吳昌敏，閆懷國(guó)，王喧，季民

（天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072）

　　摘要：通過試驗(yàn)研究，分析比較了與厭氧污泥膨脹床（EGSB）串聯(lián)的厭氧生物濾池、好氧生物濾池和活性污泥法三種不同方法處理城市污水時(shí)的工藝性能。厭氧生物濾池的出水COD_Cr濃度較高，好氧生物濾池出水中常會(huì)有較多的難沉淀分離的懸浮物；而活性污泥法作為EGSB的串聯(lián)工藝，能夠達(dá)到較好的出水水質(zhì)和穩(wěn)定的處理效果。

　　關(guān)鍵詞：EGSB；厭氧-好氧；生物濾池；活性污泥法

　　前文論述了厭氧－好氧生物法處理城市污水的系統(tǒng)中，常溫厭氧污泥膨脹床（EGSB）反應(yīng)器的工藝性能與凈化機(jī)理^[1]，本文重點(diǎn)介紹與EGSB相串聯(lián)的后續(xù)處理工藝的性能和適應(yīng)性。雖然厭氧生物處理是一種有效又經(jīng)濟(jì)的處理方法，但單一的厭氧處理工藝往往難以獲得理想的出水水質(zhì)，因此為滿足嚴(yán)格的出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，需要在厭氧階段之后，再串聯(lián)一段生物處理工藝，以取得穩(wěn)定的高質(zhì)出水。對(duì)不同的污水水質(zhì)和處理?xiàng)l件，厭氧反應(yīng)器后續(xù)處理工藝有多種不同選擇^[2]。本文分別試驗(yàn)研究了厭氧生物濾池、好氧生物濾池和活性污泥法3種不同的工藝與EGSB相串聯(lián)時(shí)的處理效果和工藝性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用EGSB串聯(lián)活性污泥法組合工藝處理低濃度城市污水，COD_Cr去除效果最好、運(yùn)行穩(wěn)定、污泥沉淀性能良好、出水能夠達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。該工藝具有水力停留時(shí)間短、處理效率高、能耗低的特點(diǎn)，特別適用于中小型污水處理廠。如果有除磷脫氮要求，只需對(duì)工藝稍加改進(jìn)即可。

　　1 試驗(yàn)裝置和分析方法

　　試驗(yàn)分為三個(gè)階段進(jìn)行，每個(gè)階段的厭氧EGSB反應(yīng)器的后續(xù)處理工藝分別為厭氧生物濾池、好氧生物濾池和活性污泥反應(yīng)器。EGSB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造前文已介紹。厭氧和好氧生物濾池均采用透明有機(jī)玻璃柱加工而成，內(nèi)徑200 mm，高1.30 m，體積40.82 L；柱內(nèi)填充粒徑為2～4 cm的爐渣0.8 m作為濾料，濾料體積占整個(gè)反應(yīng)器的61.5%。活性污泥反應(yīng)器采用透明有機(jī)玻璃柱加工而成，內(nèi)徑為80 mm，有效的體積為2 L。處理系統(tǒng)裝置見圖1。

　　水質(zhì)分析方法與前文相同。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果和分析討論

　　2.1 厭氧生物濾池（AF）的處理效果

　　以盡可能低的能耗取得理想的處理效果是城市污水處理優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)，為此本研究首先選擇在EGSB反應(yīng)器后串聯(lián)厭氧生物濾池，以實(shí)現(xiàn)二級(jí)處理主體工藝上的無能耗（沒有曝氣）。據(jù)巴西某地的研究報(bào)道^[3,4]，在用UASB+AF聯(lián)合處理進(jìn)水濃度在580 mg/L的城市污水時(shí)，在UASB水力停留時(shí)間為4 h，AF水力停留時(shí)間2 h的條件下，串聯(lián)系統(tǒng)COD_Cr去除率可達(dá)87%，出水COD_Cr濃度為76 mg/L。

　　本研究的厭氧生物濾池采用無接種的自然掛膜法，EGSB出水由AF的底部進(jìn)入，大約運(yùn)行了10天以后，即可發(fā)現(xiàn)填料上布滿了生物膜。厭氧生物濾池與EGSB串聯(lián)共運(yùn)行了70天，其運(yùn)行工況和去除結(jié)果見表1。（表1中的日期指的是從EGSB開始運(yùn)行時(shí)算起的延續(xù)試驗(yàn)時(shí)間，COD指COD_Cr，以下同。）

