剩余污泥作為低碳氮比生活污水補(bǔ)充碳源的脫氮試驗(yàn)研究.pdf

1、我國(guó)城市污水普遍存在的碳氮比偏低的問(wèn)題逐漸成為城市污水處理達(dá)標(biāo)的瓶頸；同時(shí)，作為目前生活污水處理中運(yùn)用最普及的活性污泥技術(shù)，其產(chǎn)生的大量剩余污泥的處理與處置費(fèi)用在污水廠運(yùn)行成本中所占的比例也越來(lái)越大。本課題針對(duì)低碳氮比生活污水脫氮以及剩余污泥處理的問(wèn)題，分別從工藝和碳源兩方面入手進(jìn)行研究。在工藝方面，為提高低碳氮比污水中易生物降解有機(jī)物的含量，并對(duì)現(xiàn)有污水處理廠進(jìn)行工藝優(yōu)化，設(shè)計(jì)了水解酸化/缺氧懸浮填料移動(dòng)床/好氧組合工藝(簡(jiǎn)稱H/AM

2、BBR/O工藝)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室中試研究，并探索該工藝應(yīng)用于城市污水高效脫氮和污泥減量的可行性。在碳源方面，通過(guò)對(duì)A/O工藝的二沉池剩余污泥進(jìn)行堿解發(fā)酵，提取上清液作為反硝化碳源，考察上清液的反硝化效率，利用階段比反硝化率的概念，提出上清液回用量的確定方法，并將上清液回用到實(shí)際運(yùn)行的A/O系統(tǒng)中，考察上清液碳源的反硝化速率及其回用對(duì)A/O系統(tǒng)的影響。最后，分別從處理效能和投資運(yùn)行費(fèi)用(預(yù)估)方面綜合比較了H/AMBBR/O工藝和上清液回用的

3、A/O工藝的最佳運(yùn)行工況。試驗(yàn)研究的主要結(jié)論如下：
　　 ①H/AMBBR/O工藝的試驗(yàn)結(jié)果
　　 首先，在10.9～13℃，通過(guò)反硝化預(yù)試驗(yàn)對(duì)比了懸浮填料兩相污泥和純?nèi)毖跷勰嗟姆聪趸阅?。結(jié)果表明，懸浮填料兩相污泥對(duì)COD、氨氮、硝酸鹽和TN的去除率分別達(dá)到74.37％、10.48％、60.86％和21.42％，遠(yuǎn)高于純?nèi)毖跷勰嗟?8.89％、3.71％、41.58％和13.75％；且生物膜的活性良好。因此，在缺氧池投

4、加懸浮填料有利于增加污泥量，改善反硝化污泥活性，減弱冬季氣溫的影響。
　　 其次，研究了H/AMBBR/O組合工藝的啟動(dòng)方式。采取接種污泥、單池分別啟動(dòng)的方式對(duì)水解酸化池、AMBBR和好氧池同時(shí)進(jìn)行培養(yǎng)馴化。其中水解酸化池采用連續(xù)進(jìn)出水、逐漸增大負(fù)荷的方式，在15d內(nèi)啟動(dòng)成功；AMBBR采用好氧曝氣掛膜、缺氧轉(zhuǎn)換的方式，歷時(shí)20d，掛膜成功。組合工藝啟動(dòng)后，處理效果在兩周時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。
　　 再次，通過(guò)單因素對(duì)比試驗(yàn)，

5、篩選出H/AMBBR/O工藝的最優(yōu)工況。結(jié)果表明：1)水解酸化池水力停留時(shí)間以2.5h為宜，過(guò)長(zhǎng)的停留時(shí)間會(huì)消耗更多的碳源；2)AMBBR水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，反硝化反應(yīng)進(jìn)行得越充分，試驗(yàn)最佳停留時(shí)間為3h；3)硝化液回流比越大對(duì)反硝化越有利，但是動(dòng)力消耗也大，試驗(yàn)選取合適的硝化液回流比為300％；4)當(dāng)平均水溫高于18.0℃時(shí)，硝化和反硝化過(guò)程不受抑制，工藝處理效果較理想，當(dāng)水溫低于18.0℃時(shí)，硝化反應(yīng)不完全，工藝處理效果明顯變差，尤其

6、是TN出水濃度遠(yuǎn)不能達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期目標(biāo)，建議經(jīng)濟(jì)條件較好的污水處理廠可以考慮在好氧池投加填料，增強(qiáng)低溫下的硝化效果。因此，在進(jìn)水流量Q=50L/h，好氧池HRT為6.0h，二沉池HRT為1.2h，且填料投配率為30％的情況下，最優(yōu)工況的條件是：水解酸化池水力停留時(shí)間為2.5h，AMBBR水力停留時(shí)間為3h，硝化液回流比300％，平均水溫高于20.0℃，此時(shí)，組合工藝獲得最佳處理效果：COD、氨氮和TN的平均去除率分別達(dá)到90.35％、98

7、.24％和71.92％，對(duì)應(yīng)出水濃度分別為22.6mg/L、0.89mg/L和16.35mg/L。
　　 最后，對(duì)比分析了水解酸化池分別作為純污水和污泥污水同時(shí)預(yù)處理反應(yīng)器的效能，結(jié)果表明，將二沉池污泥回流至水解酸化池，既可以改善與增加碳源，為后續(xù)反硝化提供有利條件，也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)污泥的資源化和減量化，污泥減量率可達(dá)到56％以上。
　　 ②剩余污泥堿解上清液的回用到A/O工藝的試驗(yàn)結(jié)果
　　 首先，通過(guò)試驗(yàn)研究了

