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市政污水处理厂工艺运行探讨 * 陈洪斌 唐贤春 董 滨 于 凤 何群彪 同济大学城市污染控制国家工程研究中心, 上海 200092 摘要 目的在于探讨影响市政污水处理厂运行效果的工艺因素, 提出可行的调控措施。 通过对某市政污水处理厂 2 年的运行结果分析表明, 有机物和悬浮物 SS 受水质和工艺等因素的影响较小, 出水一般可以达标; NH3-N、TN 去除 效率偏低的原因除生物处理池水力停留时间 HRT 过短、有机负荷率偏高、好氧段曝气不均匀外, 还与污泥消化上清 液直接进入污水处理系统等有关; 同样, TP 和 PO3 - 4 -P 的去除效率受污泥消化上清液和剩余污泥回流的影响也较大。 研究认为, 污水厂的二沉池富磷剩余污泥不宜直接回到初沉池浓缩处理, 污泥消化和脱水上清液应除磷后再回到污水 处理系统。 关键词 污水处理厂 氮磷 剩余污泥 污泥消化上清液 *上海市 2003 年度科技启明星项目资助 03QF14055 ; 2005 年度优 秀青年教师计划项目资助 0 引言 近年来,各地在建和运行的生活污水处理厂规模 和数量剧增,城镇污水的处理率成倍增加。这些污水 处理厂以中小型为主, 大多采用活性污泥法 ,工艺流 程大都包括生物脱氮除磷等环节, 常见工艺有 AO 法、 AAO 工艺及各种改进型、各种氧化沟工艺等 [ 1 -3] , 为改善城镇水环境质量奠定了硬件基础 。随着大量 污水处理厂建成投产 ,新建污水处理厂迫切需要提高 工艺运行和操作水平以合格排放 , 为此 , 本研究以某 污水处理厂近 2 年的运行结果为例, 讨论其运行效 能,分析脱氮除磷的工艺影响因素, 二沉池剩余污泥 和污泥上清液直接回流的影响方式 ,提出优化工艺运 行效果 ,实现稳定出水水质的途径, 为国内其他污水 处理厂的运行提供参考和借鉴 。 1 污水处理厂工艺运行状况 1. 1 工艺技术路线 某污水处理厂位于钱塘江畔, 污水大部分来源于 分流制收集系统 ,其余为不完全合流制污水。污水厂 二期工程 2001 年开始运行, 二级处理能力40万m 3 d, 工艺流程见图 1。 1. 2 主要处理单元和工艺运行参数 1 沉砂处理 共有两组平流式曝气沉砂池, 并 联运行 。污水的停留时间 HRT 为 3. 5~ 5. 3 min, 小 型离心鼓风机供气, 气水比为 0. 15 ~ 0. 19。运行过程 中,二沉池的剩余污泥也排入曝气沉砂池 ,与污水混 和后进入初沉池 。 图 1 污水处理厂的工艺流程示意图 2 初次沉淀 由 2 组共 8 座辐流式沉淀池组 成, 表面负荷 1. 72 ~ 2. 56 m 3 m2 h , HRT 1. 30 ~ 1. 72 h ,堰上水力负荷最高为 0. 4 m 3 sm 。初沉池 污泥经过污泥泵输送到污泥厌氧消化设施 。由于污 泥浓缩池存在问题, 二沉池剩余污泥在此与初沉污泥 混和与浓缩 。 3 生物处理 由 2 组推流式处理池组成 。单池 有效尺寸 80 m 10 m 5. 5 m, 共分为 8 个廊道, 第 1 廊道安装潜水搅拌机 , 成为缺氧段, 后 7 个廊道为 好氧段, HRT 分别为 1 h 和 6. 4 h 。生物处理池的设 计污泥浓度 MLSS 为 2. 5 g L ,CODCr污泥负荷为 0. 19 ~ 0. 21 kg kgd ; 泥龄 SRT 为 5. 28 d 。实际运行 中,生物处理池的污泥浓度最高达到 6. 58 g L , 平均 为3. 67 g L, VSS TSS 为 0. 44~ 0. 63, 平均为 0. 53; 由 于进水的 CODCr和 BOD5都较高, 因此实际 CODCr污泥 负荷 0. 32 kg kgd 和 BOD5污泥负荷 0. 11 kg kg d ; 生物处理池没有内回流系统, 仅有二沉池污泥回 流到生物处理池进水端, 回流比77~ 115,回流污 泥的浓度一般为 6. 5~ 7. 5 g L ; 好氧池采用微孔盘曝 19 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 气方式 ,气水比为 6∶ 5,风量可调; 实际运行中好氧池 曝气不正常的区域较多。 4 二次沉淀 由 2 组共 8 座辐流式二沉池组 成,单池 D 55 m、表面负荷 0. 88 m 3 m2h , HRT 3 h。 二沉池沉淀污泥大部分回流到生物处理池进水 端,剩余污泥通过剩余污泥泵打入沉砂池 ,与初沉污 泥混和、 沉淀后直接进入污泥厌氧消化系统。 5 污泥处理与处置 混和污泥加热后中温发酵 20 d, 热量来自沼气锅炉; 稳定后的污泥经压滤脱水 后外运; 沼气发酵上清液和污泥脱水上清液直接流回 污水厂的进水井 。 2 工艺运行效果 2. 1 有机污染物和悬浮物的去除效果 进水、初沉池出水和二沉池出水的 CODCr浓度见 图2 。进水的 CODCr周平均浓度在 320 ~ 880 mg L 之 间, 经 过 沉 砂 池 和 初 沉 池 后 , 浓 度 为 182. 0 ~ 544. 5 mg L ,平均去除率 35. 3, 由于生物处理后的 剩余污泥进入沉砂池并在初沉池浓缩, 对初沉池具有 一定的影响, 有时初沉出水的 CODCr与进水相近, CODCr处理效率出现较大波动 ,反映为初沉池去除效 率的波动范围 即标准差 达到 12. 8; 生物处理后 二沉池 出 水 的 CODCr为 52. 3 ~ 90. 2 mg L , 平 均 68. 79. 2 mg L ,总平均去除率 87. 7 3. 0 ,生物 处理CODCr平均去除负荷率0. 