关于低温处理生活污水的复合厌氧工艺研究

2019-01-22周晓雯

再生资源与循环经济 2019年4期

关键词：反应器污泥污水处理

周晓雯

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津300074）

复合厌氧工艺中包含了生物膜技术以及厌氧活性污泥技术，将以上技术的优势进行整合，对生活污水进行处理，这种方式能够提升生活污水的实际处理效果。另外，复合厌氧工艺能够避免出现污泥流失等现象，是目前在生活污水处理中，应用范围较广的处理技术之一。

1 复合厌氧工艺试验启动装置

1.1 反应装置

在本次试验研究的过程中，反应器的厚度为8 mm，材料为有机玻璃，长度为1 m，高度为1.5 m，宽度为0.25 m，整个反应容器的体积为325 L。在实际反应中最重要的分别为复合厌氧工艺装置的构型、过滤装置以及活性污泥区，在反应装置中，安装上折流板和下折流板，并在水流的正向方向上，建立大小相同的隔板，通常情况下数量为5 个，在上折流板30 cm 的位置，折流板的高度需要逐渐减少，每层减少的数量为2 cm。这种装置设计方式能够使水流形成液位差，避免出现壅水问题。在此过程中，复合厌氧工艺的前4 个隔板需要使用具有一定弹性的立体材料，并将其安装在水下1 cm 左右的位置，并在最后一个隔板上安装50 cm 的滤料，装置的出水位置安装网罩，避免整个处理过程中出现滤料流失等情况。通过以上分析能够看出，复合厌氧工艺装置实施中最重要的一点就是保证各个流程处理的独立性，避免相互之间产生影响，降低最终生活污水的实际处理效果。

1.2 实验过程

针对生活污水中的COD，需要使用重铬酸钾滴定的方式测定，PH 值用玻璃电极的方式进行测定，污水中的SS 以及VSS，采用重量法进行测定，在对污泥进行降速处理的过程中，需要使用内径为1.2 cm 的玻璃管进行设计。复合厌氧工艺装置中的反应器上部安装弹性填料，同时使用三相分离器，其中UASB 为沉淀区，下部区域为UASB 的污泥区，以上三部分内容各站整个反应的三分之一。为了确定温度对整个装置启动的影响，则可以在装置反应器外设置相应的水套柱，使用加热棒进行加热，这种方式能够对温度进行有效调整。在复合厌氧工艺装置中的水解酸化反应器中，内径为80 mm，高度为650 mm，甲烷反应器的内部直径为100 mm，高度为1 400 mm，在整个反应器上设计取样口，方便对整个反应过程进行随时监督管理，其中主要包括出水量以及出水水质的变化情况等。

在复合厌氧工艺装置的高位水箱中，污水进入到水解酸化反应器和甲烷反应器中，并在甲烷反应中设置相应的混合液回流装置，污水经过水解酸化反应器之后，PH 值上升，为了避免出现污泥颗粒以及絮体等形式的物质出现，需要在反应器上添加相应的YCDH立体弹性填料，这种方式能够将污泥与水相互分离。

2 复合厌氧工艺试验结果分析

2.1 复合厌氧工艺对COD 的处理效果

生活污水中包含的杂质和污染物较多，因此需要先对生活污水的污染情况进行检测。

在实际污水处理的过程中，为了避免出现污泥流失的情况，需要在装置中安装污泥回流设备，整个COD 处理过程可以大致分为两个阶段，第一阶段为产酸阶段，在该阶段，COD 含量得到了大幅度的降低，第二阶段为产甲烷阶段，在该阶段中COD 含量并没有降低，甚至出现小幅度提升的现象。导致这一情况出现的主要原因为，第一，在装置启动初期阶段，污泥的含量较大，污泥中存在的有机物，进入到第二阶段的物质中，导致整个有机物含量得到提升。第二，污水中含有大量的分子有机物，在经过水解之后，增加了COD 的含量。该处理装置在使用一周之后，有机物去除效果处于稳定状态，第一阶段COD 的去除率为16%，第二阶段COD 的去除率为4%。装置在运行32 d 之后，COD 的总去除量达到了26.4%，在此过程中，污水中COD 在第一段和第二段中的沉降速度为38.4 m/h 和44.8 m/h。通过以上数据分析能够看出，该处装置在实际使用中具备较强的沉降性能，在装置运行一段时间之后，需要启动污泥回流装置，通常情况下，每2 h 运行10 s，在第二阶段，隔1 h 运行20 s，污泥回流处理之后，整个污水中的COD 含量大幅度下降，在回流第三阶段，污水中COD 的处理效率为50%，在装置运行40 d 之后，污水中COD 的去除效率达到了70%，因此，整个复合厌氧工艺装置对COD 的处理效果已经达到了国家相应标准，并且整体的处理效率较高，可以应用在实际装置中。

2.2 复合厌氧工艺对SS 的处理效果

在实际污水处理的过程中，装置在初期阶段就能够对SS 展开有效处理，在处理的第二阶段，SS 去除率为80%，污泥回流装置启动之后，装置对SS 的处理率会产生一定影响，SS 去除率会降到70%以下，污水回流装置在运行一段时间之后，SS 的处理速率会逐渐增加，在装置运行两周之后，污水中SS 的整体处理效率达到了72%。通过以上分析能够看出，在整个污水处理的过程中，污水回流装置会对SS 的处理效果产生一定影响，但是在运行一段时间之后，装置对SS 进行了截留，因此SS 的处理率会逐渐上升直到其趋于稳定，最终SS 的质量浓度能够始终保持在130 mg/L 左右。

