污水处理工艺优化的小试研究★

庞 博 孙锦程 张耀宗,

(1.华北理工大学建筑工程学院，河北 唐山 063000； 2.唐山城市排水有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

近年来，由于水体污染恶化程度日益加剧，政府对污水处理提出了更高的技术要求。太湖流域作为城市污水处理厂提标改造的先行者，在提标改造的过程中积累了丰富的经验[1]。郝晓地等利用TUD模型对北京某大型污水处理厂进行升级改造，为污水处理厂的升级改造提供有效的工艺方案，并获得较好的生物除磷效果[2]。目前，污水处理厂从GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准一级B排水标准(以下简称标准)提至一级A排水标准的改造，对COD、总磷、总氮、氨氮的水质排放要求均有所提高，C/N比较低或低温环境等不可控问题，致使传统污水处理工艺一级A提标改造存在较大的局限性[3]。

现有唐山某污水处理厂需进行一级A提标改造，但鉴于传统污水处理工艺提标优化存在较大的局限，且该污水处理厂现有厌氧区、缺氧区和好氧区停留时间相对较短等问题。故以该污水处理厂的实际运行工艺参数制作小型污水处理设施装置，该装置初沉池采用增加搅拌器将沉淀功能转变为厌氧功能，来有效提高碳源利用率。通过调整厌氧、缺氧、好氧的容积比和内循环液回流比[4]，确定最优脱氮除磷运行参数，为一级A提标改造提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 设备构造

实验工艺流程如图1所示。

实验采用AAO工艺，但在原有工艺上在初沉池中增加搅拌器。装置主要为有机玻璃材质，尺寸长宽高分别为100 cm×50 cm×50 cm。反应器通过可移动隔板分3区10个格，以此来调节厌氧区、缺氧区和好氧区容积比，反应时间定为10 h。厌氧区、缺氧区设搅拌设备，转速为60 r/min，好氧区采用充气泵曝气，有效容积为125 L，时间定为1.5 h。二沉池是有效容积为250 L的竖流式沉淀池，中间进水，四周出水，底部设有剩余污泥排泥管和污泥回流管,外回流和内回流均由污泥泵控制[5]。

1.2 培菌运行

实验的接种污泥为该污水处理厂二沉池中污泥沉降性能良好的剩余污泥，其污泥与污水体积比为1∶5，实验装置运行7 d后，出水水质达到稳定，然后调节工艺运行参数，开始进行实验[6]。

实验进水采用污水处理厂旋流沉砂池出水，进水量为2 m3/d。实验装置进水水质如表1所示。

表1 进水水质 mg/L

1.3 调试方法

由于污水处理厂的内回流和外回流潜污泵没有变频设施，内回流的回流量只有50%，100%和150%三种情况，而外回流系统设置的潜污泵回流比只有100%和200%两种情况，因此实验设置6个工况。其中1工况～3工况厌氧区、缺氧区和好氧区容积比分别为(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)和(1.5∶3.5∶5)，内循环回流比均为50%。其中4工况～6工况厌氧区、缺氧区和好氧区容积比分别为(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)和(1.5∶3.5∶5)，内循环回流比均为100%。这6个工况都保持污泥外回流比(R)为100%，污泥龄(SRT)为15 d，污泥浓度为3 000 mg/L，好氧区DO浓度为2 mg/L～3 mg/L。

2 结果与讨论

在实验监测过程中，若每个工况3 d出水数值变化不超过5%，则认定装置稳定运行。在装置稳定运行之后连续检测6 d出水数据，所得检测数据计算平均值将其作为参考数据。

2.1 CODCr的去除效果

CODCr的进水、出水和去除率平均值如图2所示，出水水质均已达到一级B排水标准。1工况～6工况相对应的CODCr去除率分别为90.34%,90.83%,91.14%,91.77%,92.11%,92.94%。其4工况～6工况比1工况～3工况CODCr去除率要高，可知在内循环回流比为100%时，装置对CODCr的去除效果更优于内循环回流比为50%时，这是由于随着增大内循环回流比，缺氧区回流的硝态氮也逐渐增多，缺氧区的反硝化作用需要消耗更多的碳源，进而CODCr去除效果更好。工况6是去除率最高的工况，并且工况3去除率也比工况1和工况2更高，也就是说厌氧区、缺氧区和好氧区容积比为(1.5∶3.5∶5)时对CODCr去除效果要比(0.6∶1.9∶7.5)和(1∶2.5∶5)更好，这是因为缺氧区体积比增大，更有利于反硝化进行彻底，进而提高了对CODCr的去除效果。

2.2 TN的去除效果

TN的进水、出水和去除率平均值如图3所示，出水水质均已达到一级B排水标准。1工况～6工况相对应的TN去除率分别为60.49%,61.97%,62.16%,65.33%,65.97%,66.75%。实验数据表明，增大内循环回流比，TN的去除效果更好，这是由于随着内循环回流比的增大，反硝化电子受体——硝氨也逐步增加，脱氮能力增强。在内循环回流比相同情况下，厌氧区、缺氧区和好氧区容积比为(1.5∶3.5∶5)时对TN的去除效果更好于其他两种容积比，这是因为增大缺氧区与好氧区的比值，增加缺氧区反应时间，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的进水、出水和去除率平均值如图5所示，出水水质均已达到一级B排水标准。1工况～6工况相对应的TP去除率平均值分别为83.98%,84.62%,84.97%,86.30%,86.80%,87.55%。实验数据表明，装置在内循环回流比为100%条件下要比为50%时对TP的去除效果更好，这是由于增大回流比，增加水力停留时间，提高了TP的去除率。在内循环回流比相同情况下，厌氧区、缺氧区和好氧区容积比为(1.5∶3.5∶5)时，去除率高于其他两种容积比，这是因为增加厌氧时间，能够使聚磷菌在厌氧状态下释磷更加彻底，在好氧段吸收更多的磷，所以磷的去除效率更高。

3 经济、社会效益

实验模拟污水处理厂的实际运行，通过改变各部分的容积比来调整水在各功能区的停留时间，最大限度的去除系统中的TN,TP,COD等污染物，最大限度发挥污水处理系统的去污功效。消减城市污水处理厂出水入河污染负荷，发挥城市污水处理厂在美化城市、科学研究等方面具有的生态、环境和社会效益，实现人与环境的和谐发展，为“文明唐山”贡献力量，并为河北省的节能减排提供示范作用，为相关的改造提供技术支撑。

4 结语

1)初沉池通过增加搅拌器，由沉淀功能变换为厌氧功能，进一步提高碳源利用率，同时也对难降解有机物提供一定的水解时间。

2)根据实验数据得出，厌氧、缺氧、好氧区容积比分别为(0.6∶1.9∶7.5)(1∶2.5∶5)(1.5∶3.5∶5)和内循环回流比分别为50%和100%时，COD,TP,TN和氨氮的出水水质均满足一级B排放标准。

3)内循环回流比(R)为100%，容积比为(1.5∶3.5∶5)时为实验最优运行参数。

4)通过实验模拟该污水处理厂实际运行，调整各部分容积比和内循环回流比，最优化脱氮除磷效果，使得效益最大化，为污水处理厂提标改造提供技术支撑。