26 kg kgd 。BOD5浓 度变 化 见 图 3。 进 水 的 BOD5浓 度 为 103. 6 ~ 265. 5 mg L ,初沉池的去除率为10. 4 ~ 64. 5, 平均 达到 39. 0 9. 8 ,远超过初沉池正常状况的 BOD5 去除效率, 这是因为剩余污泥回流到曝气沉砂池, 经 过5. 3min 曝气 ,具有生物絮凝等功能, 因而污水的部 分胶体状或溶解性的有机物被去除 ; 生物处理池虽然 曝气不均匀,且部分区域由于微孔曝气盘破裂或者脱 落,漏气严重,DO 为 1~ 2 mg L , 但 BOD5去除十分彻 底,出水的 BOD5一般不超过15 mg L ,平均为 12. 2 2. 2 mg L ,总平均去除率为 93. 0 1. 8 ,BOD5去除 负荷 0. 084 kg kgd , 可见 ,生物处理的有机污染物 去除十分彻底。进水的 SS 浓度波动很大 , 范围为 187. 3~ 856. 0 mg L , 总平均 322. 0 mg L , 初沉池发挥 了较好的沉淀效能 , 初沉出水的 SS 平均为 167. 2 68. 2 mg L ,平均去除率为 48. 1 21. 0 ; 二沉池出 水的 SS 始终处于较低的水平 ,一般不超过 25 mg L, 2 年的平均出水浓度为 20. 1 3. 7 mg L 。 图 2 污水厂的 CODCr进出水浓度变化 图 3 不同时期的 BOD5的浓度变化 2. 2 氮和磷的去除效果 生物处理池 HRT 仅为7. 4 h, 缺氧段HRT 为 1 h, 无法同时满足生物脱氮和除磷的要求。由图 4 可见, 进水的NH3-N 高于一般市政污水, 平均达到 46. 0 13. 7 mg L ,而二沉池出水的NH3- N 并没有显著降低, 随进水的浓度变化而变化, 平均出水为 28. 3 12. 6 mg L ,去除率为 38. 4 20. 5 ; 生物处理池的 NH3-N 去除负荷率为 0. 016kg kgd ; 从时间分布看, 2003年的进水浓度高, 除7~ 9 月的去除效率略好外, 其余都较差 ; 而 2004年进水的浓度相对较低, 去除效 率有所增加 。进出水 TN 浓度变化趋势与氨氮相似。 进水的 TN 平均为 61. 815. 9 mg L ,呈现冬春季高、 夏季低的特点, 初沉池的去除率平均为 17. 1 5. 8 ,可能是有机颗粒沉淀所致; 二沉池出水 TN 的 平均浓度为 38. 8 13. 3 mg L, 去除率在 21. 4~ 62. 9,总平均去除率为 37. 2 13. 2 , 与通过回 流比理论计算的脱氮效率相近 ,说明在现有硝化能力 的条件下, 70~ 110的回流足以满足要求。从二 沉池 NO - 3-N 的出水看, 一般不超过 1. 0 mg L, 表明 NO - 3- N 一方面被回流到缺氧段被反硝化消耗 , 另一 方面 ,在好氧段的某些非曝气区域 NO - 3-N 被同步反 硝化 ; 因此 ,二沉池出水的 NO - 3-N 浓度很低。 图 5 反映了 TP 在不同位置的浓度变化。进水的 总磷浓度变化也很大 ,介于 6 ~ 16 mg L 之间 , 初沉后 TP 降低到 7. 9 3. 4 mg L , 平均去除了 23. 5,生物 20 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 图 4 进出水的NH3-N 浓度变化 图 5 不同处理单元的 TP 浓度变化 处理后的出水 TP 浓度 0. 8~ 5. 9 mg L , 平均为 2. 7 1. 8 mg L, 无法满足排放要求 。分析发现 ,当进水的 磷不高于 8. 5 mg L 时, 则出水的 TP 一般不高于 1. 5 mg L ; 当进水的 TP 超过 10 mg L 后,出水的 TP 均 高于2 mg L ; 从季节变化看 每年的 4月 ~ 9 月出水的 TP 浓度均较低; 而其他时间则偏高。从进出水无机 磷的变化看 ,进水的 PO 3- 4- P 浓度为 2. 1 ~ 7. 9 mg L, 生物处理后,二沉池的PO 3- 4-P 降低到1. 5 mg L 以下, 平均为 0. 9 0. 5 mg L 。 3 问题与讨论 3. 1 提高氮磷去除效率的措施 运行结果表明,CODCr、 BOD5和 SS 的去除效果正 常,而 TN、 NH3-N 和 TP 的去除效果较低。分析影响 TN 和 NH3-N 去除效率不佳的原因有 生物处理的 HRT 不足, 仅能满足除磷和NH3- N 部分硝化; 曝气不 均匀且 DO 较低, 硝化细菌在对 DO 的竞争中处于劣 势; 尽管生物处理池的污泥浓度较高, 但是污泥活性 低 VSS SS 平均为 0. 53 ; 进水的有机物负荷率较高, 不利于好氧池生物硝化; 此外, 污泥厌氧消化的上清 液含高浓度的氮和磷, 没有任何处理而回流到进水 井,导致进水TN 增加 。从工艺运行参数看生物除磷 的效率 ,由于生物硝化程度低, 实际上以生物除磷为 主,且 CODCr TP 的比例高于 30,TP 和 PO 3- 4-P 应具有 良好的去除效率 ,但出水的浓度仍然偏高。分析其原 因在于 尽管在生物处理单元污泥过量吸磷 ,但二沉 池剩余污泥排泥不畅, 实际 SRT 高于设计值 ; 剩余污 泥由泵送到初沉池 , 有 21 周的时间初沉池出水的 PO 3- 4-P比进水高 见图 6 ,说明一部分被吸附的磷重 新回到了处理系统; 还有一部分被去除的磷通过污泥 消化上清液回到污水处理系统 , 因而, 通过排泥而去 除的磷数量有限 ,导致出水的 TP 和 PO 3- 4-P 均较高 。 