城市污水除磷處理工藝
混合型城市污水進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)較大且水質(zhì)復(fù)雜，其包含工業(yè)廢水和生活污水（工業(yè)廢水所占比例為60%~80%，生活污水占20%~40%），典型的特點(diǎn)為污水中COD偏高。加之目前國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水處理廠出水水質(zhì)的要求越來越高，采用傳統(tǒng)的污水處理工藝處理混合型城市污水，難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。
水解酸化能較大程度地提高污水的可生化性，可為后續(xù)的微生物降解有機(jī)污染物創(chuàng)造良好的條件，不僅縮短了反應(yīng)時(shí)間，也降低了處理能耗〔201502091">1〕；氧化溝具有較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間、較低的有機(jī)負(fù)荷和較長(zhǎng)的污泥齡，可結(jié)合推流和完全混合的特點(diǎn)，有利于克服短流和提高緩沖能力，并具有明顯的溶解氧濃度梯度，其應(yīng)用前景廣闊〔201502092">2,201502093">3,201502094">4〕。目前，城市污水處理廠很少采用水解酸化反應(yīng)器作為前置構(gòu)筑物，同時(shí)也基本沒有對(duì)氧化溝進(jìn)行厭氧強(qiáng)化、溶解氧和污泥回流的調(diào)控。水解酸化-厭氧-改良Carrousel氧化溝工藝是較為創(chuàng)新的嘗試，其可有效緩解混合型城市污水水質(zhì)波動(dòng)的劇烈負(fù)荷沖擊，更好地保障后續(xù)除磷工藝的高效穩(wěn)定運(yùn)行〔201502095">5〕。
本研究采用“水解酸化-厭氧-改良氧化溝”工藝，并通過對(duì)水解酸化、氧化溝水力停留時(shí)間及污泥回流比的調(diào)控，考察了其對(duì)混合型城市污水中COD和TP的去除效果，以期為工程設(shè)計(jì)積累技術(shù)參數(shù)，以及為污水廠升級(jí)改造提供技術(shù)支持。
1試驗(yàn)材料與方法
1.1試驗(yàn)水質(zhì)與接種污泥
試驗(yàn)原水為某城市大型污水處理廠曝氣沉砂池出水，其為混合型城市污水，相比一般的城市生活污水其COD較高，約為350~1250mg/L，TP約為3.5~11.5mg/L，TN約為20~60mg/L，碳氮比較低，水中污染物成分復(fù)雜。試驗(yàn)接種污泥為該污水處理廠剩余污泥。
1.2監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法
TP：哈希測(cè)定法（8114_PhosphorusReac）；COD：哈？焖贉y(cè)定法（OxyCOD_8000）；DO：哈希DO儀測(cè)定法；水溫：溫度計(jì)法。
1.3裝置與流程
工藝流程如圖1所示。
圖1工藝流程
水解酸化池、厭氧池、改良Carrousel氧化溝及二沉池均由不銹鋼板焊接而成。水解酸化池為復(fù)合折流式水解酸化反應(yīng)池，由反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)組成；厭氧池由2個(gè)單元格組成，混合液由頂部溢流出水；改良Carrousel氧化溝設(shè)置為八廊道形式；二沉池內(nèi)有斜板輔助沉淀，斜板傾角為60°〔201502096">6〕。
試驗(yàn)原水由泵抽送至高位水箱，后重力流入水解酸化反應(yīng)器，先后經(jīng)過水解酸化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)，在沉淀區(qū)由泵抽送上清液進(jìn)入?yún)捬醭氐撞。厭氧池溢流出水進(jìn)入改良Carrousel氧化溝，由微孔曝氣器進(jìn)行曝氣。改良Carrousel氧化溝出水進(jìn)入二沉池，沉淀后上清液排放，部分污泥回流至厭氧池，剩余污泥排放。
組合工藝運(yùn)行期間，控制水解酸化反應(yīng)器HRT約為3h，改良氧化溝HRT約為11h，污泥回流比約為1，DO維持在2~4mg/L。
2結(jié)果與分析
2.1COD去除情況及分析
系統(tǒng)進(jìn)水COD約為350~1250mg/L，已超過南方及華北地區(qū)一般生活污水的平均COD值，其原因是該污水廠的進(jìn)水中混合有大量的工業(yè)廢水，導(dǎo)致進(jìn)水負(fù)荷波動(dòng)較大，COD平均值升高。組合工藝運(yùn)行期間，COD的去除情況如圖2所示。
