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城市污水预水解对二级生化处理的影响 蒋岚岚 1 羊鹏程 2 梁 汀 1 杨薇兰 2 1.无锡市政设计研究院有限公司, 江苏 无锡 214072; 2.无锡市排水总公司, 江苏 无锡 214011 摘要 为考察预水解对后续二级生化处理的影响 , 结合无锡市城北污水处理厂实际运行情况进行了生产性试验研究。 结果表明, 对于工业废水占 40的城市污水而言, 原水经过水解预处理后的可生化性得到提高, 并且由于水解池在未 满负荷运行的情况下对碳源有机物的去除率较高, 对后续硝化脱氨、反硝化脱氮和除磷存在不同的影响 。 关键词 预水解; 城市污水; 二级生化处理 THE EFFECT OF PREHYDROLYSIS OF URBAN SEWAGE ON THE SECONDARY BIO -TREATMENT Jiang Lanlan1 Yang Pengcheng2 Liang Tin1 Yang Weilan2 1. Wuxi Municipal Design Institute Co . , Ltd, Wuxi 214072, China; 2. Wuxi Drainage Company , Wuxi 214011, China Abstract Plant experiments were conducted to investigate the effect of prehydrolysis on the secondary bio -treatment in Wuxi Cheng- bei Wastewater Plant. It was believed that the bio -degradable character of influent was improved after the prehydrolysis of the urban sewage, ofwhich industrial wastewater takes 40. The hydrolytic tank whichwas operating under the design load affected the follow- up processes, for insistence, the nitrification, the denitrification, and phosphor removal. Keywordsprehydrolysis; urban sewage;secondary biotreatment 0 引言 无锡市城北污水处理厂是无锡市区首家采用生 化 水解 预处理工艺的城市污水处理厂 。其一期工 程规模为 510 4 m 3 d, 于 2001 年建成投运。随着水 量的增长, 于 2004 年开始进行二期扩建工程, 规模为 510 4 m 3 d 。 同时 , 通过对一期运行水质情况的统计 和分析,在二期扩建时增设了升流式污泥床水解预处 理工艺。 目前采用水解酸化作为污水的预处理工艺应用 较多 ,但应用于城市污水较少 。同时, 关于水解酸化 的研究多集中于工艺的选择、优化与水质处理效果方 面,而对于预水解酸化对常规二级生化处理系统运行 的影响方面的研究和报道较少。而这方面的影响在 污水处理厂的日常运行管理中不可忽视 。如果能掌 握产生各种有利或不利影响的原因 ,便可有效地采取 相应的措施以保证污水处理厂的正常运行 [ 1] 。 1 污水厂概况 无锡城北污水处理厂现有规模为 1010 4 m 3 d, 主要收集无锡市城北片区的生活污水和工业废水 比 例约为6∶ 4 , 进水水质 ρ COD 为600 mg L , ρ BOD5 为200 mg L , ρ SS 为300 mg L, ρ TKN 为40 mg L, ρ NH3- N 为25 mg L , ρ 磷酸盐 为4 mg L。 