污水處理工藝優化的小試研究★

龐 博 孫錦程 張耀宗,

(1.華北理工大學建筑工程學院，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，由于水體污染惡化程度日益加劇，政府對污水處理提出了更高的技術要求。太湖流域作為城市污水處理廠提標改造的先行者，在提標改造的過程中積累了豐富的經驗[1]。郝曉地等利用TUD模型對北京某大型污水處理廠進行升級改造，為污水處理廠的升級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城鎮污水處理廠污染物排放標準一級B排水標準(以下簡稱標準)提至一級A排水標準的改造，對COD、總磷、總氮、氨氮的水質排放要求均有所提高，C/N比較低或低溫環境等不可控問題，致使傳統污水處理工藝一級A提標改造存在較大的局限性[3]。

現有唐山某污水處理廠需進行一級A提標改造，但鑒于傳統污水處理工藝提標優化存在較大的局限，且該污水處理廠現有厭氧區、缺氧區和好氧區停留時間相對較短等問題。故以該污水處理廠的實際運行工藝參數制作小型污水處理設施裝置，該裝置初沉池采用增加攪拌器將沉淀功能轉變為厭氧功能，來有效提高碳源利用率。通過調整厭氧、缺氧、好氧的容積比和內循環液回流比[4]，確定最優脫氮除磷運行參數，為一級A提標改造提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 設備構造

實驗工藝流程如圖1所示。

實驗采用AAO工藝，但在原有工藝上在初沉池中增加攪拌器。裝置主要為有機玻璃材質，尺寸長寬高分別為100 cm×50 cm×50 cm。反應器通過可移動隔板分3區10個格，以此來調節厭氧區、缺氧區和好氧區容積比，反應時間定為10 h。厭氧區、缺氧區設攪拌設備，轉速為60 r/min，好氧區采用充氣泵曝氣，有效容積為125 L，時間定為1.5 h。二沉池是有效容積為250 L的豎流式沉淀池，中間進水，四周出水，底部設有剩余污泥排泥管和污泥回流管,外回流和內回流均由污泥泵控制[5]。

1.2 培菌運行

實驗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，實驗裝置運行7 d后，出水水質達到穩定，然后調節工藝運行參數，開始進行實驗[6]。

實驗進水采用污水處理廠旋流沉砂池出水，進水量為2 m3/d。實驗裝置進水水質如表1所示。

表1 進水水質 mg/L

1.3 調試方法

由于污水處理廠的內回流和外回流潛污泵沒有變頻設施，內回流的回流量只有50%，100%和150%三種情況，而外回流系統設置的潛污泵回流比只有100%和200%兩種情況，因此實驗設置6個工況。其中1工況～3工況厭氧區、缺氧區和好氧區容積比分別為(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)和(1.5∶3.5∶5)，內循環回流比均為50%。其中4工況～6工況厭氧區、缺氧區和好氧區容積比分別為(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)和(1.5∶3.5∶5)，內循環回流比均為100%。這6個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DO濃度為2 mg/L～3 mg/L。

2 結果與討論

在實驗監測過程中，若每個工況3 d出水數值變化不超過5%，則認定裝置穩定運行。在裝置穩定運行之后連續檢測6 d出水數據，所得檢測數據計算平均值將其作為參考數據。

2.1 CODCr的去除效果

CODCr的進水、出水和去除率平均值如圖2所示，出水水質均已達到一級B排水標準。1工況～6工況相對應的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，可知在內循環回流比為100%時，裝置對CODCr的去除效果更優于內循環回流比為50%時，這是由于隨著增大內循環回流比，缺氧區回流的硝態氮也逐漸增多，缺氧區的反硝化作用需要消耗更多的碳源，進而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，也就是說厭氧區、缺氧區和好氧區容積比為(1.5∶3.5∶5)時對CODCr去除效果要比(0.6∶1.9∶7.5)和(1∶2.5∶5)更好，這是因為缺氧區體積比增大，更有利于反硝化進行徹底，進而提高了對CODCr的去除效果。

2.2 TN的去除效果

TN的進水、出水和去除率平均值如圖3所示，出水水質均已達到一級B排水標準。1工況～6工況相對應的TN去除率分別為60.49%,61.97%,62.16%,65.33%,65.97%,66.75%。實驗數據表明，增大內循環回流比，TN的去除效果更好，這是由于隨著內循環回流比的增大，反硝化電子受體——硝氨也逐步增加，脫氮能力增強。在內循環回流比相同情況下，厭氧區、缺氧區和好氧區容積比為(1.5∶3.5∶5)時對TN的去除效果更好于其他兩種容積比，這是因為增大缺氧區與好氧區的比值，增加缺氧區反應時間，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的進水、出水和去除率平均值如圖5所示，出水水質均已達到一級B排水標準。1工況～6工況相對應的TP去除率平均值分別為83.98%,84.62%,84.97%,86.30%,86.80%,87.55%。實驗數據表明，裝置在內循環回流比為100%條件下要比為50%時對TP的去除效果更好，這是由于增大回流比，增加水力停留時間，提高了TP的去除率。在內循環回流比相同情況下，厭氧區、缺氧區和好氧區容積比為(1.5∶3.5∶5)時，去除率高于其他兩種容積比，這是因為增加厭氧時間，能夠使聚磷菌在厭氧狀態下釋磷更加徹底，在好氧段吸收更多的磷，所以磷的去除效率更高。

3 經濟、社會效益

實驗模擬污水處理廠的實際運行，通過改變各部分的容積比來調整水在各功能區的停留時間，最大限度的去除系統中的TN,TP,COD等污染物，最大限度發揮污水處理系統的去污功效。消減城市污水處理廠出水入河污染負荷，發揮城市污水處理廠在美化城市、科學研究等方面具有的生態、環境和社會效益，實現人與環境的和諧發展，為“文明唐山”貢獻力量，并為河北省的節能減排提供示范作用，為相關的改造提供技術支撐。

4 結語

1)初沉池通過增加攪拌器，由沉淀功能變換為厭氧功能，進一步提高碳源利用率，同時也對難降解有機物提供一定的水解時間。

2)根據實驗數據得出，厭氧、缺氧、好氧區容積比分別為(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)(1.5∶3.5∶5)和內循環回流比分別為50%和100%時，COD,TP,TN和氨氮的出水水質均滿足一級B排放標準。

3)內循環回流比(R)為100%，容積比為(1.5∶3.5∶5)時為實驗最優運行參數。

4)通過實驗模擬該污水處理廠實際運行，調整各部分容積比和內循環回流比，最優化脫氮除磷效果，使得效益最大化，為污水處理廠提標改造提供技術支撐。