圖2COD去除情況
由圖2可知，出水COD約為10~120mg/L，平均出水COD約為54.9mg/L，平均COD去除率約為90.1%。盡管進(jìn)水COD波動(dòng)較大，但總體去除效果波動(dòng)不大，說明該系統(tǒng)能夠抵抗一定的沖擊負(fù)荷，具有良好的COD去除效果。多點(diǎn)強(qiáng)化氧化溝系統(tǒng)中的水解酸化池和厭氧池屬于厭氧反應(yīng)器，能夠去除少部分COD，而改良Carrousel氧化溝是去除COD的主要場(chǎng)所〔201502097">7〕。
COD的去除受溫度影響較大，水溫會(huì)影響微生物同化和代謝有機(jī)物的速度。水溫﹥20℃時(shí)，系統(tǒng)COD去除率一般在90%以上；水溫＜15℃時(shí)，系統(tǒng)COD去除率約為80%左右。溫度低時(shí)可通過加大曝氣量或其他強(qiáng)化措施使出水水質(zhì)得以改善〔201502098">8〕。
2.2TP去除情況及分析
組合工藝運(yùn)行期間，TP的去除情況如圖3所示。
圖3TP去除情況
由圖3可知，進(jìn)水TP約為3.5~11.5mg/L，波動(dòng)幅度較大，出水TP約為0.2~1.9mg/L，平均TP去除率約為86.4%，出水平均TP達(dá)到GB18918—2002的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)；旌闲统鞘形鬯休^大比例的工業(yè)廢水，其含有大量的磷酸鹽，又由于水量、水質(zhì)變化等原因，出現(xiàn)夏秋季節(jié)的進(jìn)水平均TP低于冬春季節(jié)的現(xiàn)象。在夏秋季節(jié)污水水溫高，整個(gè)系統(tǒng)的TP去除率高于冬春季節(jié)。
試驗(yàn)過程中，對(duì)系統(tǒng)水解酸化池出水、厭氧反應(yīng)池出水、改良Carrousel氧化溝出水的TP也進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，水解酸化池對(duì)TP的去除效果有限，在相對(duì)較短的水力停留時(shí)間下，占優(yōu)勢(shì)菌群地位的水解細(xì)菌和酸化細(xì)菌同化作用不明顯，而且由于聚磷菌在厭氧環(huán)境下釋放磷，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)水解酸化出水TP大于進(jìn)水的情況；厭氧池出水TP則明顯高于進(jìn)水，這是由于聚磷菌在厭氧條件下釋放磷；氧化溝是TP去除的主要場(chǎng)所，聚磷菌在好氧環(huán)境下超量吸磷，起到了除磷的效果。另外，試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，某段時(shí)間內(nèi)二沉池出水TP大于氧化溝出水TP，其原因是二沉池內(nèi)聚磷微生物又在厭氧環(huán)境下釋放磷，因此，監(jiān)測(cè)到TP出現(xiàn)此情況時(shí)，需要視情況排泥或加大排泥量。
2.3試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)對(duì)污染物去除的影響
2.3.1HRT對(duì)水解酸化反應(yīng)器處理效果的影響
試驗(yàn)期間水解酸化反應(yīng)器進(jìn)水流量約為0.4m3/h，通過改變水解酸化反應(yīng)器的有效容積來調(diào)整HRT，考察HRT對(duì)水解酸化反應(yīng)器處理效果的影響，結(jié)果如圖4所示。
圖4厭氧水解酸化反應(yīng)器在不同HRT下對(duì)污染物的去除情況
由圖4可知，HRT為3h時(shí)，水解酸化反應(yīng)器對(duì)COD的平均去除率最高，約為16.5%。當(dāng)HRT為4h時(shí)，水解酸化反應(yīng)器對(duì)TP的平均去除率最高，約為12.2%；當(dāng)HRT為3h時(shí)，TP平均去除率有所下降，為8.3%，與HRT為2h時(shí)的TP平均去除率9.8%相差不大。水解酸化反應(yīng)器的HRT比一般的厭氧反應(yīng)器短，故釋磷作用不明顯，同化代謝去除污水中TP的量要大于釋磷的量。綜合考慮COD和TP的去除情況，當(dāng)HRT為3h時(shí)，水解酸化反應(yīng)器的運(yùn)行效果最佳。水解酸化反應(yīng)器對(duì)混合型城市污水有較好的預(yù)處理效果。
2.3.2HRT對(duì)改良氧化溝處理效果的影響