根据原水 水质特征, 采用水解 -好氧 Orbal 氧化沟 处理系统, 其中水解设计采用升流式污泥床水解池 。出水水质 指标执行GB18918- 2002城镇污水处理厂污染物排 放标准一级标准中的 B 标准。2006 年 7 月, 新增的 厌氧水解预处理工程 10 10 4 m 3 d 正式投入运行。 工艺流程如图 1 所示。 城北污水处理厂在原有组合厌氧池Orbal 氧化沟 活性污泥处理工艺前增加了平流沉砂和厌氧水解 ,并 将原一期和二期工程氧化沟的剩余活性污泥增设旁 路可回流至水解池 。目前城北污水处理厂运行其中 一组 5 10 4 m 3 d ,出水进入二期氧化沟 。 2 污水预水解对二级处理的影响 为研究预水解对后续 Orbal 氧化沟的影响, 结合 城北污水处理厂实际运行情况 , 于 2006 年 7 月 17 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 预处理区新增构筑物;新增工艺管线。 图 1 工艺流程 2007 年4 月连续监测对一期 、 二期工程的相关数据进 行了对比分析。 2. 1 水解酸化对进水可生化性的影响 水解酸化工艺作为预处理可将难生化降解物质 水解为易生化降解的物质 ,大分子物质被降解为小分 子物质,对于工业废水可显著提高污水的可生化性, 为后续好氧生化处理的有效运行提供有利条件 [ 1 -3] 。 该污水处理厂由于接纳部分工业废水 以印染业为 主 ,平均进水 ρ B ρ C 0. 285, 属于可生化性较 差的污水, 经水解酸化预处理后, 污水的 ρ B ρ C 值变化如图2 所示。 图 2 水解酸化对进水可生化性的提高 运行结果显示 ,对于城市污水而言 ,由于水解对 COD、 BOD5去除率均较高,水解过程中微生物对有机 物的分解作用进行得较彻底, 使水解池出水 B C 与进 水相比增幅不大 0. 068 。 2. 2 对后续生化处理污泥性能的影响 目前城北污水处理厂仅运行其中一组水解池 ,设 计规模为 5 10 4 m 3 d,实际进水量为 4 104 m 3 d, 出 水进入 二期氧化沟。 二期氧化沟中的污泥浓度 MLSS 在5 500 mg L左右, 但 MLVSS MLSS ≈40, 沉 降比 SV 约为 30, 污泥指数 SVI 值不到55 mL g 。 按一般情况,如此低的污泥指数,污泥的絮凝性较差, 很难保证出水水质 [ 4] 。实际情况是出水中的悬浮物 略高于一期,但并不超标 。 分析原因主要是原工程采用氧化沟工艺 ,未设初 沉池 , 沟内的 MLSS 值较高。而增加了水解预处理 后,由于水解池在未达到设计负荷时实际停留时间高 于设计停留时间, 对该厂污水的 COD、BOD5和 SS 的 去除率均高达 60以上 ,造成实际进入氧化沟的有 机负荷降低 ,所以二期氧化沟的污泥负荷 F M 比一 期氧化沟低 ,而通过加长泥龄来维持 MLSS 浓度的污 泥活性较差 ,沉淀效果不佳,影响了出水 SS。 2. 3 对后续生化处理溶解氧的影响 经水解后污水需氧量 考虑除碳为主 可大幅降 低,后续生化处理段可减少曝气充氧量。但是由于城 北污水处理厂二级生化处理采用的是Orbal 氧化沟工 艺,充氧和推流采用转碟曝气机。要满足氧化沟的推 流要求必须要保证一定量的转碟开启数, 在 BOD5负 荷率较低的情况下将导致曝气过量, 造成二期 Orbal 氧化沟溶解氧较高且外、中 、内沟 DO 梯度难以形成 的现象。 2. 4 对原水硝化的影响 经过水解后 NH3-N 出水浓度升高, 见表 1。分析 认为 ,水解池内的NH3- N 变化主要由两方面造成 一 是由水解池内的微生物生长所引起的; 二是由于污水 中的有机物的分解产生可溶性游离 NH3- N。前者作 用使污水中的 NH3-N 浓度下降, 但后者使之增高 [ 5] 。 