水解池取代初沉池用于污泥减量和改善出水水质实验研究.pdf

水解池取代初沉池用于污泥减量和 改善出水水质实验研究 * 梁康强1宋英豪2熊娅1林秀军1孙长虹1朱民1孙宇3 1. 北京市环境保护科学研究院， 北京 100037; 2. 北京化工大学工程技术研究院， 北京 100029; 3. 中国环境科学研究院， 北京 100012 摘要 利用水解池取代初沉池， 实现初沉池功能的同时达到污泥减量并改善出水水质， 以满足后续脱氮除磷对碳源的 要求。实验结果表明 在进水水质不稳定的情况下， 水解池对 SS 平均去除率为 81. 8， 高于初沉池 60. 8 的平均去 除率， 水解池可以更加有效地截留 SS。水解池实现高 SS 去除率的同时， 能够实现污泥减量， 水解池的污泥水解率为 50. 60。在实验规模条件下， 与初沉池相比， 污泥减量 92. 31 kg/d，并且水解池出水 VFA 浓度较初沉池出水提高 30. 89 mg/L， SCOD/COD 比值提高 19. 9， 水解池可提高出水水质。 关键词 水解池; 初沉池; 污泥减量; 可生化性 DOI 10. 7617/j. issn. 1000 －8942. 2013. 04. 003 EXPERIMENTAL STUDY ON REPLACING THE PRIMARY SEDIMENTATION TANK WITH HYDROLYSIS TANK FOR SLUDGE REDUCTION AND EFFLUENT QUALITY IMPROVEMENT Liang Kangqiang1Song Yinghao2Xiong Ya1Lin Xiujun1Sun Changhong1Zhu Min1Sun Yu3 1. Beijing Municipal Research Institute of Environmental Protection，Beijing 100037，China; 2. High Technology Research Institute of Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China; 3. Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China AbstractThe replacement of primary sedimentation tank with the hydrolysis tank was used not only to realize the function of the primary sedimentation tank， but also to reduce sludge and improve effluent quality， so as to meet the requirements of carbon source of the follow- up nitrogen and phosphorus removal． Experimental results show that，in the case of the influent water quality unstable，hydrolysis tank’ s average removal of SS is 81. 8 which is higher than the primary sedimentation tank’ s average removal of SS as shown as 60. 8． The hydrolysis tank is proved more effective in retaining SS． Meanwhile，the hydrolysis tank is able to achieve sludge reduction and the hydrolytic rate of sludge is up to 50. 60． Under the condition of pilot scale，the hydrolysis tank can reduce sludge by 92. 31 kg/d comparing with the primary sedimentation tank． Simultaneously，quality of efflueut can be improved by the hydrolysis tank，as VFA has been increased by 30. 89 mg/L by the hydrolysis tank comparing with the primary sedimentation tank，as well as SCOD/COD ratio has been increased by 19. 