图 6 不同处理单元出水的 PO3- 4 -P 浓度变化 生产上可采取的改善措施有 调整厌氧缺氧段与 好氧段的比例, 适当延长厌氧缺氧段的 HRT ; 提高生 物处理池的污泥浓度 ,如达到 4. 5 g L 左右; 好氧段控 制适当的 DO 并实现同步硝化反硝化 ; 投加悬浮状填 料,增加附着生物量 , 解决硝化细菌和聚磷细菌之间 的泥龄矛盾 ,提高脱氮和除磷效率 [ 4,5] 。 3. 2 二沉池剩余污泥回流到沉砂池或初沉池 该污水厂的剩余污泥被直接泵入沉砂池 ,与初沉 污泥混和、浓缩后直接厌氧消化。剩余污泥在沉砂池 经过数分钟曝气与污水和固体颗粒混和、接触, 在一 定程度上起到了生物絮凝作用, 初沉池的 BOD5的去 除率增加 如本研究接近 40 。当生物处理池只有 除碳或者硝化功能时 ,则剩余污泥在初沉池没有释磷 现象, 它与初沉污泥混和后在泥斗区沉积 ,具有初步 浓缩作用, 有助于直接脱水和进入后续生物稳定处 理; 不过,由于生物污泥进入初沉池导致固体通量增 加,生物污泥的积累时间过长容易形成厌氧环境, 可 能出现飘泥现象, 降低初沉功能 。为此 , 设计时应考 虑初沉池的泥斗和排泥泵做适当的调整 。当污水处 理工艺具有脱氮除磷功能时, 如果投加化学药剂辅助 除磷 ,情况与前者相似 如德国的污水处理厂 ; 如果 没有投加任何辅助除磷的化学药剂 ,二沉池富磷剩余 污泥回到初沉池的变化如下 首先, 初沉池 BOD5被 过多去除对于后续脱氮除磷的碳源造成影响; 其次, 富磷污泥进入曝气沉砂池后如果聚磷菌吸磷未达到 饱和 ,可能继续吸磷 ; 例如该污水厂共有 70 周初沉池 出水 PO 3- 4-P 降 低了 28. 3 , 远 高于常规 初沉池 PO 3- 4-P 的去除率 常为 10~ 11 [ 6] , 由于曝气沉 21 环 境 工 程 2006年 12 月第 24卷第 6 期 砂池增加 DO 的效应很弱,剩余污泥进入初沉池后一 旦出现厌氧环境 ,则必然释磷 ,停留时间越长 ,剩余污 泥释磷越多。如该厂有 21 周出现初沉池出水的 PO 3- 4-P 比进水高。 可见,当污水处理厂以生物脱氮除磷为主运行 时,为保证出水较低浓度的氮 、 磷, 不宜将剩余污泥直 接排入沉砂池和初沉池。 3. 3 污泥厌氧消化上清液的处理 污水厂污泥厌氧消化和污泥脱水上清液富含 PO 3- 4- P 和 NH3- N, 浓度分别高达 125 ~ 229 mg L 和 558~ 1 301 mg L [ 7] ,NH3-N 的总量可占污水厂进水氮 的 15~ 20 [ 8] 。该厂的污泥厌氧消化上清液和污 泥脱水上清液直接排放到进水井, 是导致污水厂进水 TN 和 TP 浓度偏高、影响脱氮除磷效果的重要原因。 而国内的污水处理厂由于 HRT 停留时间短, 且设计 负荷率高 ,污泥上清液的氮和磷对污水处理系统的冲 击影响非常明显 ,将可能使外排水的磷含量大幅增加 而无法达标。目前, 国内越来越多的污水厂具有脱氮 除磷功能 ,污泥消化和脱水上清液的处理因此变得日 益重要。污泥上清液中的磷可采用化学沉淀去除 ,也 可采用共沉淀等方法将 NH3- N 和磷一并去除 , 甚至 可以考虑将其资源化回收利用 [ 9] 。 4 结论 某污水处理厂近 2 年的运行结果表明 , CODCr、 BOD5和 SS 的去除效果良好,有机物的污泥负荷率和 去除负荷率均超过设计值; 但是 NH3- N、 TN 的去除效 率分别仅为 38. 4 20. 5 和 37. 2 13. 2 , 去除 效率偏低不但与 HRT 有关, 还与好氧段 DO 过低、剩 余污泥回流和污泥消化和脱水上清液直接回到污水 处理系统有关。PO 3- 4-P 和 TP 的去除受污泥消化上 清液和剩余污泥回流的影响很大; 当进水 TP 浓度不 超过 8. 5 mg L 时 ,出水浓度可满足排放要求。 二沉池剩余污泥在沉砂池或初沉池具有生物絮 凝作用 ,有利于污泥浓缩和脱水, 如果污水厂仅有除 碳和硝化等功能时, 剩余污泥回到初沉池的对后续生 物处理的影响较弱; 而当污水厂具有脱氮除磷功能 时,剩余污泥不宜直接回流到沉砂池或初沉池 。污泥 消化和脱水上清液有必要单独处理或者除磷后再进 入污水处理系统 ,同时 , 在设计时应考虑这部分氮所 造成的冲击影响 。 不完全具备脱氮除磷处理或脱氮除磷效率不佳 的污水处理厂为提高脱氮除磷效率 ,简单可行的措施 包括提高生物处理池的污泥浓度、 投加悬浮填料提高 硝化能力、调整缺氧厌氧段与好氧段的比例以及适度 调整二沉池泥水混和液的回流比。 参考文献 [ 1] 王涛. 中国城市污水处理工艺现状调查和技术经济指标评价. 给水排水, 2004, 30 5 1 -4. 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The configuration and operation modes of the process provide a good potential for optimizing the operation conditions according to the specific requirements, especially for increasing the stability and reliability of the process. According to the experimental results withmunicipalsewage, the processhas strong and stable capability for phosphorus removal. Under suitable conditions, the removal rate of TP total phosphorus is over 90, and the effluent concentration of TP can be controlled below and 1. 