 便携厕所废液含高浓度表面活性剂（可达23400 mg/L），易形成生物膜导致污泥沉降性能下降。通过接触阶段快速截留，可将后续处理单元负荷降低40%以上。
- 氧化阶段产生的CO2通过碱液吸收（KOH浓度3-5%），避免温室气体逃逸，符合碳中和目标。

### 五、局限性及改进方向
1. **毒性物质影响**：需增加预处理单元（如活性炭吸附或高级氧化）处理便携厕所废液中的持久性有机污染物（POPs）。
2. **低温适应性**：实验温度18-22℃，需进一步验证0-4℃条件下微生物活性（预计COD去除率下降15-20%）。
3. **规模化挑战**：现有研究基于20L反应器，需验证2000L以上连续运行时的污泥膨胀控制效果，建议采用离心机辅助固液分离。

### 六、行业启示
1. **处理厂改造**：现有污水厂可通过增设WASHR接触单元（投资约$150-200万/千吨处理能力）实现septage兼容处理。
2. **运维策略**：
- 每季度检测混合液碱度（≥1000 mg/L）确保pH稳定。
- 接触阶段曝气强度控制在2.5-3.5 mgO2/kgCOD，避免过度氧化。
3. **政策建议**：
- 对便携厕所废液征收附加处理费（约$0.05/L），补贴社区集中处理设施建设。
- 制定septage预处理标准（如TS≤3000 mg/L，COD≤10000 mg/L），避免冲击负荷。

本研究为高浓度有机废水处理提供了新范式，特别适用于北美农村地区分散式污水处理场景。后续研究可结合机器学习优化参数（如pH自动补偿系统），并探索与厌氧反应器的耦合应用以提升能源效率。