序批式OAN反应器处理污泥水富集硝化茵中试研究

尹博涵　王社平　常虹　万琼　张新艳

摘要：以西安市某污水处理厂实际污泥水为研究对象，采用序批式OAN反应器对其进行了处理，结果表明：TCOD，TP，NH4+ -N和SS的平均去除率分别为93.3%，52. 52％，99.87%和88. 82%。OAN反应器中富集硝化菌活性污泥的氨氧化速率（AUR）和亚硝酸盐氧化速率（NUR）平均值分别为7.84 mg/（gMLSS×h）和12. 17 mg/（gMLSS×h），远高于污水处理厂系统活性污泥AUR 2. 64 mg/（gMLSS×h）和NUR 2.95 mg/（gMLSS×h）的硝化速率，可将富集硝化菌的活性污泥添加入污水处理厂系统以强化生物脱氮。

关键词：城市污水；污泥水；脱氮除磷

中图分类号：X703 文献标志码：B

前言

污泥水是指城市污水处理厂污泥处理过程中产生的废水，主要包括污泥浓缩及污泥消化过程中的上清液和污泥脱水产生的脱水滤液。污泥水的流量占城市污水处理厂总进水量的0.7%～2.0%，流量较小，但污染物浓度相对较高，并且存在低C/N的特点，同时，不同的污水处理工艺会使污泥水的水量水质有较大差异。目前中国已建或在建城市污水处理厂普遍把污泥水回流至进水端进行再处理，对进水冲击较大，常使得实际进水水质劣于设计进水水质。资料显示，由于污泥水中可能存在重金属等有害物质，将其返回至污水处理系统中后还可能会降低活性污泥的硝化速率。所以研究城市污水处理厂的高污染物浓度的污泥水处理具有重要的理论意义和实际应用价值。

目前，污泥水单独处理在污水处理厂中应用较少，王怡等采用MBBR工艺对污泥水进行短程硝化一厌氧氧化处理的试验研究，此外关于污泥水单独处理的工艺还有吹脱法、InNitri工艺等。此次中试以去除COD、NH4+ -N和SS为主，同时富集硝化菌为目的，采用了序批式OAN（好氧一缺氧）反应器对污泥水的单独处理进行了试验研究，以期降低污泥水对污水处理厂进水的冲击影响，富集的硝化菌可投加入污水处理厂系统提高其硝化能力。

1 试验装置及运行

序批式OAN反应器如图1所示。OAN反应器材料为不锈钢，尺寸L×B×H为0.8 mx0.8 m×1．3m，超高0.3 m，有效容积为0.64 m3。进水箱材料为ABS塑料，尺寸L×B×H为0.53 m×0.48 m×0. 74 m，总容积为0.19 m3。

序批式OAN反应器每周期进水量为0.16 m3，HRT为32 h，运行周期为8h，其中前Sh进水并曝气，随后th搅拌，最后静置2h，在静置的最后10 min出水。反应器中MLSS变化范围为1 962 mg/L -6 247 mg/L，平均值为3 814 mg/L。反应器曝气气源来自污水处理厂鼓风机房，由PLC控制曝气阀门的启闭。

2 试验用水及水质

国内外部分污泥水的水质情况如表1所示。从表1可知，污水处理厂污泥水水质波动很大，国内外不同地区的污水处理厂和同一地区不同污水厂的污泥水水质存在较大差异，同一污水厂不同时期的污泥水水质浓度波动较大。如天津的几座污水厂和Kumamoto East WWTP，而污泥水中污染物浓度普遍较高。序批式OAN反应器试验用水为污泥浓缩脱水滤液，水质情况见表2。

3 分析检测方法

水样于现场取出后用0. 45 mm的定性滤纸（灰分为0. 15%，杭州特种纸业有限公司）立即过滤并测定，活性污泥样取出后，约1.5 h后带至实验室镜检，观测生物相并拍照。分析检测方法来源于国家环境保护总局颁布的《水和废水监测分析方法》（第四版）。

硝化速率，从反应器好氧区取出一定量活性污泥混合液用蒸馏水稀释一倍（污泥沉降性能相对较好时可不稀释），用蒸馏水淘洗三次，平均分为两份，分别加入NH4（H）CO3和NaON2以测定氨氧化速率（ammonia utilization rate，AUR）和亚硝酸盐氧化速率（nitrogen utilization rate，NUR），在AUR测定前加入适量NaHCO3作为缓冲液以调节待测液在测定过程中pH维持在7.0左右。AUR和NUR测定中，NH4+ -N和NO2- -N起始浓度控制范围为20 mg/L - 30 mg/L，DO控制范围为2 mg/L -5 mg/L，常温下进行，曝气开始5 min后每隔10 min- 20 min取样分析，具体取样间隔时间视反应器硝化效果而定。

4 结果与讨论

反应器稳定阶段试验研究历时约6个月，COD、P、N和SS指标取样检测周期为10 d／次，AUR和NUR检测周期为15 - 20d/次。对各种污染物去除情况见图2。

4.1 对COD的去除效果

如图2（a）所示，反应器运行期间进出水TCOD、SCOD值及其去除率。如图2（a）所示，反应器进水TCOD值较高，波动较大，变化范围为357. 14 mg/L -1 011. 67 mg/L，平均值为629. 97 mg/L；SCOD值较低，变化范围为82. 09 mg/L - 320. 31 mg/L，平均值为164. 01 mg/L，TCOD/SCOD=3.84，这是由于进水中SS较高引起的。出水COD值相对稳定，TCOD平均值为46. 50 mg/L，SCOD平均值为34. 19 mg/L，TCOD去除率达93. 3%，说明OAN反应器可以稳定高效地去除污泥水中的COD，且能承受较大冲击负荷。