2.3 复合厌氧工艺对氮磷的处理效果

复合厌氧工艺装置对氮磷的处理效果，研究过程中发现并不理想，针对这一现象，需要适当在此过程中设置脱磷装置，增加一定的脱磷工序，不断优化装置中的厌氧装置，改变填料等，都能够达到去除氮磷的目的。通过以上分析能够看出，在氮磷处理的过程中，目前复合厌氧工艺装置的设计方式并不理想，因此在未来具有一定的发展空间。

2.4 复合厌氧工艺处理效果影响因素

通常情况下，传统厌氧工艺装置需要在2~3 个月的时间内启动成功，但是在对其进行优化完善之后，复合厌氧工艺装置能够在40 d 之内对污水进行处理，并将COD 的含量降到140 mg/L 左右，去除75%以上的SS，通过以上对比能够看出，复合厌氧工艺装置能够缩短整个处理反应的时间，同时还能够提升污染物的处理效果，并且能够在低温的环境下稳定运行。在复合厌氧工艺后续处理之后，为了保证最终污水处理效果，可以使用人工湿地生态处理技术，帮助生活污水达到环境排放标准。在复合厌氧工艺装置运行40 d 之后，第一段和第二段处理中出现了细小的颗粒，根据这一现象能够发现，在装置中使用污泥回流技术之后，能够提高底物与污泥之间的传导效果，加快颗粒的生成速度，对生活污水中部分物质处理会产生一定的影响。另外，在复合厌氧工艺装置中加入污泥回流装置，也会提升复合厌氧工艺装置的建设成本，为了提升最终处理性能，相关人员则需要确定运行时间与最终处理效果之间的关联性，确定其中应用价值最高的关键点，这种方式能够在保证污水处理质量的同时，降低复合厌氧工艺装置的建设成本，同时这也是未来复合厌氧工艺装置优化的主要方向。

复合厌氧工艺最终应用效果的影响因素主要包括以下几点。

第一，温度。针对污水中的COD 来说，反应器中涉及的主要影响参数为容积负荷和温度，在研究温度影响程度的过程中，改变反应温度，观察其中COD 的处理效果。经过最终研究发现，温度与COD 去除效果之间的关系成正比，反应的温度越高，最终COD 的去除效果就越好，当温度在2~15 ℃，厌氧微生物会产生一定的变化，在13 d 之内，COD 的去除效果会降低40%~60%，当温度在10 ℃左右之后，COD 的去除效果会降到50%以下，因此温度对COD 去除效果具有较大的影响。

第二，容积负荷。在实际试验中，容积负荷指的是微生物之前的平衡关系，容积负荷较小，则不能促进微生物的正常生长，溶解负荷较大，则会导致整个VFA较高，降低酸化菌的活性。因此在确定污水污染浓度之后，需要对其进行有效控制。通常情况下，容积负荷需要在2.16~10.66 kg（m3·d），保证整个污水处理的有效性。另外，采用调整容积负荷的方式，能够确定容积负荷与污染物去除之间的关系，容积负荷量越大，污染物的去除量也就越高，二者之间存在正相关关系。

第三，VFA。在实际反应过程中，需要在稳定期间测定VFA 的情况，在复合厌氧工艺中，VFA 的出现形式是乙酸。厌氧代谢产物中存在一定量的丙酸和异丁酸等物质。生活污水进水中乙酸的浓度为84 mg/L，出水中乙酸的浓度为43 mg/L。通过以上分析能够确定乙酸的浓度减低，有机厌氧物质在降解之后，会生成甲烷，根据实际情况能够计算出乙酸的浓度和COD 的处理情况。

第四，生物种类。在反应稳定运行的过程中，可以采用PGR-DGGE 技术展示出相应的图谱，通过这种方式，能够确定生物膜表面上菌群的分布情况，微生物的实际功能以及结构在反应过程中会发生变化。菌群在实际筛选的过程中，会逐渐向着稳定的方向发展，例如，在生物膜中，后面的生物种类与前面生物种类相比数量较小，填料在生物膜中也会出现降低的情况。

2.5 复合厌氧工艺的应用总结

通过以上分析能够看出，复合厌氧工艺装置在启动时间、启动效率等方面已经得到了完善，复合厌氧工艺可以在40 d 之后高效处理COD，同时还能够找到COD 与时间之间的关系，确定其中的最佳数据节点，同时这也是接下来需要解决的主要问题之一。在后续处理中，可以使用人工湿地技术，该技术的能源消耗量较低，同时处理效果也较高，能够提升复合厌氧工艺的实际应用价值。另外，还可以利用两段式的方式建立复合厌氧工艺装置，对生活污水进行有效处理，在此过程中，将整个厌氧过程分解为能够独立控制的两个阶段，其中反应器的启动时间为30 d，与传统反应装置相比得到了大幅度提升。通过以上分析能够看出，在实施复合厌氧工艺的过程中，该技术能够在低温环境下对生活污水进行处理，同时还能够提升污水的处理效率，这种现象也代表着我国污水处理水平得到了有效提升，在今后复合厌氧工艺发展的过程中，可以将重点放在氮磷的处理中，这种方式能够实现复合厌氧工艺功能的多样化，同时提升复合厌氧工艺的综合应用水平，促进技术的良好发展。