0 mg L. Keywords BICT, phosphorus removal and biological sludge BIOFILMATIONANDTHEDEGRADATIONOFANILINEWASTEWATERBY OCHROBACTRUM ANTHROPI IN A THREE -PHASE FLUIDIZED BED Wu Jinhua Wei Chaohai Li Ping et al 10 Abstract The treatment of aniline wastewater by internal loop three -phase fluidized bed coupled with Ochrobactrum anthropi which was isolated and domesticated from soil and water polluted by aniline was investigated with prepared fibre -granula as carrier. A variety of degradation conditions including dissolved oxygen DO , hydro -retention time HRT and resistant capacity of concentration load shock were studied to provide ination and recommendations for large -scale biological treatment of aniline -containing wastewater. The results showed that microorganism had settled on the surface of granula in 4 days and the reactor had achieved stable state for 30 -day domestication. Moreover, it had successfully eliminated the wastewater containing aniline from a pharmaceutical factory. Keywords aniline wastewater, predominant strain, biodegradation and three -phase fluidized bed TREATMENT OF WASTEWATER FROM WHITE CARD PAPER PRODUCTION WITH INCLINED SCREEN -FLOCCULATION SEDIMENTATION -A O PROCESS Tian Qiping Zheng Ping Fu Delong 13 Abstract The wastewater from white card paper production was treated with inclined screen -flocculation sedimentation-A O process. The resultsshowed that the average removal percentage of CODCrand SS reached 97. 9and99 . 1, respectively. The effluent couldmeet the national standard steadily. When the inclined screen was adopted to reclaim waste fiber in wastewater and the superficial loading rate was set at 5 ~ 12 m3 m2h, the removal percentage of CODCrand SS reached 52. 8 and 53. 7, separately. The benefit from fiber reclamation is equal to 33 yuan per ton of paper, whichis2. 5of the total cost of paper. Recycle of the excessive activated sludge could cut down the chemical dosage, thus saving 25 of total running cost and alleviating secondary pollution. Keywords inclined screen, flocculation sedimentation, A O process and paper -making wastewater A PILOT SCALE EXPERIMENT ON VC -MAKING WASTEWATER TREATMENT BY MEMBRANE BIO-REACTORFeng Pei Zhou Wenbin Tang Guilan et al 16 Abstract It is maily introduced the perance