脈沖噴流復合厭氧污泥床技術及應用

郭秀忠，陳益兵，陳文運，曾德仙

（福建省潔維環(huán)?？萍加邢薰?，福州 350003）

脈沖噴流復合厭氧污泥床技術及應用

郭秀忠，陳益兵，陳文運，曾德仙

（福建省潔維環(huán)保科技有限公司，福州 350003）

介紹了脈沖噴流復合厭氧污泥床技術用于低濃度有機廢水處理的實驗室及中試效果，以及在農村生活污水處理項目中的應用，結果表明：以該技術為核心的生活污水生物處理系統(tǒng)，在HRT為6～10h，即有機物容積負荷為0.93～0.52kgCOD/m3·d時，COD去除率可穩(wěn)定達到35%以上，氨氮和總磷去除率可達到17%～25%，具有優(yōu)化處理系統(tǒng)、強化處理效果、降低后續(xù)好氧段能耗及占地面積的特點。

脈沖噴流復合厭氧污泥床技術;農村生活污水;生物處理系統(tǒng)

厭氧生物處理技術作為污水生物處理的重要方法，具有不需要曝氣、節(jié)約能耗、剩余污泥產生量少、不需要管理維護等優(yōu)點。厭氧生物處理技術在生活污水等低濃度有機廢水處理方面的研究較多，但應用較少，而隨著我國對社會主義新農村建設中農村環(huán)境問題的日益重視，農村生活污水的處理在農村環(huán)境整治中就顯得尤為重要，需要研究開發(fā)符合農村特點的低成本、無動力或微動力、免維護或少維護的厭氧污水處理技術。

1 脈沖噴流復合厭氧污泥床技術

1.1 技術原理

將少量待處理污水經污水泵加壓后由厭氧反應器底部布設的穿孔布水管以脈沖噴流方式進入，使接種污泥和正常進入的污水充分混合的同時，并使微生物處于懸浮狀態(tài)，上部加裝Jwell高效生物膜載體并自行接種掛膜，使厭氧反應器在高度上分割為下部懸浮污泥層，上部高效生物膜相結合的復合厭氧反應器，以強化厭氧生物技術處理污水的同時，還可以大量富集厭氧微生物、避免污泥流失。技術原理見圖1。

圖1 脈沖噴流復合厭氧污泥床技術原理圖

1.2 試驗裝置

試驗裝置如圖2所示，其中厭氧段、好氧段和沉淀池有效容積分別為86.4L、75.2L和48L，厭氧段掛膜面積0.7m2，好氧段掛膜面積0.824m2，進水85%經計量泵由反應器底部進入，15%經脈沖系統(tǒng)進入，出水經集水槽進入好氧段，后經沉淀池進行泥水分離后排出。

圖2 試驗裝置示意

1.3 試驗條件

該試驗于2010年7月至11月完成，以一居民住宅小區(qū)化糞池出水為處理對象，研究了整個處理系統(tǒng)和各處理單元在不同水力停留時間下（4～15h）對其中主要污染物（COD、氨氮和總磷）的去除效果以及填料載體的掛膜情況，本次僅討論厭氧段試驗情況。試驗運行歷時120d（其中接種馴化一個月），其中厭氧接種污泥取自祥坂污水處理廠污泥消化池，接種濃度9.42g/L，初始水力停留時間（HRT）15h，沖水量為進水量的15%，試驗用水水質詳見表1。

表1 試驗用水水質

由表1可知，在試驗歷時的120d中，該小區(qū)化糞池出水COD濃度變化不大，且在生活污水正常范圍內，而氨氮和總磷濃度變化較大，且較生活污水濃度偏高。

1.4 試驗效果分析

在充分馴化的情況下，脈沖噴流復合厭氧反應器于不同HRT條件下對COD的去除效果見圖3?？梢钥闯?，隨著HRT由4h逐漸延長至15h，COD去除率由9.4%提高至47.2%，總體呈上升趨勢。與其它厭氧生物處理技術（包括厭氧折板反應器、UASB）用于生活污水的研究結果相比，脈沖噴流復合厭氧反應器對COD的去除率并不高，這是由于化糞池出水氨氮和總磷濃度均較生活污水濃度高很多，且通常還認為高濃度氨氮對微生物有抑制作用，進而影響到其對有機物的降解。

