UCT工藝處理生活污水的實驗研究

孫鵬展，吳俊奇，王真杰，劉書敏，賈軍峰

(1.北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044；2 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中心，北京 100835；3倍適科技有限公司，北京 100124)

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

生活污水，取于某大學(xué)家屬區(qū)，水質(zhì)見表1，屬于典型低C/N值的城市生活污水；接種污泥，取自北京市某污水處理廠污泥濃縮池，MLSS約為10 g/L。

表1 生活污水的水質(zhì)

JMP-5000變頻潛水泵；CM-05多參數(shù)水質(zhì)測定儀；TU-1810分光光度計；Multi 3620 IDS水質(zhì)多參數(shù)測定儀；Milwaukee pH56筆式酸度計。

1.2 實驗方法

工藝流程示意見圖1。

圖1 工藝流程示意圖

實驗裝置主體由PE材料制成，裝置為圓形結(jié)構(gòu)，直徑為180 cm，設(shè)計處理水量為5 m3/d，水力停留時間(HTR)24 h，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)HRT為1∶2∶5，好氧區(qū)采用微孔曝氣的方式。在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)內(nèi)均設(shè)置豎向插板，污水在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)呈推流狀態(tài)，大大增加了污泥的碰撞幾率，有利于提高污泥濃度(MLSS)，提高處理效果。

系統(tǒng)的曝氣采用空氣泵，其出口流量為250 L/min，流量采用LZB玻璃轉(zhuǎn)子流量計計量，曝氣轉(zhuǎn)子流量計量程為8 m3/h，氣提轉(zhuǎn)子流量計量程為4 m3/h。調(diào)節(jié)罐內(nèi)放置了兩臺JMP-5000變頻潛水泵，最大流量為5 000 L/h，最大揚(yáng)程為6 m，潛水泵一用一備。污泥回流、硝化液回流和缺氧混合液回流均采用氣提技術(shù)，通過控制氣量控制回流量，每個回流量所對應(yīng)的氣量均由相應(yīng)的玻璃轉(zhuǎn)子流量計控制。

實驗啟動時生活污水的水溫為(24±3)℃，接種污泥的體積為3 m3。污泥接種后悶爆8 h后，2 m3的生活污水填滿系統(tǒng)，由于污泥濃度大，活性好，因此采用連續(xù)培養(yǎng)的方式進(jìn)行污泥培養(yǎng)與馴化，以縮短污泥培養(yǎng)的時間。

系統(tǒng)的啟動與運(yùn)行參數(shù)如下：在啟動階段，進(jìn)水量為0.21 m3/h，曝氣量為8 m3/h；硝化液回流比為100%，污泥回流比為100%，缺氧混合液回流比為100%；在運(yùn)行階段，硝化液回流比為200%，通過調(diào)整曝氣量控制好氧區(qū)溶解氧濃度為1～2 mg/L，SV值為30%～40%。

1.3 分析方法

2 結(jié)果與討論

2.1 UCT工藝的啟動

2.1.1 COD去除率 由圖2可知，在啟動階段，系統(tǒng)對COD的去除效果良好。第1～3 d，出水COD平均濃度為55 mg/L，對COD的平均去除率達(dá)到80%以上，這與接種污泥的數(shù)量與濃度有很大關(guān)系，使系統(tǒng)剛啟動，就具有了高效的COD去除性能。在3～11 d，出水COD平均濃度為41 mg/L，達(dá)到GB 18918—2002出水一級A標(biāo)準(zhǔn)。隨著污泥繼續(xù)培養(yǎng)，COD的去除效果進(jìn)一步提升，出水COD的濃度逐漸降低，從第11 d開始，去除率緩慢上升，最高達(dá)96.41%，平均出水濃度為16 mg/L，同時，好氧區(qū)的菌膠團(tuán)密實，出現(xiàn)了大量輪蟲，說明出水水質(zhì)良好。當(dāng)COD去除率高于80%，啟動馴化階段結(jié)束，開始進(jìn)入下一階段研究[6]。