8、剩余污泥堿解發(fā)酵的較優(yōu)條件以及堿解對(duì)污泥的減量作用。確定了堿解pH值、以及攪拌條件，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)靜態(tài)連續(xù)試驗(yàn)的指標(biāo)分析、反硝化速率對(duì)比以及污泥破解后的掃描電鏡照片，確定較優(yōu)的SRT為9d；同時(shí)，計(jì)算得出剩余污泥在堿解過(guò)程中的污泥減量率達(dá)到56.3％。
　　 其次，分別考察了堿解上清液、乙酸鈉和生活污水三種碳源的反硝化效能及其反硝化動(dòng)力學(xué)，進(jìn)行綜合比較，確定堿解上清液可以作為反硝化脫氮的碳源。
　　 進(jìn)一步的研究考察

9、了剩余污泥堿解上清液作為反硝化碳源的反硝化速率，并據(jù)此初步確定上清液的回用量。采用不同的VFA/N比值進(jìn)行批式試驗(yàn)，考察硝酸鹽的反硝化情況，選擇出試驗(yàn)硝酸鹽濃度下的較優(yōu)比值，并應(yīng)用于實(shí)際生活污水中，與純生活污水脫氮對(duì)照，考察回用的可行性，以及回用量的確定。結(jié)果顯示，VFA/N比值的增加能加快反硝化反應(yīng)，且比值越高，出現(xiàn)亞硝酸鹽峰值越大，時(shí)間越滯后，硝酸鹽的降解和亞硝酸鹽的變化情況跟pH值能夠較好地吻合；將上清液以一定比例投入生活污水，反

10、硝化速率明顯提高，平行組6h反硝化量分別達(dá)到47.02和33.95mg/L，為單純生活污水反硝化量的2～3倍。試驗(yàn)進(jìn)一步根據(jù)不同反應(yīng)時(shí)間段的反硝化速率提出階段比反硝化率的概念，并結(jié)合初始VFA/N比值以及反應(yīng)過(guò)程中pH值的變化粗略判斷出上清液的回用量，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐具有一定的指導(dǎo)意義。
　　 最后，根據(jù)上清液回用量的確定方法進(jìn)行了實(shí)際A/O工藝的回用試驗(yàn)研究。分別于冬季和春季不同溫度條件下進(jìn)行了兩次上清液的回用試驗(yàn)。冬季試驗(yàn)，A/O

11、工藝產(chǎn)泥量較低，上清液回用量受限，為50ml/min左右，小于理論回用量；春季試驗(yàn)，上清液的回用量為85ml/min左右，與理論回用量相當(dāng)。分別對(duì)兩次上清液回用前后系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮和TN的去除效能，以及上清液回用過(guò)程中引入的氮磷對(duì)系統(tǒng)脫氮除磷的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：1)冬季試驗(yàn)情況下，實(shí)際TN去除量接近42mg/L，遠(yuǎn)高于理論計(jì)算值28mg/L；2)春季試驗(yàn)結(jié)情況下，基于階段比反硝化速率計(jì)算的理論TN去除量為50.4mg/L，和實(shí)

12、際的55mg/L較為接近，TN的平均出水濃度滿足GB18918-2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；3)兩次回用過(guò)程中引入系統(tǒng)的總氮占原污水總氮的10.55％和21.27％，結(jié)合TN的去除情況分析，認(rèn)為該比例對(duì)系統(tǒng)脫氮的影響不明顯，可忽略；上清液回用過(guò)程中引入總磷占原污水總磷的20.86％和79.60％，對(duì)應(yīng)的出水TP濃度分別為2.84和3.52mg/L，由于系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)置專門的除磷裝置，磷在系統(tǒng)中的循環(huán)可能會(huì)造成累積，因此，長(zhǎng)時(shí)間的回用可考慮在上清液

13、中投加鹽類形成磷沉淀后進(jìn)行回收。
　　 ③H/AMBBR/O工藝和剩余污泥堿解上清液回用的A/O工藝的最優(yōu)工況對(duì)比分析
　　 兩工藝最佳工況的污染物去除效能對(duì)比結(jié)果表明：1)兩工藝對(duì)COD和氨氮均有較好的去除效果，COD和氨氮的出水濃度均能滿足GB18918-2002的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)；2)上清液回用的A/O工藝出水TN濃度低于15mg/L，能夠滿足GB18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，而H/AMBBR/O工藝出水TN僅

14、能滿足GB18918-2002的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)；3)上清液回用的A/O工藝反硝化能力以及靈活性更強(qiáng)，而H/AMBBR/O工藝能夠?qū)崿F(xiàn)污水污泥處理以及內(nèi)碳源回用的一體化，運(yùn)行管理更簡(jiǎn)便。
　　 兩工藝運(yùn)行費(fèi)用預(yù)測(cè)結(jié)果表明，費(fèi)用差別產(chǎn)生于AMBBR中的懸浮填料和用于調(diào)節(jié)上清液pH值的酸堿試劑。其中，懸浮填料使用壽命較長(zhǎng)(長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年之久)，且為一次性投資材料，而酸堿試劑為日常運(yùn)行材料，其消耗費(fèi)用約為懸浮填料的7倍。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需