一些研究表明, 当水解池停留时间增加至 5 ～ 6 h时, 由于有机物的分解使水中游离 NH3- N 增加,NH3- N 去 除率反而为负值。由于水解池在未达到设计负荷时 实际平均停留时间约为4. 7 h , 且厌氧微生物生长对 氮的要求低于好氧微生物 , 故水解池 NH3- N 出水浓 度增加。 但是 Orbal 氧化沟处理后的 NH3- N 去除率很高, 平均 达 到 96. 89。 在 进 水 NH3- N 平 均浓 度 为 22. 83 mg L的情况下 ,出水NH3-N 平均浓度为8 mg L。 可达到国家最新排放标准一级 A 类的水平 。二期氧 18 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 化沟出水NH3- N 指标较好于未经水解池处理的一期 工程 。分析原因认为 1 原污水由于接纳部分工业废 水 主要以印染为主 pH 值较高 , 经酸化后, pH 值可 降低至 7. 0 ～ 7. 5。此 pH 值范围是硝化细菌最适宜 的,从而提高了后续常规生化处理的硝化功能 。2 因 为硝化菌是自养型细菌, 与异养型细菌相比 ,硝化菌 的产率低, 比增长速率小 。故 BOD TKN 值的不同会 影响氧化沟中异养菌与硝化菌竞争底物和溶解氧 [ 6] 。 二期氧化沟的低 BOD5负荷率和高 DO 值也可提高硝 化反应的效率。 表 1 NH3-N 和 TP 的除污效果 月 份 ρ NH3-N mgL- 1 ρ TP mgL- 1 进 水 出水 水解 池 去除 率 总 出水 去除 率 进 水 出水 水解 池 去除 率 总 出水 去除 率 06-0924 . 76 27 . 44 -12 . 6 0. 3898 . 396. 086. 07 -4 . 79 0. 44 91 . 69 06-1021 . 75 28 . 16 -29 . 8 0. 5197 . 566. 816. 39 -6 . 29 0. 37 93 . 24 06-1124 . 48 27 . 64 -14 . 9 0. 6797 . 247. 456. 96 -2 . 39 0. 34 94 . 83 06-1222 . 01 26 . 00 -19 . 2 0. 8895 . 816. 966. 58 -4 . 43 0. 39 94 . 42 平均22 . 83 27 . 29 -20 . 4 0. 6996 . 897. 096. 66 -4 . 28 0. 37 94 . 19 2. 5 对原水反硝化的影响 进水 TN 浓度相对较高 , 且大部分高于设计值, 但总出水 TN 浓度较低且稳定, 检测期间, 进水 TN 最 高浓度为68. 6 mg L , 平均进水为41. 3 mg L ,平均出水 为15. 1 mg L,TN 平均去除率为 63. 45。出水可达国 家最新排放标准一级 B 类。但是对比一、二期工程的 TN 去除效果可知,经过水解预处理后的二期氧化沟出 水TN 浓度略高于一期工程。分析认为 1 由于反硝化 细菌是兼性异养微生物,反硝化过程需要提供充足的 碳源 [ 7] 。一般认为,当污水的 BOD5 TKN 4 时,可认为 污水缺乏足够的碳源供反硝化细菌利用。本工程水解 出水 BOD5 TN≈ 2,将会对反硝化反应产生一定影响 。 2 反硝化菌是兼性菌 ,既能进行有氧呼吸,也能进行无 氧呼吸。当同时存在分子态氧和硝酸盐时优先进行有 氧呼吸,反硝化菌降解含碳有机物而抑制了硝酸盐的 还原,因此二期氧化沟中高 DO 值和低 DO 梯度也对反 硝化过程有抑制作用。 2. 6 对原水除磷的影响 由表 1 可知, 水解对该厂污水的 TP 的去除率多 为负值 ,平均为 -4. 28。分析认为 1 二级生化处 理排放的剩余污泥回流至水解池, 剩余污泥中的磷在 厌氧环境下重新释放; 2 由于进水的溶解氧为零, 所 以在水解池内好氧细菌难以增殖, 主要是兼性厌氧微 生物。