9． Keywordshydrolysis tank;primary sedimentation tank; sludge reduction;biodegradability * 国家高技术研究发展计划 863 项目 2009AA063802 ; 国家水体污 染控制与治理科技重大专项 2012ZX07203 。 0引言 国内 20 世纪末期兴建的污水处理厂大部分均建 有初次沉淀池以削减后续工艺负荷［1- 2 ］， 以减少好氧 段的曝气强度， 实现节能。随着太湖等流域环保压力 的增大， 国家污水排放标准日益严格， 建有初次沉淀 池的污水处理厂通常不能满足脱氮除磷的要求， 因此 取消初次沉淀池成为一种趋势， 但是初沉池的取消增 加了好氧段的能耗 ［3 ］。同时与发达国家相比， 我国 城镇污水具有进水碳氮比 BOD5/TN 显著偏低的特 点， 并由此导致污水在后续的脱氮除磷过程中缺少足 够的碳源 ［4- 5 ］。据统计， 我国城镇污水进水 BOD 5/TN ＜3. 0 的污水处理厂所占比例高达 40， 这些污水处 9 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 理厂总氮去除率较低， 通常在 50 ～80， 出水总氮 很难稳定达标 ［6- 9 ］。 本文以太湖流域某大型污水处理厂的进水为研 究对象， 对已有的水解池构造进行改进， 设计成上下 两层均匀布水器、 无搅拌的强化污泥水解池， 考查水 解池取代初沉池用于污泥减量和改善出水水质的效 果， 为反应器的实际应用和推广提供技术支持。 1实验部分 1. 1实验原理及装置 水解池利用水解和产酸微生物， 将污水中的固 体、 大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物 降解的小分子有机物， 使得污水在后续的好氧单元以 较少的能耗和较短的停留时间下得到处理［10 ］。同 时， 悬浮物在水解池中实现重力沉降， 实现污水的固 液分离， 沉积在反应器底部污泥中的有机物在无氧条 件下利用水解等微生物将污泥分解， 以实现污泥减量 并为后续工艺提供小分子碳源［11 ］． 水解池如图 1 所示， 反应器体积为 26. 95 m3 ， 分 别在底部 0， 2. 5 m 处设有进水管， 两者之间以支管连 接， 进水管上设有 5 根支管， 对称地平均分布在给水 管所在的平面上， 通过阀门控制支管的开启、 闭合。 从反应器的底部到 5. 5 m 高处每隔 0. 5 m 设一个取 样口， 取样口螺旋上升。污水处理厂的原水经过沉砂 池后直接进入本反应器， 两层布水器之间形成污泥 层， 以促进污泥水解和改善废水生化性。 图 1水解池装置示意 Fig．1Schematic of the hydrolysis reactor 1. 2实验方法 实验装置启动初期从无锡市芦村污水处理厂的 三期生物池的缺氧段抽取混合液排入反应器内， 之后 直接开始进水。进水为太湖流域某大型污水处理厂 三期沉砂池出水， 采用连续进水方式， 流量为 5 m3/h， 第1 层布水器和第2 层布水器各进水2. 5 m3/h， 出水 口高 5 m， 控制污泥高度 4 m， 采用溢流出水。运行 10 d 后， 出水水质与污泥性状基本稳定， 并以上述工 况运行 270 d。 1. 3检测与分析方法 每 3 d 取样进行检测，溶解性 COD SCOD 、 挥 发性脂肪酸 VFA 是经过 0. 45 μm 微孔滤膜过滤后 取滤液检测， 其他指标检测均采用国标。进水采用无 锡市某污水处理厂三期沉砂池出水， 污水水质及检测 方法如表 1 所示。 表 1进水水质及检测方法 Table 1Water quality of influent for experiment and s of determination of indicators 项目进水均值/ mg L －1 检测方法 COD260. 80重铬酸钾法 SCOD89重铬酸钾法 VFA84. 50NaOH 滴定法 SS224重量法 2结果与讨论 水解池取代初沉池的优点主要有两个方面 1 利用水解池实现初沉池的功能， 即去除悬浮物和 有机物， 以降低后续工艺能耗; 2 利用水解池的结构 和微生物， 将截留的污泥水解成小分子物质， 实现污 泥减量， 同时将废水中的大分子物质降解成后续工艺 可直接利用的小分子物质， 提高出水可生化性， 主要 体现在污泥水解率和可生化性的提高。 2. 1水解池和初沉池对悬浮物去除效果 水解池通过两层布水器的设置， 形成污泥水解层 和污水水解层， 第 1 层布水器废水中的悬浮物被污泥 层截留， 第 2 层布水器废水中的悬浮物在重力的作用 下沉降至污泥水解区。图 2 是水解池对悬浮物去除 效果及其与厂里初沉池比较结果示意图。 图 2水解池和厂里初沉池对 SS 截留效果 Fig．