of a wastewater plant of a VC -producing company and the start-up of the VC wastewater treated by the MBR process and the running under different conditions of the system. Through comparing two different process conditions, when the sludge concentration is controlled at 8 0000 mg L, DO controlled at 2mg L and the HRT controlled at 14 hours, the average CODCrremoval rate will be 90. 2 and the NH3-N removal rate will be 89. 95. Keywords VC-making wastewater, starting operation andMBR INVESTIGATION ON THE RUNNING PERANCE OF MUNICIPAL SEWAGE TREATMENT PLANTChen Hongbin Tang Xianchun Dong Bin et al 19 Abstract The objective of this study is to investigate the factors affecting running perances and the measures for improving the running effects of WWTPs. Through two -year running results of one wastewater treatment plant, it is showed that CODCr, BOD5andSS can alwaysmeet the discharge standard the low removal efficiencies of NH3-N and TN are concerned not only with short hydraulic retention time HRT, high organic loading rates, and low DO in aerobic stages, but also with the supernatants of sludge anaerobic digestion recycling directly to inletwellof wastewater treatment facilities; the removing efficiencies of TP and PO3 - 4 -P are influenced by the recycling of biological rich -phosphorus excess sludge and supernatants of sludge anaerobic digestion and dewatering too. The advantages and disadvantages of rich-phosphorus excess sludge recycling to primary sedimentation tanks are discussed;an additional treatment step is necessary for removing TP of supernatants from sludge anaerobic digestion before it flows back to wastewater treatment facilities. Keywords wastewater treatment plant, nitrogen phosphorus, excessive sludge and supernatants of sludge digestion THE DESIGN OF NITROGEN REMOVAL BY SBR PROCESSLi Ying Guo Aijun Li Weiran 23 Abstract Not only can SBR process remove organic pollutants efficiency, but also remove nitrogen well and do not need extra reactor. It is a process which is efficient, economical, easily -controlling and applicable for medium or small water flow. But there wasn t a integrated and accepted design aimed at nitrogen removal in SBR process. It was introduced a new design of nitrogen removal by SBR process, such asthe design 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 6, Dec . , 2006
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