4.2 对P的去除效果

如图2（b）所示，实际监测的反应器进出水TP值、P04- -P值及TP去除率情况。如图2（b）所示，进水TP值变化范围为9.65 mg/L - 80. 95 mg/L，平均值为34. 42 mg/L，波动非常大，进水PO3-4 -P值变化范围为5. 72 mg/L - 15. 49 mg/L，平均值为9. 26 mg/L。这是由污泥脱水滤液的水质决定的。由于西安市第四污水处理厂污泥脱水车间设备运行不稳定，脱水滤液的水质波动非常大，尤其是SS值的波动。所以污泥脱水滤液中TP的主要组成部分为富磷污泥中的非溶解性磷。出水TP值变化范围为4. 58 mg/L -40. 02 mg/L，平均值为14. 98 mg/L，PO3-4 -P值变化范围为4.37 mg/L - 34. 79 mg/L，平均值为12. 24 mg/L，TP平均去除率为52. 52%。

4.3 对N的去除效果

如图2（c）所示，实际监测的反应器进出水TN值、NH4+ -N值及其去除率。如图2（c）所示，进水中TN值变化范围为364. 88 mg/L -481. 57 mg/L，平均值为408. 32 mg/L，进水NH4+ -N值变化范围为305. 00 mg/L - 426. 00

mg/L，平均值为343. 47 mg/L。出水TN值变化范围为329. 36 mg/L - 425. 99 mg/L，平均值为366. 94 mg/L，出水NH4+ -N值变化范围为0. 00 mg/L -1.35 mg/L，平均值为0.42 mg/L。TN平均去除率仅为9. 72%，NH4+ -N平均去除率高达99. 87%。OAN反应器对NH4+ -N的去除率非常高，反硝化效果并不好，这与污泥水的低C/N特点有关。

4.4 对SS的去处效果

如图2（d）所示，实际监测的反应器进出水SS值及去除率。如图2（d）所示，进水SS变化范围为216 mg/L - 990 mg/L，平均值为564. 61 mg/L，波动相对较大，出水SS变化范围为27 mg/L - 171 mg/L，平均值为59. 67 mg/L，SS平均去除率为88. 82%。进水中SS值取决于污泥脱水滤液的水质情况。OAN反应器除能去除大部分SS外，还可以承受较大的冲击负荷。经单独处理后的污泥水再返回至污水处理系统进水端时，其所产生的负荷已大幅度降低，这对于减少氮、磷在污水处理系统和污泥处理系统中反复循环起到了很大的作用。

4.5 富集硝化菌活性污泥的培养

OAN反应器在处理污泥水的同时，可以培养出富集硝化菌的活性污泥，以用于投加入污水处理厂系统中强化生物脱氮。对反应器内活性污泥的氨氧化速率（AUR）及亚硝酸盐氧化速率（NUR）进行了测定，测定结果见表3。

从表3可看出，在对OAN反应器内活性污泥的AUR和NUR的测定中，各次速率测定的相关系数R2基本大于0. 99，说明速率值测定准确可信。活性污泥AUR及NUR值基本稳定，AUR波动范围为5. 61 mg/（gMLSS×h）- 10.11 mg/（gMLSS×h），平均值高达7. 84 mg/（gMLSS×h）；NUR波动范围为9. 03 mg/（gMLSS×h）- 16. 72 mg/（gMLSS×h），平均值高达12. 17 mg/（gMLSS×h），表明OAN反应器活性污泥具有较高的硝化活性。

此外，对污水处理厂内活性污泥AUR和NUR分别进行了测定，测定结果见表4。

从表4可知，污水厂实际运行（SRT约为20 d）活性污泥的AUR和NUR平均值分别为2.64和2. 95 mg/（gMLSS×h），分别为OAN反应器中活性污泥的平均AUR和NUR值的33. 67%和24.24%，说明添加OAN反应器富集硝化菌效果显著。陈金声等对闵行污水处理厂、某石化厂污水处理厂生物脱氮系统硝化段活性污泥的AUR和NUR值进行了测定，速率值分别为1. 92和0.19 mg/（gMLSS×h），同样远低于OAN反应器内的测定值。

5 结论

序批式OAN反应器处理污染物浓度较高的污泥水时，工艺运行稳定，污染物去除率高。TCOD，TP，NH4+ -N和SS的平均去除率分别为93.3%，52. 52%，99. 87%和88. 82%。反应器中始终存在较高的NO-3 -N，且工艺对碳源的分配不利于生物除磷，所以PO4- -P值在反应器未呈现“释磷吸磷”规律，TP的平均去除率为52. 52%磷的去除主要由活性污泥对SS的吸附完成的。OAN反应器可以培育出富集硝化菌的活性污泥，其氨氧化速率（AUR）及亚硝酸盐氧化速率（NUR）平均值分别为7. 84 mg/（gMLSS×h）和12. 17 mg/（gMLSS×h），远高于常规污水处理厂脱氮除磷工艺测定值，可添加入污水处理厂活性污泥系统以强化生物脱氮。