污水處理工藝優(yōu)化的小試研究★

龐 博 孫錦程 張耀宗,

(1.華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 唐山 063000； 2.唐山城市排水有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

近年來(lái)，由于水體污染惡化程度日益加劇，政府對(duì)污水處理提出了更高的技術(shù)要求。太湖流域作為城市污水處理廠提標(biāo)改造的先行者，在提標(biāo)改造的過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)[1]。郝曉地等利用TUD模型對(duì)北京某大型污水處理廠進(jìn)行升級(jí)改造，為污水處理廠的升級(jí)改造提供有效的工藝方案，并獲得較好的生物除磷效果[2]。目前，污水處理廠從GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)B排水標(biāo)準(zhǔn)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn))提至一級(jí)A排水標(biāo)準(zhǔn)的改造，對(duì)COD、總磷、總氮、氨氮的水質(zhì)排放要求均有所提高，C/N比較低或低溫環(huán)境等不可控問(wèn)題，致使傳統(tǒng)污水處理工藝一級(jí)A提標(biāo)改造存在較大的局限性[3]。

現(xiàn)有唐山某污水處理廠需進(jìn)行一級(jí)A提標(biāo)改造，但鑒于傳統(tǒng)污水處理工藝提標(biāo)優(yōu)化存在較大的局限，且該污水處理廠現(xiàn)有厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)停留時(shí)間相對(duì)較短等問(wèn)題。故以該污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行工藝參數(shù)制作小型污水處理設(shè)施裝置，該裝置初沉池采用增加攪拌器將沉淀功能轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬豕δ埽瑏?lái)有效提高碳源利用率。通過(guò)調(diào)整厭氧、缺氧、好氧的容積比和內(nèi)循環(huán)液回流比[4]，確定最優(yōu)脫氮除磷運(yùn)行參數(shù)，為一級(jí)A提標(biāo)改造提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備構(gòu)造

實(shí)驗(yàn)工藝流程如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)采用AAO工藝，但在原有工藝上在初沉池中增加攪拌器。裝置主要為有機(jī)玻璃材質(zhì)，尺寸長(zhǎng)寬高分別為100 cm×50 cm×50 cm。反應(yīng)器通過(guò)可移動(dòng)隔板分3區(qū)10個(gè)格，以此來(lái)調(diào)節(jié)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)容積比，反應(yīng)時(shí)間定為10 h。厭氧區(qū)、缺氧區(qū)設(shè)攪拌設(shè)備，轉(zhuǎn)速為60 r/min，好氧區(qū)采用充氣泵曝氣，有效容積為125 L，時(shí)間定為1.5 h。二沉池是有效容積為250 L的豎流式沉淀池，中間進(jìn)水，四周出水，底部設(shè)有剩余污泥排泥管和污泥回流管,外回流和內(nèi)回流均由污泥泵控制[5]。

1.2 培菌運(yùn)行

實(shí)驗(yàn)的接種污泥為該污水處理廠二沉池中污泥沉降性能良好的剩余污泥，其污泥與污水體積比為1∶5，實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行7 d后，出水水質(zhì)達(dá)到穩(wěn)定，然后調(diào)節(jié)工藝運(yùn)行參數(shù)，開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[6]。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)水采用污水處理廠旋流沉砂池出水，進(jìn)水量為2 m3/d。實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

表1 進(jìn)水水質(zhì) mg/L

1.3 調(diào)試方法

由于污水處理廠的內(nèi)回流和外回流潛污泵沒(méi)有變頻設(shè)施，內(nèi)回流的回流量只有50%，100%和150%三種情況，而外回流系統(tǒng)設(shè)置的潛污泵回流比只有100%和200%兩種情況，因此實(shí)驗(yàn)設(shè)置6個(gè)工況。其中1工況～3工況厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)容積比分別為(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)和(1.5∶3.5∶5)，內(nèi)循環(huán)回流比均為50%。其中4工況～6工況厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)容積比分別為(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)和(1.5∶3.5∶5)，內(nèi)循環(huán)回流比均為100%。這6個(gè)工況都保持污泥外回流比(R)為100%，污泥齡(SRT)為15 d，污泥濃度為3 000 mg/L，好氧區(qū)DO濃度為2 mg/L～3 mg/L。

2 結(jié)果與討論

在實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，若每個(gè)工況3 d出水?dāng)?shù)值變化不超過(guò)5%，則認(rèn)定裝置穩(wěn)定運(yùn)行。在裝置穩(wěn)定運(yùn)行之后連續(xù)檢測(cè)6 d出水?dāng)?shù)據(jù)，所得檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算平均值將其作為參考數(shù)據(jù)。

