低能耗城市污水处理工艺研究

低能耗城市污水处理工艺研究低能耗城市污水处理工艺研究王凯军；刘玫；郑元景(北京市环境保护科学研究所)摘要：本研究基于近年来厌氧处理在低浓度污水处理领域进展而进行的。在常温下采用水解——好氧生物处理工艺，工艺具有下列特点:(1)在同样的水力停留时间(2～3h)下，采用水解池取代传统初次沉淀池；(2)利用水解、产酸菌，将悬浮性有机物转变为溶解性有机物，将复杂大分子物质，转变为小分子物质，并使水解出水更适合于后继的好氧处理；(3)在反应过程中将36～65%的去除悬浮性固体物水解，这样使得污水和污泥同时得到处理。因此可以从传统工艺中取消消化池。实验结果证实了水解——好氧生物处理工艺处理城市污水的可行性。在相同的去除效果下，与传统活性污泥工艺相比，在基建投资、能耗和运转费用上可分别节约40%、70%和50%。一、试验水质在国内外研究的基础上采用厌氧——好氧串联工艺对北京高碑店系统城市污水进行小试研究。高碑店污水系统接纳北京东郊工业区和相当面积的城区工业废水和生活污水。其中生活污水占总污水量的48%，其余为工业废水。污水水质成分复杂、水质不稳定，BOD5/COD为0.3～0.4，属于不易降解的城市污水。二、试验设备与结果1.工艺流程与起动试验采用设备见图1，其中厌氧反应器采用改进的上流式厌氧污泥床反应器，直径12×35cm的有机玻璃柱，有效容积37.3L。污水从曝气沉砂池用泵打至高位水箱，脉冲进入厌氧反应器，厌氧出水进入曝气池。曝气池采用两套平行运转，图中给出的是2#曝气池，有效容积为22L。本流程从整个系统经济效益考虑，从传统的工艺流程中取消了初沉池系统，而在厌氧反应中放弃了反应时间长、控制条件要求高的甲烷发酵阶段。利用水解、产酸菌能够迅速分解有机物的特性，采用动力学控制措施〔1〕，利用产甲烷菌与水解、产酸菌生长速度不同控制系统的水力停留时间，使反应器处于水解、产酸阶段。接种污泥取自高碑店消化池，一接种即满负荷运行，经一个星期运行后反应器中泥水界面分明，不到15天COD去除率可达到40%，表明污泥培养阶段已完成。2.试验结果表1是厌氧停留时间1.5～3.5h(平均2.5h)，好氧停留时间1.3～4.3h(平均停留时间2.5h)厌氧～好氧串联工艺运行120d结果的平均值。http://www.chinacitywater.org中国城镇水网从表1可见厌氧～好氧工艺BOD5、COD、SS去除率与传统二级生物处理工艺水平相当，处理后出水可http://www.chinacitywater.org中国城镇水网达到排放标准。而厌氧部分COD去除率在40～60%之间，并且出水COD大部分高于150mg/L，(见图2)。这说明好氧处理作为后处理工艺是必需的，但从表2结果看，厌氧反应器对污染物的去除显著高于初沉池。由于本工艺的特点是采用厌氧反应器取代了传统的初沉池，因此讨论的重点放在厌氧部分。3.厌氧反应器运行结果分析。(1)去除率与停留时间、进水浓度关系http://www.chinacitywater.org中国城镇水网从图3可见在水解、产酸阶段，厌氧停留时间在2.5h以上，COD、BOD5，SS去除率已趋于饱和。即使再增加停留时间，对去除率的提高也是有限的。在现场条件下，水质变化对厌氧去除有很大影响，图4为进水浓度与去除率的关系。从图可见进水浓度越高去除率越高，说明厌氧反应器长期运行在低浓度条件下具有很大潜力，有一定的缓冲能力，这对于保证曝气池的稳定运行具有重大意义。(2)水质因素的影响进一步的水质特性分析见图5与表3，从数据可知进水中可沉性COD占总COD的45.8%，经厌氧处理后可沉悬浮性COD基本去除。介于1.2μ和可沉性COD之间较大颗粒有机物也去除了58%。由此可见厌氧反应器对悬浮性的去除能力很强，去除的悬浮物在水解菌的作用下将不溶性有机物水解为溶解性物质。在产酸菌的进一步作用下，将大分子化合物降解为小分子化合物。通过对污泥产率的计量表明在16～26℃条件http://www.chinacitywater.org中国城镇水网下，去除的悬浮物有36～65%发生水解。图6为典型胶体性基质淀粉静态降解试验结果，结果表明在本实验所培养的厌氧污泥中，水解、产酸菌对胶体的降解是迅速的，而对淀粉降解产物的去除则不大，溶解性COD基本保持恒定。这也证实酸性阶段的动力学控制措施是有效的。结合动态试验分析结果，出水中COD中有50%以上为挥发酸，这说明出水溶解性COD已不是原来的物质。http://www.chinacitywater.org中国城镇水网(3)温度的影响整个试验期间水温12～31℃，即使在12℃条件下(相当于高碑店污水处理厂冬季最低水温)厌氧反应器仍可稳定运转。在12℃厌氧停留时间2h，BOD5、COD去除率仍可达到40%，这是由于上流式厌