在試驗(yàn)的前100d時(shí)間內(nèi)改良氧化溝有效池容一直為8.9m3，其HRT為11h。從約100d至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間內(nèi)，采用改變改良氧化溝有效容積的方法來調(diào)整HRT，考察HRT對(duì)改良氧化溝處理效果的影響，結(jié)果見圖5。
圖5改良氧化溝在不同HRT下對(duì)污染物的去除情況
由圖5可知，試驗(yàn)的前100d，改良氧化溝對(duì)COD的去除效果比較穩(wěn)定，COD平均去除率約為91.4%。當(dāng)HRT改變?yōu)?.5、8h時(shí)，COD平均去除率約為81.7%，COD去除率下降；當(dāng)HRT為6.5h時(shí)，改良氧化溝對(duì)COD的去除效果也較好，平均COD去除率約為90.1%。綜合考慮改良氧化溝的出水水質(zhì)，當(dāng)HRT為11h時(shí)，出水COD為10~80mg/L，出水COD基本可以達(dá)到GB18918—2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)HRT為6.5h時(shí)，出水COD多高于150mg/L；當(dāng)HRT為8、9.5h時(shí)，出水COD＞100mg/L。因此，HRT約為11h時(shí)，改良Carrousel氧化溝對(duì)COD的去除效果最佳。改良氧化溝對(duì)TP的平均去除率在不同的HRT下變化不大，但當(dāng)HRT約為11h時(shí)，出水TP除個(gè)別天數(shù)外，基本都低于1mg/L，達(dá)到GB18918—2002的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。
綜合考慮COD及TP的去除情況，確定改良氧化溝最佳的HRT為11h。較長(zhǎng)的HRT可使微生物有更充足的時(shí)間代謝污水中的有機(jī)污染物，同時(shí)也可以與污染物更充分地接觸。因此，相對(duì)較長(zhǎng)的HRT有利于改良氧化溝對(duì)污染物的去除。改良氧化溝最佳HRT的確定同時(shí)要考慮進(jìn)水水量、進(jìn)水負(fù)荷〔201502099">9〕。
2.3.3污泥回流比對(duì)系統(tǒng)污染物去除的影響
試驗(yàn)的第60~90天保持其他運(yùn)行參數(shù)不變，調(diào)整污泥回流比，考察污泥回流比對(duì)系統(tǒng)污染物去除的影響，結(jié)果如圖6所示。
圖6污泥回流比對(duì)系統(tǒng)污染物去除的影響
由圖6可知，污泥回流比對(duì)COD的平均去除率影響較小，COD平均去除率基本在90%~94%之間。污泥回流比對(duì)TP的去除有一定的影響，回流污泥先進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器釋磷，然后進(jìn)入改良氧化溝的好氧區(qū)超量吸磷。當(dāng)污泥回流比為1時(shí)，除磷效果最佳。除磷和脫氮過程是2個(gè)相互矛盾的過程〔2015020910">10〕，污泥回流量小表示活性污泥中聚磷菌的數(shù)量少，此時(shí)的除磷效果沒有污泥回流量大時(shí)好；但污泥回流量過大，又會(huì)使較多的硝態(tài)氮進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，反硝化細(xì)菌在與聚磷菌的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，使聚磷菌的生長(zhǎng)受到抑制，影響了TP的去除。綜合考慮COD和TP的去除效果，最佳污泥回流比為1。
3結(jié)論
采用水解酸化-厭氧-改良Carrousel氧化溝除磷工藝，并通過調(diào)控前置水解酸化反應(yīng)器HRT、氧化溝HRT、二沉池污泥回流比對(duì)混合型城市污水進(jìn)行除磷研究。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水COD為350~1250mg/L，TP為3.5~11.5mg/L時(shí)，組合工藝的最佳運(yùn)行參數(shù)：水解酸化反應(yīng)器HRT為3h，厭氧池HRT為4h，改良Carrousel氧化溝HRT為11h，污泥回流比為1，平均DO為2~4mg/L。在最佳工藝條件下，出水COD、TP平均分別為54.9、0.9mg/L，系統(tǒng)對(duì)COD、TP的平均去除率分別可達(dá)到90.1%、86.4%以上，出水水質(zhì)能達(dá)到或優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。
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