兼性细菌将可溶性 BOD 转化成 VFA, 聚磷菌 获得VFA 将其同化成 PHB ,所需能量来源于聚磷的 水解并导致磷酸盐的释放。由于原污水沉砂后直接 进入水解池 ,可提供足够的碳源, 使聚磷菌能充分释 磷,故 TP 的去除率也多为负值。 二期氧化沟处理后的总出水 TP 浓度平均约为 0. 6 mg L ,可达到国家标准, 但是与一期工程出水相 比,TP 的去除率略低 。分析认为 1 由于尽管在水解 池内在厌氧条件下会形成一部分聚磷菌 ,但是此部分 聚磷菌并不会随水解池出水进入后续氧化沟。2 由 生物除磷的影响因素可知 ,应有足够量的除磷菌的存 在及满足除磷菌对磷的摄取和释放的环境条件,而这 在很大程度上取决于起诱导作用的有机物 [ 6] 。由于 原水经水解后一方面 TP 浓度提高, 而与此相应的是 进入氧化沟的污水中可以被聚磷菌用来厌氧释磷的 有效碳源的浓度处在较低的水平 ,进水平均 BOD5仅 在90 mg L左右, 有限的易降解碳源首先用于反硝化 脱氮的需要 ,致使不能满足聚磷菌的充分释磷, 导致 了其在厌氧阶段无法在胞内形成PHB 或者 PHA 等能 量物质,使得聚磷菌在好氧阶段没有充足的可利用能 量物质进行好氧吸磷 ,造成出水TP 的去除率下降 [ 8] 。 3 由于生物除磷在本质上是微生物过度摄磷而合成 体内物质, 若好氧阶段停留时间长, 曝气水平高,会使 微生物进入内源呼吸阶段 , 使合成的多聚磷酸盐水 解 [ 9] 。根据 2. 2 和 2. 3的分析, 二期氧化沟较长的停 留时间 、 泥龄和较高的曝气水平也是造成其 TP 去除 率低于一期的原因。 3 结论 1 采用水解作为城市综合污水预处理工艺可有 效提高污水的可生化性, 但效果不如工业废水显著 。 2 由于城北污水处理厂所采用的升流式污泥床 水解池对碳源有机物的去除率较高 ,使后续生化处理 的有机负荷下降较多 ,为保证一定的负荷率和污泥絮 体沉降性, 应对污泥浓度值进行重新控制 。 3 对于水解后续采用氧化沟作为二级处理单元 的工艺来说 ,为满足氧化沟的推流要求易造成沟内溶 解氧过高。 4 水解池对该厂污水的 NH3-N 和 TP 的去除率 多为负值, 但总出水的去除率均较高 。对比未通过水 解池的一期氧化沟出水, 可发现由于水解池在未满负 荷运行的情况下对碳源有机物的去除率较高 ,对后续 硝化脱氨、反硝化脱氮和除磷存在不同的影响 。 下转第 24 页 19 环 境 工 程 2009年 8 月第27 卷第4 期 故直流电磁场对晶体的组成仍会产生影响,但影响较 小。交变电磁场属于式 9 情况 ,v 0,由式 11 与式 9 可知 , ε -0. 05πfI0sin 2πft φ Sicosθ , ε与频 率成正比关系, 所以文石含量随频率的提高呈上升 趋势 。 但本模型中的感应电动势 ε 只能代表磁场对水 系统作用的方式与强弱, 还无法建立与具体试验指标 的定量关系。本模型的建立对改善磁场水处理装置 的性能提供了方向与依据 ,如对于恒定磁场的磁处理 装置应该尽可能加大磁场梯度以改善性能,交变电磁 场的磁处理装置应该在不影响磁场强度的条件下 ,加 大磁场变换频率等。 4 结论 磁场水处理技术中, 微观电磁感应行为是比洛仑 兹力更普遍的物理现象, 更能揭示磁场作用机理。能 够使粒子发生电子云分布变化的充要条件是 ,产生微 观电磁感应电动势 ε ε ＊ i。在恒定磁场的处理系统 中,产生微观电磁感应现象依赖磁场梯度与流速的条 件,而在非恒定磁场的处理系统中, 二者仅是影响因 素,不是必要条件。 本结论通过不同磁场条件对 CaCO3结晶过程中文石生成量的影响研究得到了验 证,对磁场水处理装置的设计与应用提供了依据。 参考文献 [ 1] Donaldson J D, Grimes S. 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