圖1  試驗(yàn)裝置示意圖

表1  厭氧生物濾池（AF）的運(yùn)行工況和處理結(jié)果

　　從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在水力停留時(shí)間2～5 h的操作條件下，AF反應(yīng)器的COD去除率僅1.58%～23.3%，出水COD一般都大于100 mg/L（國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)排放濃度），顯然這種運(yùn)行結(jié)果不理想。也許進(jìn)一步增加AF反應(yīng)器的水力停留時(shí)間能夠增加去除效率，但過長(zhǎng)的水力停留時(shí)間會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的占地面積加大，造成基建投資費(fèi)用的增加，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)高效的目的。由此也說明有時(shí)國(guó)外報(bào)道的經(jīng)驗(yàn)也需要我們自己的實(shí)踐驗(yàn)證。在運(yùn)行過程中還發(fā)現(xiàn)AF的出水中有時(shí)含有大量的脫落生物膜，且沉淀性能較差。在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，出水夾帶的生物膜上有大量的絲狀菌。初步的試驗(yàn)結(jié)果證明采用厭氧生物濾池作為厭氧EGSB的后續(xù)工藝是不適合的。

　　3.2好氧生物濾池的運(yùn)行效果

　　①好氧生物濾池反應(yīng)器的構(gòu)造與厭氧生物濾池完全相同，只是在濾池底部布置了微孔曝氣器進(jìn)行曝氣。好氧生物濾池連續(xù)運(yùn)行了3個(gè)半月，試驗(yàn)進(jìn)程的4個(gè)階段的運(yùn)行工況如表2所示。

表2  好氧生物濾池的運(yùn)行工況

　　第一階段目的在于使好氧濾池盡快的運(yùn)行穩(wěn)定，第二階段主要是考察好氧濾柱在高濾速的條件下的去除情況，第三、四階段主要是因?yàn)镋GSB工藝的調(diào)整而使運(yùn)行情況發(fā)生了變化。所有的試驗(yàn)運(yùn)行階段中，均控制反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的濃度在4.0 mg/L，氣水比基本維持在1.0～2.0:1。

　　②好氧生物濾池的處理結(jié)果

　　圖2顯示了四個(gè)運(yùn)行階段中，好氧生物濾池COD的去除結(jié)果。由圖2可以看出，當(dāng)進(jìn)入（EGSB出水）好氧生物濾池的COD為120～220 mg/L，水力停留時(shí)間為1～4.55 h，生物濾池空床水流上升流速為0.29～1.27 m/h的操作條件下，好氧生物濾池的出水COD基本上都小于100 mg/L，COD去除率為30%～65%。對(duì)比厭氧生物濾池的處理結(jié)果，好氧生物濾池能夠取得更好的出水水質(zhì)，而且其氣水比僅有1.0～2.0︰1，能耗很低。

圖2  好氧生物濾柱自身對(duì)COD的去除結(jié)果

　　③ EGSB+好氧生物濾池串聯(lián)系統(tǒng)的總?cè)コ?/P>

　　圖3給出了EGSB+好氧濾柱系統(tǒng)對(duì)COD的總的去除情況。從圖中可以看出在進(jìn)水COD濃度為160～290 mg/L的情況下，出水COD的平均濃度為73.9 mg/L，

　　系統(tǒng)COD總?cè)コ蕿?0%～72%。如果僅從去除率的絕對(duì)數(shù)值上來看，并不十分理想，但就出水COD的絕對(duì)濃度數(shù)值看，在近100天的試驗(yàn)運(yùn)行過程，僅1～2天的出水COD濃度大于100 mg/L，因此，EGSB+好氧生物濾池串聯(lián)系統(tǒng)應(yīng)該屬于高效、低能耗的處理系統(tǒng)。

圖3  EGSB+好氧生物濾池系統(tǒng)對(duì)COD總的去除效果

　　試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)好氧生物濾池的出水經(jīng)常有脫落的生物膜出現(xiàn)，而且有時(shí)EGSB的厭氧顆粒污泥會(huì)穿透濾柱被帶出。生物濾池脫落下的生物膜沉降性較差，靜沉2 h很難使出水的SS降低到30 mg/L以下。鏡檢發(fā)現(xiàn)脫落的生物膜主要含有大量的絲狀菌和硫細(xì)菌，這可能是致使沉淀效果差的原因。如果采用好氧生物濾池作為厭氧生物處理的后續(xù)工藝，可能需要配備混凝沉淀工藝，那樣就會(huì)增加污水處理費(fèi)用。