2.1 CODCr的去除效果

CODCr的進(jìn)水、出水和去除率平均值如圖2所示，出水水質(zhì)均已達(dá)到一級(jí)B排水標(biāo)準(zhǔn)。1工況～6工況相對(duì)應(yīng)的CODCr去除率分別為90.34%,90.83%,91.14%,91.77%,92.11%,92.94%。其4工況～6工況比1工況～3工況CODCr去除率要高，可知在內(nèi)循環(huán)回流比為100%時(shí)，裝置對(duì)CODCr的去除效果更優(yōu)于內(nèi)循環(huán)回流比為50%時(shí)，這是由于隨著增大內(nèi)循環(huán)回流比，缺氧區(qū)回流的硝態(tài)氮也逐漸增多，缺氧區(qū)的反硝化作用需要消耗更多的碳源，進(jìn)而CODCr去除效果更好。工況6是去除率最高的工況，并且工況3去除率也比工況1和工況2更高，也就是說(shuō)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)容積比為(1.5∶3.5∶5)時(shí)對(duì)CODCr去除效果要比(0.6∶1.9∶7.5)和(1∶2.5∶5)更好，這是因?yàn)槿毖鯀^(qū)體積比增大，更有利于反硝化進(jìn)行徹底，進(jìn)而提高了對(duì)CODCr的去除效果。

2.2 TN的去除效果

TN的進(jìn)水、出水和去除率平均值如圖3所示，出水水質(zhì)均已達(dá)到一級(jí)B排水標(biāo)準(zhǔn)。1工況～6工況相對(duì)應(yīng)的TN去除率分別為60.49%,61.97%,62.16%,65.33%,65.97%,66.75%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，增大內(nèi)循環(huán)回流比，TN的去除效果更好，這是由于隨著內(nèi)循環(huán)回流比的增大，反硝化電子受體——硝氨也逐步增加，脫氮能力增強(qiáng)。在內(nèi)循環(huán)回流比相同情況下，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)容積比為(1.5∶3.5∶5)時(shí)對(duì)TN的去除效果更好于其他兩種容積比，這是因?yàn)樵龃笕毖鯀^(qū)與好氧區(qū)的比值，增加缺氧區(qū)反應(yīng)時(shí)間，TN去除效果更好[7]。

2.3 NH3-N的去除效果

2.4 TP的去除效果

TP的進(jìn)水、出水和去除率平均值如圖5所示，出水水質(zhì)均已達(dá)到一級(jí)B排水標(biāo)準(zhǔn)。1工況～6工況相對(duì)應(yīng)的TP去除率平均值分別為83.98%,84.62%,84.97%,86.30%,86.80%,87.55%。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，裝置在內(nèi)循環(huán)回流比為100%條件下要比為50%時(shí)對(duì)TP的去除效果更好，這是由于增大回流比，增加水力停留時(shí)間，提高了TP的去除率。在內(nèi)循環(huán)回流比相同情況下，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)容積比為(1.5∶3.5∶5)時(shí)，去除率高于其他兩種容積比，這是因?yàn)樵黾訁捬鯐r(shí)間，能夠使聚磷菌在厭氧狀態(tài)下釋磷更加徹底，在好氧段吸收更多的磷，所以磷的去除效率更高。

3 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

實(shí)驗(yàn)?zāi)M污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行，通過(guò)改變各部分的容積比來(lái)調(diào)整水在各功能區(qū)的停留時(shí)間，最大限度的去除系統(tǒng)中的TN,TP,COD等污染物，最大限度發(fā)揮污水處理系統(tǒng)的去污功效。消減城市污水處理廠出水入河污染負(fù)荷，發(fā)揮城市污水處理廠在美化城市、科學(xué)研究等方面具有的生態(tài)、環(huán)境和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的和諧發(fā)展，為“文明唐山”貢獻(xiàn)力量，并為河北省的節(jié)能減排提供示范作用，為相關(guān)的改造提供技術(shù)支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

1)初沉池通過(guò)增加攪拌器，由沉淀功能變換為厭氧功能，進(jìn)一步提高碳源利用率，同時(shí)也對(duì)難降解有機(jī)物提供一定的水解時(shí)間。

2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，厭氧、缺氧、好氧區(qū)容積比分別為(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)(1.5∶3.5∶5)和內(nèi)循環(huán)回流比分別為50%和100%時(shí)，COD,TP,TN和氨氮的出水水質(zhì)均滿(mǎn)足一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

3)內(nèi)循環(huán)回流比(R)為100%，容積比為(1.5∶3.5∶5)時(shí)為實(shí)驗(yàn)最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)。

4)通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M該污水處理廠實(shí)際運(yùn)行，調(diào)整各部分容積比和內(nèi)循環(huán)回流比，最優(yōu)化脫氮除磷效果，使得效益最大化，為污水處理廠提標(biāo)改造提供技術(shù)支撐。