2Retention effect of SS of the hydrolysis tank and primary sedimentation tank 01 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 如图 2 所示 进水 SS 不稳定， 变化较大， 平均值 为 274. 31 mg/L， 厂里初沉池出水 ρ SS 平均值为 108. 11 mg/L， 平均去除率为 60. 8。水解池出水 ρ SS 平均值为 49. 69 mg/L， 平均去除率为 81. 8， 远远高于初沉池对悬浮物的去除率。这主要是水解 池与初沉池相比较有一个污泥层， 污水从底部上升的 过程中有污泥层对其进行截留和捕获， 同时通过两层 布水器的布置， 使得两层布水器之间的污泥层中上升 流速较低， 悬浮物沉积下来后不易被水流带走。通过 对悬浮物的有效去除， 可以减少好氧段的曝气量， 从 而实现污水处理节能降耗。 2. 2水解池和初沉池污泥减量效果 水解池不仅可以实现悬浮物的高效去除， 还能利 用自身构造和水解酸化菌等微生物作用对污泥进行 降解 ［12 ］， 以实现污泥减量。通过污泥水解率指标对 水解池污泥减量效果进行衡量。 在实验开始前对水解池内各个高度的污泥浓度 进行测定， 并利用积分对水解池内的污泥总量进行计 算， 并在 15 d 内， 每隔 4 h 对进出水悬浮物浓度进行 测量， 对每天排泥量进行体积计量和浓度计量， 实验 结束后利用同样方法对水解池内的污泥总量进行计 量， 计算公式如下 总输入污泥量 ∑Qiρ SSii∑QsiXri 进水悬 浮物量 二沉池剩 余污泥量 1 总输出污泥量 ∑Qiρ SSsi∑QwiXsi 出水悬 浮物量 水解池排 出污泥量 2 积累SS 实验后反应器内污泥量 － 实验前反应 器内污泥量 3 系统去除总悬浮物 ∑Qi ρ SSii－ρ SSsi 4 式中Qi 第 i 天污水流量， m3; Qsi 二沉池第 i 天排泥量， m3; Qwi 水解池第 i 天排泥量， m3; ρ SSii 、 ρ SSsi 第 i 天进、 出水悬浮物含 量， kg/m3; Xri 第 i 天回流污泥浓度， kg/m3; Xsi 第 i 天水解池排泥浓度， kg/m3。 实验过程中实测数据如表 2 所示。 水解率按式 5 计算。 污泥水解率 1 － 积累 SS 排出 SS 去除 SS 100 50. 60 5 表 2实验中反应器内污泥量变化情况 Table 2The change in amount of sludge in the reactor during the experimentkg 项目进水出水排泥量 实验前反应器 内污泥量 实验后反应器 内污泥量 悬浮物493. 7689. 44174. 333925. 383950. 79 实验结果表明 在微生物作用下水解去除 SS 为 50. 60。若初沉池悬浮物去除率为60， 污泥水解率 为10［ 1 ］， 则水解池与初沉池相比， 在实验规模条件 下相当于排泥量减少 92. 31 kg/d。因此， 水解池具有 出水水质好、 后续好氧段用气量少的特点， 可节约一定 的基建投资和电耗; 同时可以达到污水、 污泥一次处理 的目的， 具有工艺简单、 占地少和投资省的特点。 2. 3水解池和初沉池出水可生化性提高效果 一般经初沉池后出水溶解性 COD、 BOD5的比例变 化较小。众所周知， 微生物对有机物的摄取只有溶解 性的小分子物质才可直接进入细胞体内， 而不溶性大 分子物质首先要通过细胞外酶的分解才可直接进入微 生物体内的代谢过程。经水解处理， 有机物在微生物 代谢途径上减少了一个重要环节， 无疑将加速有机物 的降解。这表明水解池相对于曝气池起到了预处理的 作用， 使得经水解处理后出水变得更易于被好氧菌降 解。图3 出水中 VFA 浓度和 SCOD/COD 比值作为指 标， 衡量水解池对出水可生化性提高的效果。 如图 3 所示 原水 VFA 浓度和 SCOD/COD 比值 分别为72. 48 mg/L 和30. 7， 水解池出水 VFA 浓度 和 SCOD/COD 比值分别为 116. 21 mg/L 和 71. 25， 而初沉池出水 VFA 浓度和 SCOD/COD 比值分别为 85. 32 mg/L 和 51. 26。从而表明 经水解池处理 后， 废水的可生化性显著提高， 为后续的生物系统提 供优质的碳源， 为提高脱氮除磷效率创造了条件。 3结论 1在进水水质不稳定的情况下， 水解池对 SS 的平 均去除率为 81.8， 高于初沉池 60.8的平均去除率， 水解池可以更加有效地截留 SS， 以减少后续好氧能耗。 2水解池实现高 SS 去除率的同时， 能够实现污 泥减量， 水解池的污泥水解率为 50. 60， 在实验规 模条件下， 与初沉池相比， 污泥可减量 92. 31 kg/d。 3水解池较初沉池更能提高出水可生化性。