序批式OAN反應器處理污泥水富集硝化茵中試研究

尹博涵　王社平　常虹　萬瓊　張新艷

摘要：以西安市某污水處理廠實際污泥水為研究對象，采用序批式OAN反應器對其進行了處理，結果表明：TCOD，TP，NH4+ -N和SS的平均去除率分別為93.3%，52. 52％，99.87%和88. 82%。OAN反應器中富集硝化菌活性污泥的氨氧化速率（AUR）和亞硝酸鹽氧化速率（NUR）平均值分別為7.84 mg/（gMLSS×h）和12. 17 mg/（gMLSS×h），遠高于污水處理廠系統活性污泥AUR 2. 64 mg/（gMLSS×h）和NUR 2.95 mg/（gMLSS×h）的硝化速率，可將富集硝化菌的活性污泥添加入污水處理廠系統以強化生物脫氮。

關鍵詞：城市污水；污泥水；脫氮除磷

中圖分類號：X703 文獻標志碼：B

前言

污泥水是指城市污水處理廠污泥處理過程中產生的廢水，主要包括污泥濃縮及污泥消化過程中的上清液和污泥脫水產生的脫水濾液。污泥水的流量占城市污水處理廠總進水量的0.7%～2.0%，流量較小，但污染物濃度相對較高，并且存在低C/N的特點，同時，不同的污水處理工藝會使污泥水的水量水質有較大差異。目前中國已建或在建城市污水處理廠普遍把污泥水回流至進水端進行再處理，對進水沖擊較大，常使得實際進水水質劣于設計進水水質。資料顯示，由于污泥水中可能存在重金屬等有害物質，將其返回至污水處理系統中后還可能會降低活性污泥的硝化速率。所以研究城市污水處理廠的高污染物濃度的污泥水處理具有重要的理論意義和實際應用價值。

目前，污泥水單獨處理在污水處理廠中應用較少，王怡等采用MBBR工藝對污泥水進行短程硝化一厭氧氧化處理的試驗研究，此外關于污泥水單獨處理的工藝還有吹脫法、InNitri工藝等。此次中試以去除COD、NH4+ -N和SS為主，同時富集硝化菌為目的，采用了序批式OAN（好氧一缺氧）反應器對污泥水的單獨處理進行了試驗研究，以期降低污泥水對污水處理廠進水的沖擊影響，富集的硝化菌可投加入污水處理廠系統提高其硝化能力。

1 試驗裝置及運行

序批式OAN反應器如圖1所示。OAN反應器材料為不銹鋼，尺寸L×B×H為0.8 mx0.8 m×1．3m，超高0.3 m，有效容積為0.64 m3。進水箱材料為ABS塑料，尺寸L×B×H為0.53 m×0.48 m×0. 74 m，總容積為0.19 m3。

序批式OAN反應器每周期進水量為0.16 m3，HRT為32 h，運行周期為8h，其中前Sh進水并曝氣，隨后th攪拌，最后靜置2h，在靜置的最后10 min出水。反應器中MLSS變化范圍為1 962 mg/L -6 247 mg/L，平均值為3 814 mg/L。反應器曝氣氣源來自污水處理廠鼓風機房，由PLC控制曝氣閥門的啟閉。

2 試驗用水及水質

國內外部分污泥水的水質情況如表1所示。從表1可知，污水處理廠污泥水水質波動很大，國內外不同地區的污水處理廠和同一地區不同污水廠的污泥水水質存在較大差異，同一污水廠不同時期的污泥水水質濃度波動較大。如天津的幾座污水廠和Kumamoto East WWTP，而污泥水中污染物濃度普遍較高。序批式OAN反應器試驗用水為污泥濃縮脫水濾液，水質情況見表2。

3 分析檢測方法

水樣于現場取出后用0. 45 mm的定性濾紙（灰分為0. 15%，杭州特種紙業有限公司）立即過濾并測定，活性污泥樣取出后，約1.5 h后帶至實驗室鏡檢，觀測生物相并拍照。分析檢測方法來源于國家環境保護總局頒布的《水和廢水監測分析方法》（第四版）。

硝化速率，從反應器好氧區取出一定量活性污泥混合液用蒸餾水稀釋一倍（污泥沉降性能相對較好時可不稀釋），用蒸餾水淘洗三次，平均分為兩份，分別加入NH4（H）CO3和NaON2以測定氨氧化速率（ammonia utilization rate，AUR）和亞硝酸鹽氧化速率（nitrogen utilization rate，NUR），在AUR測定前加入適量NaHCO3作為緩沖液以調節待測液在測定過程中pH維持在7.0左右。AUR和NUR測定中，NH4+ -N和NO2- -N起始濃度控制范圍為20 mg/L - 30 mg/L，DO控制范圍為2 mg/L -5 mg/L，常溫下進行，曝氣開始5 min后每隔10 min- 20 min取樣分析，具體取樣間隔時間視反應器硝化效果而定。

4 結果與討論

反應器穩定階段試驗研究歷時約6個月，COD、P、N和SS指標取樣檢測周期為10 d／次，AUR和NUR檢測周期為15 - 20d/次。對各種污染物去除情況見圖2。