　　3.3 活性污泥法的處理效果

　　① 活性污泥反應(yīng)池的運(yùn)行方式

　　試驗(yàn)采用間歇進(jìn)出水的方式進(jìn)行。每天具體的運(yùn)行方式為：早上8:00，排除反應(yīng)器內(nèi)前一天的水，取EGSB的出水，投入反應(yīng)器內(nèi)，曝氣2 h，沉淀0.5 h，排水；然后再投入EGSB的出水，曝氣2 h，沉淀0.5 h，取樣化驗(yàn)，排水；最后按第一步的方式再換一次水后，向反應(yīng)器內(nèi)加入EGSB的出水，將反應(yīng)器以曝氣1.0 h，沉淀0.5 h的方式運(yùn)行，以保證活性污泥的活性至第二天。具體的工藝運(yùn)行參數(shù)見表3，從表3可以看出這三個(gè)不同運(yùn)行階段主要是改變了反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度。

表3  活性污泥試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)

　　②活性污泥反應(yīng)池的處理效果

　　圖4表示了活性污泥反應(yīng)池對(duì)COD的去除效果。結(jié)合運(yùn)行工況可以看出，通過加大反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度，可以使有機(jī)物的去除率增加：第一階段進(jìn)水COD為129.5 mg/L，COD去除率為53.2%；第二階段進(jìn)水COD為121.7 mg/L，COD去除率為50.7%；第三階段進(jìn)水COD165.5 mg/L，COD去除率為71.0%。這表明將污泥濃度控制在2700 mgSS/L，污泥負(fù)荷為0.62 kgCOD/kgSS·d時(shí)能夠保證取得較好的去除效果。而且，污泥的沉降性能良好。在靜沉0.5 h的條件下，出水SS低于20 mg/L，污泥30 min沉降比為24%，SVI值為89。整個(gè)試驗(yàn)過程中，活性污泥出水的平均COD為55.3 mg/L，用中速定性濾紙過濾后的COD為46.6 mg/L，兩者的比值為0.84。

圖4  活性污泥反應(yīng)池對(duì)COD的去除效率

　　③ EGSB+活性污泥反應(yīng)池系統(tǒng)的處理效果

　　在進(jìn)行活性污泥處理試驗(yàn)的過程中，EGSB的水力停留時(shí)間1.15 h，系統(tǒng)進(jìn)水COD濃度150.3～295.3 mg/L，EGSB出水COD濃度為92.6～222.2 mg/L，平均去除率為28.3%。EGSB的出水進(jìn)入活性污泥反應(yīng)池，在曝氣2 h條件下，出水COD濃度在27.8～75.7 mg/L范圍內(nèi)，平均小于60 mg/L。

　　4 結(jié)論

　　①采用AF作為厭氧EGSB的后續(xù)工藝，處理城市污水時(shí)，雖有整個(gè)系統(tǒng)不需要曝氣耗能的優(yōu)點(diǎn)，但處理效率有限，難以保證出水的COD_Cr<100 mg/L。

　　②采用EGSB+好氧生物濾池的工藝組合方式，在EGSB和好氧生物濾柱的水力停留時(shí)間分別為1.13～1.55 h和1～4.45 h條件下，進(jìn)水COD_Cr平均濃度為193.5 mg/L的時(shí)，系統(tǒng)COD_Cr總?cè)コ蔬_(dá)到61.1%，出水COD_Cr值低于100 mg/L。但是好氧生物濾池的出水中常常夾帶難以沉降的脫落生物膜，使出水的SS值偏高。

　　③采用EGSB+活性污泥法的組合工藝處理低濃度城市污水，COD_Cr去除效果最好、運(yùn)行穩(wěn)定、污泥沉淀性能良好、出水COD平均低于60 mg/L。最佳工藝參數(shù)EGSB：反應(yīng)區(qū)上升流速為2.65 m/h，水力停留時(shí)間為1.2 h；活性污泥工藝污泥負(fù)荷為0.62 kgCOD_Cr/kgSS·d，水力停留時(shí)間為2.0 h。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 吳昌敏, 等. 厭氧－好氧串聯(lián)工藝處理城市污水試驗(yàn)研究（Ι）：-常溫EGSB工藝對(duì)城市污水的處理.

　　[2] 吳昌敏. 常溫EGSB工藝在城市污水處理中的應(yīng)用及其后續(xù)工藝的研究. 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2002, 1.15-16

　　[3] C A L Chernicharo & R M G Machado. Feasibility of the UASB/AF system for domestic sewage treatment in developing country. Wat.Sci.Tech., 1998, 38(8-9): 325-332.

　　[4] Ricardo Franci Goncalves, et al. Association of the UASB/AF system for domestic sewage treatment in developing country. Wat. Sci. Tech., 1998, 38(8-9): 189-195.