与 11 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期 图 3水解池和初沉池对出水可生化性提高效果 Fig. 3Improving effect of biodegradability of the hydrolysis tank and primary sedimentation tank 初沉池相比， VFA 浓度提高 30. 89 mg/L， SCOD/COD 比值提高 19. 9， 出水生化性的提高有利于后续脱 氮除磷系统的运行。 参考文献 ［1］王佳伟， 李伟， 曹祥博， 等． 利用活性初沉池改善进水水质与强 化生物脱氮研究［J］ ． 中国给水排水， 2010， 26 23 1- 5. ［2］Smith B R． Re- thinking wastewater landscapes Combining innovative strategies to address tomorrows urbanwastewater treatment challenges ［ J］ ． Water Sci Technol， 2009， 60 6 1465- 1473. ［3］BouzasA， Ribes J， Ferrer J， et al． Fermentation and elutriation of primary sludgeEffect of SRT on process perance［J］ ． WaterRes， 2007， 47 11 2325- 2332. ［4］李圭白， 张杰． 水质工程［M］． 4 版． 北京 中国建筑工业出版 社， 2005. ［5］陈中颖， 刘爱萍， 刘永， 等， 我国城镇综合污水的可生化性调查 与分析［ J］． 中国给水排水， 2009， 35 S1 248- 251. ［6］王琨， 汤利华， 汪强林， 等． 污水可生化性对污水处理效果影响 的分析［ J］ ． 工业用水与废水， 2012， 43 1 16- 18. ［7］徐美倩． 废水可生化性评价技术探讨［J］ ． 工业水处理， 2008， 28 5 17- 20. ［8］张自杰． 排水工程下册［M］ ．4 版． 北京 中国建筑工业出版社， 2007. ［9］张杰， 李小明， 杨麒， 等． 反硝化除磷技术及其实现新途径［J］． 工业用水与废水， 2007， 38 3 1- 4. ［ 10］王凯军， 贾立敏． 城市污水生物处理新技术开发与应用［ M］． 北 京 化学工业出版社， 2001. ［ 11］梁康强， 熊娅， 戚茂荣， 等． 进水比例对水解反应器出水水质的 影响研究［ J］． 环境科学， 2012， 33 11 3068- 3072. ［ 12］梁康强， 周军， 熊娅， 等． 硝化液回流比对水解- A/O 工艺脱氮效果 的影响 ［ J］ ．华中科技大学学报． 自然科学版， 2012， 40 12 1- 4. 作者通信处林秀军100037北京市西城区北营房中街 59 号 1205 房间 E- mailcolinxj008163． com 2012 －11 －29 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 8 页 图 4测点积泥厚度 Fig. 4Thickness of accumulation of sludge at the monitoring points 参考文献 ［1］刘祖文， 宋存义． 我国节能型氧化沟处理工艺研究思路［J］． 环 境工程， 2005， 23 2 85- 88. ［2］李柏林， 张智， 刘少武， 等． A/A/O 氧化沟流态特性研究及积 泥分析［ J］． 土木建筑与环境工程， 2011， 33 1 118- 123. ［3］原建光． 氧化沟工艺缺陷的改造实例［J］ ． 水处理技术， 2009， 35 2 109- 110. ［4］魏玮， 魏建文， 王敦球， 等． 氧化沟的曝气推流［J］． 水科学与 工程技术， 2011 2 26- 29. ［5］邓荣森， 张贤斌， 潘江俊， 等． 一体化氧化沟混合液循环流动情 况试验研究［ J］ ． 给水排水， 1998， 24 2 12- 18. ［6］罗麟， 李伟民， 邓荣森， 等． 一体化氧化沟的三维流场模拟与分 析［ J］ ． 中国给水排水， 2003， 19 20 15- 18. ［7］赵星明， 王萱， 黄廷林． 减少氧化沟弯道沉泥的模拟与研究 ［J］． 环境工程， 2007， 25 6 37- 39. ［8］陈志澜， 杨人卫． 新型波纹导板流墙水利特性的数值模拟［J］． 环境工程， 2010， 28 2 36- 38. ［9］赵星明． 氧化沟的水力计算 ［ J］ ．环境工程， 2000， 18 2 14- 17. ［ 10］魏玮， 魏建文， 王敦球， 等． 氧化沟的曝气底推［ J］． 水科学与工 程技术， 2011 2 26- 29． 作者通信处张耀宗063000河北唐山路南区胜利桥东南东郊污 水处理厂院内 E- mailzyaozong163． com 2013 －01 －08 收稿 21 环境工程 2013 年 8 月第 31 卷第 4 期