4.1 對COD的去除效果

如圖2（a）所示，反應器運行期間進出水TCOD、SCOD值及其去除率。如圖2（a）所示，反應器進水TCOD值較高，波動較大，變化范圍為357. 14 mg/L -1 011. 67 mg/L，平均值為629. 97 mg/L；SCOD值較低，變化范圍為82. 09 mg/L - 320. 31 mg/L，平均值為164. 01 mg/L，TCOD/SCOD=3.84，這是由于進水中SS較高引起的。出水COD值相對穩定，TCOD平均值為46. 50 mg/L，SCOD平均值為34. 19 mg/L，TCOD去除率達93. 3%，說明OAN反應器可以穩定高效地去除污泥水中的COD，且能承受較大沖擊負荷。

4.2 對P的去除效果

如圖2（b）所示，實際監測的反應器進出水TP值、P04- -P值及TP去除率情況。如圖2（b）所示，進水TP值變化范圍為9.65 mg/L - 80. 95 mg/L，平均值為34. 42 mg/L，波動非常大，進水PO3-4 -P值變化范圍為5. 72 mg/L - 15. 49 mg/L，平均值為9. 26 mg/L。這是由污泥脫水濾液的水質決定的。由于西安市第四污水處理廠污泥脫水車間設備運行不穩定，脫水濾液的水質波動非常大，尤其是SS值的波動。所以污泥脫水濾液中TP的主要組成部分為富磷污泥中的非溶解性磷。出水TP值變化范圍為4. 58 mg/L -40. 02 mg/L，平均值為14. 98 mg/L，PO3-4 -P值變化范圍為4.37 mg/L - 34. 79 mg/L，平均值為12. 24 mg/L，TP平均去除率為52. 52%。

4.3 對N的去除效果

如圖2（c）所示，實際監測的反應器進出水TN值、NH4+ -N值及其去除率。如圖2（c）所示，進水中TN值變化范圍為364. 88 mg/L -481. 57 mg/L，平均值為408. 32 mg/L，進水NH4+ -N值變化范圍為305. 00 mg/L - 426. 00

mg/L，平均值為343. 47 mg/L。出水TN值變化范圍為329. 36 mg/L - 425. 99 mg/L，平均值為366. 94 mg/L，出水NH4+ -N值變化范圍為0. 00 mg/L -1.35 mg/L，平均值為0.42 mg/L。TN平均去除率僅為9. 72%，NH4+ -N平均去除率高達99. 87%。OAN反應器對NH4+ -N的去除率非常高，反硝化效果并不好，這與污泥水的低C/N特點有關。

4.4 對SS的去處效果

如圖2（d）所示，實際監測的反應器進出水SS值及去除率。如圖2（d）所示，進水SS變化范圍為216 mg/L - 990 mg/L，平均值為564. 61 mg/L，波動相對較大，出水SS變化范圍為27 mg/L - 171 mg/L，平均值為59. 67 mg/L，SS平均去除率為88. 82%。進水中SS值取決于污泥脫水濾液的水質情況。OAN反應器除能去除大部分SS外，還可以承受較大的沖擊負荷。經單獨處理后的污泥水再返回至污水處理系統進水端時，其所產生的負荷已大幅度降低，這對于減少氮、磷在污水處理系統和污泥處理系統中反復循環起到了很大的作用。

4.5 富集硝化菌活性污泥的培養

OAN反應器在處理污泥水的同時，可以培養出富集硝化菌的活性污泥，以用于投加入污水處理廠系統中強化生物脫氮。對反應器內活性污泥的氨氧化速率（AUR）及亞硝酸鹽氧化速率（NUR）進行了測定，測定結果見表3。

從表3可看出，在對OAN反應器內活性污泥的AUR和NUR的測定中，各次速率測定的相關系數R2基本大于0. 99，說明速率值測定準確可信。活性污泥AUR及NUR值基本穩定，AUR波動范圍為5. 61 mg/（gMLSS×h）- 10.11 mg/（gMLSS×h），平均值高達7. 84 mg/（gMLSS×h）；NUR波動范圍為9. 03 mg/（gMLSS×h）- 16. 72 mg/（gMLSS×h），平均值高達12. 17 mg/（gMLSS×h），表明OAN反應器活性污泥具有較高的硝化活性。

此外，對污水處理廠內活性污泥AUR和NUR分別進行了測定，測定結果見表4。

從表4可知，污水廠實際運行（SRT約為20 d）活性污泥的AUR和NUR平均值分別為2.64和2. 95 mg/（gMLSS×h），分別為OAN反應器中活性污泥的平均AUR和NUR值的33. 67%和24.24%，說明添加OAN反應器富集硝化菌效果顯著。陳金聲等對閔行污水處理廠、某石化廠污水處理廠生物脫氮系統硝化段活性污泥的AUR和NUR值進行了測定，速率值分別為1. 92和0.19 mg/（gMLSS×h），同樣遠低于OAN反應器內的測定值。

5 結論

序批式OAN反應器處理污染物濃度較高的污泥水時，工藝運行穩定，污染物去除率高。TCOD，TP，NH4+ -N和SS的平均去除率分別為93.3%，52. 52%，99. 87%和88. 82%。反應器中始終存在較高的NO-3 -N，且工藝對碳源的分配不利于生物除磷，所以PO4- -P值在反應器未呈現“釋磷吸磷”規律，TP的平均去除率為52. 52%磷的去除主要由活性污泥對SS的吸附完成的。OAN反應器可以培育出富集硝化菌的活性污泥，其氨氧化速率（AUR）及亞硝酸鹽氧化速率（NUR）平均值分別為7. 84 mg/（gMLSS×h）和12. 17 mg/（gMLSS×h），遠高于常規污水處理廠脫氮除磷工藝測定值，可添加入污水處理廠活性污泥系統以強化生物脫氮。