當HRT在6～10h之間變化時，COD去除率在34.3%～38.4%之間微小波動，說明雖然HRT為15h時COD去除率最高，達47.2%，但從池容、占地面積以及投資費用的角度考慮，最佳HRT應為6～10h，此時相應的容積負荷為0.93～0.52kgCOD/m3·d。

圖3 COD去除率隨HRT的變化情況

在充分馴化后試驗歷時的90d中，脈沖噴流復合厭氧反應器對氨氮和總磷的去除率分別為15.0%～19.4%和17.1%～17.4%，去除率較低，說明該技術對氨氮和總磷的去除能力有限，主要靠微生物自身生長繁殖的同化作用發(fā)揮效果。

1.5 掛膜情況分析

試驗運行期間脈沖噴流復合厭氧反應器下部懸浮污泥層污泥濃度以及上部生物膜載體的掛膜量詳見表2?？梢钥闯?，隨著試驗運行時間的延長，底部懸浮層污泥濃度由接種時的9.42g/L急劇降至馴化結束時的1.04g/L，后又繼續(xù)緩慢下降至試驗結束時的0.30g/L，相應的上部載體掛膜量則隨著試驗運行時間的延長逐漸增加，說明：1）試驗前期懸浮層污泥的減少一方面由于載體的生物膜接種，另一方面由于負荷較低而進行了內源分解；試驗后期懸浮污泥濃度穩(wěn)定在較低水平且略有提高，說明微生物增長、分解和生物載體接種已達到動態(tài)平衡并因負荷的增加而略有提高。2）脈沖噴流復合厭氧反應器用于低濃度的生活污水處理時，發(fā)揮主要凈化作用的是上部的載體生物膜，而非下部的懸浮污泥絮體。

表2 懸浮污泥層污泥濃度及生物膜載體掛膜量

2 中試情況及效果分析

2.1 中試情況及流程

該技術中試地點位于三明市某中心鄉(xiāng)，生活污水處理量400m3/d，重點以脈沖噴流復合厭氧技術對該鄉(xiāng)原有生活污水處理系統(tǒng)的厭氧池進行改造優(yōu)化，其它處理單元基本保持不變，脈沖噴流復合厭氧段水力停留時間8h，脈沖水量為進水量的15%，以Jwell高效生物膜替換其好氧池原有填料，氣水比8:1，水力停留時間4h，改造后的處理流程示意如圖4。

圖4 中試處理流程示意圖

2.2 項目改造前工程及運行情況

改造前的厭氧池為未加填料、未經工程布水的簡單池型，好氧池加裝Biofilm填料（日本），有效容積分別為90.7m3和100.4m3，相應水力停留時間分別為5.4h和6h，好氧池氣水比15:1。人工濕地占地面積736m2。系統(tǒng)出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準，實際出水氨氮和總磷超標，改造前對進水及厭氧出水水質監(jiān)測的具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 改造前系統(tǒng)處理效果數(shù)據(jù)

2.3 中試效果分析

改造后的處理系統(tǒng)經馴化調試后，于2011年5月初至2011年7月共監(jiān)測水質3次，中試處理效果主要指標見表4。

表4 中試試驗效果數(shù)據(jù)

對比表3和表4可以看出，經改造后厭氧池對各類污染物的去除效果均有不同程度的提高，其中COD的去除率由改造前的20.5%提高至改造后的43.7%，說明去除有機污染物任務由好氧段部分向厭氧段轉移，大為減輕了后續(xù)好氧段的處理負擔；氨氮和總磷的去除率不但較改造前有所提高，而且較實驗室小試結果也有所提高，這是基于脈沖噴流復合厭氧污泥床技術下部處于攪拌混合的動態(tài)狀態(tài)，上部掛膜區(qū)處于相對靜止狀態(tài)的特點，當處理構筑物放大、處理水量增大時，上部會滋生藻類并發(fā)揮了其對氮磷的吸收作用。

與改造前比較，系統(tǒng)在采用脈沖噴流復合厭氧污泥床處理技術后，在好氧池氣水比由原來的15 : 1降至8 : 1，水力停留時間由6h降至4h的條件下，系統(tǒng)處理出水優(yōu)于改造前并實現(xiàn)達標排放，且去除污染物的主要作用由原系統(tǒng)的好氧池部分轉至改造后的脈沖噴流復合厭氧池。說明以脈沖噴流復合厭氧污泥床技術替代生活污水處理系統(tǒng)中的普通厭氧池或調節(jié)初沉池，可起到優(yōu)化處理系統(tǒng)、強化處理效果、降低后續(xù)好氧段能耗及占地面積的作用。