圖2 對COD的去除效果

圖3 對的去除效果

2.2 UCT工藝穩(wěn)定運(yùn)行效果

2.2.1 COD去除率 系統(tǒng)對COD的去除效果見圖4。

圖4 對COD的去除效果

由圖4可知，進(jìn)水COD平均濃度為211 mg/L，出水COD平均濃度為36 mg/L，平均去除率為82.94%，達(dá)到GB 18918—2002的一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 對的去除效果

2.2.3 TP去除率 系統(tǒng)對TP的去除效果見圖6。

圖6 對TP的去除效果

由圖6可知，進(jìn)水TP平均濃度為12.81 mg/L，出水TP平均濃度為5.34 mg/L，平均去除率為58.31%。前21 d進(jìn)水TP平均濃度為13.30 mg/L，出水TP平均濃度為6.53 mg/L，平均去除率為50.90%；第21 d，系統(tǒng)排放剩余污泥。在22～29 d，進(jìn)水TP平均濃度為11.46 mg/L，出水TP平均濃度為2.07 mg/L，平均去除率為81.94%。系統(tǒng)排泥后，TP去除效果明顯，出水TP平均濃度由6.53 mg/L 降低到2.07 mg/L，去除率提高了31%左右。第21 d后，系統(tǒng)不排泥，出水TP濃度逐漸增大，由此可見，排泥可以提高系統(tǒng)對TP的去除效果，污泥齡對于TP的去除至關(guān)重要，不排泥使TP在系統(tǒng)中循環(huán)往復(fù)的釋放和吸收。在A2/O工藝中，回流污泥含有大量的硝態(tài)氮，破壞了厭氧環(huán)境，影響厭氧釋磷效果。在UCT工藝中，污泥先回流到缺氧區(qū)，再由缺氧區(qū)回流到厭氧區(qū)，從而避免了硝態(tài)氮對聚磷菌的影響。在UCT工藝研究中發(fā)現(xiàn)了反硝化除磷現(xiàn)象，系統(tǒng)流程TP變化見圖7。

圖7 系統(tǒng)流程的TP變化

在UCT工藝中，厭氧區(qū)為聚磷菌提供了良好的釋磷環(huán)境，使聚磷菌在厭氧區(qū)充分利用易于生物降解的有機(jī)物進(jìn)行PHB的合成與儲存，釋放磷的含量大約為2 mg/L。隨后在缺氧區(qū)反硝化除磷菌以硝態(tài)氮為電子受體，以體內(nèi)的PHB作為能量，過量吸收磷，同時實現(xiàn)對硝態(tài)氮的去除。在缺氧區(qū)，吸磷量大約為7 mg/L。缺氧區(qū)出水剩余的TP在好氧區(qū)繼續(xù)被吸收，好氧吸磷量大約為3 mg/L。在實驗中發(fā)現(xiàn)，出水的磷濃度大于好氧區(qū)，主要是因為沉淀池污泥濃度較高，消耗大量溶解氧，造成沉淀區(qū)溶解氧不足，污泥在沉淀池釋磷，同時伴隨著反硝化脫氮的進(jìn)行，造成污泥上浮。鑒于此，應(yīng)減少沉淀區(qū)MLSS，或者增加后續(xù)化學(xué)除磷工藝。同時，對于實際工程而言，沉淀區(qū)的MLSS不能過大，否則會造成沉淀區(qū)釋磷或者“跑泥”現(xiàn)象，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

研究發(fā)現(xiàn)，在普通的活性污泥系統(tǒng)確實存在反硝化除磷現(xiàn)象[9]。吳昌永等[10]利用實驗室裝置研究了A2/O工藝中的反硝化作用，系統(tǒng)中缺氧區(qū)吸磷量占總吸磷量的36%。呂亮[11]在研究硝化液回流對反硝化除磷的影響時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硝化液回流比為300%，反硝化除磷效果最好。系統(tǒng)的除磷率為94.5%，系統(tǒng)的反硝化除磷占總除磷量的比例為98.4%。

3 結(jié)論

(6)對于高氨氮生活污水，需要加大硝化液回流比和增加缺氧區(qū)體積，以強(qiáng)化反硝化除磷效果。