3 工程項目實施效果及效益分析

3.1 處理效果分析

脈沖噴流復合厭氧污泥床處理技術于2011年上半年在某鎮(zhèn)區(qū)生活污水處理項目中應用，該項目設計污水處理量為800m3/d，設計進水水質按常規(guī)生活污水，即COD為250mg/L、SS為150mg/L、NH3-N為20mg/L、總磷為5mg/L，脈沖噴流復合厭氧池水力停留時間8h，水量比例15%，微曝氣接觸氧化池水力停留時間4h、氣水比8 : 1。處理工藝流程如圖5所示，其中氧化塘為項目區(qū)原有設施。處理效果見表5。

圖5 技術實施項目處理工藝流程圖

表5 項目實施處理效果數(shù)據(jù)

由表5可以看出，項目系統(tǒng)出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，厭氧段出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》二級標準，這除了厭氧段本身的處理能力外，也與農村生活污水進水污染物濃度較低有關，且擔負了減輕后續(xù)工藝有機物處理負擔的作用，與中試研究結果基本一致。

3.2 經濟效益分析

經工程總結分析，由于脈沖噴流復合厭氧池擔負了去除部分有機物及部分營養(yǎng)污染物的重任，使得其后的微曝氣接觸氧化池較傳統(tǒng)好氧池曝氣量節(jié)約46.7%，占地面積減少1/3～1/2，若出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級B標準，則可使三級生化處理系統(tǒng)優(yōu)化為二級生化處理系統(tǒng)，使系統(tǒng)占地面積進一步大幅減少，進而節(jié)約投資費用在30%以上，節(jié)約運行費用在40%以上。

4 結論

以脈沖噴流復合厭氧污泥床技術為核心預處理手段的廢水生物處理系統(tǒng)，用于低濃度可生化廢水處理時（COD＜250mg/L、氨氮＜30mg/L、總磷濃度＜5mg/L的城鎮(zhèn)及農村生活污水等）：

（1）在HRT為6～10h，即有機物容積負荷為0.93～0.52kgCOD/m3·d時，COD去除率可穩(wěn)定達到35%以上，氨氮和總磷去除率可達到17%～25%。

（2）采用該技術后去除有機污染物任務由好氧段部分向厭氧段轉移，大為減輕了后續(xù)好氧段的處理負擔。

（3）可起到優(yōu)化處理系統(tǒng)、強化處理效果、降低后續(xù)好氧段能耗及占地面積的作用，節(jié)約曝氣量46.7%、減少占地面積1/3～1/2，節(jié)約投資費用30%以上，節(jié)約運行費用40%以上

（4）采用脈沖噴流復合厭氧污泥床+好氧接觸氧化二級生化處理可使出水穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級B標準。

（5）采用脈沖噴流復合厭氧污泥床+好氧接觸氧化+人工濕地（氧化塘）三級生化處理可使出水穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）一級A標準。

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Technology and Application of Sludge Bed with Pulse, Cascade, Composite Anaerobe

GUO Xiu-zhong, CHEN Yi-bing, CHEN Wen-yun, ZENG De-xian

(Fujian Jwell Environmental Protection Technology Co., Ltd, Fuzhou 350003, China)

The paper introduces the technology of sludge bed with pulse, cascade, composite anaerobe, which is used for the laboratory of the organic wastewater treatment with low concentration and the effect of reclaimed water, and introduces the application in the project of rural domestic sewage water treatment. The result shows that by taking the technology as the bio-treatment system of domestic sewage water, the removal rate of COD can reach at over 35%, the removal rate of ammonianitrogen and total phosphor can reach at 17%～25% when HRT is 6～10h, i.e. load of organic matter cubage is 0.52kgCOD/m3?d. It bears the characteristics in optimizing treatment system, intensifying treatment result, reducing energy consumption and land area.

technology of sludge bed with pulse, cascade, composite anaerobe; rural domestic sewage water; bio -treatment system

X703

A

1006-5377（2012）07-0038-04