剩余污泥作為低碳氮比生活污水補充碳源的脫氮試驗研究.pdf

1、我國城市污水普遍存在的碳氮比偏低的問題逐漸成為城市污水處理達標的瓶頸；同時，作為目前生活污水處理中運用最普及的活性污泥技術，其產(chǎn)生的大量剩余污泥的處理與處置費用在污水廠運行成本中所占的比例也越來越大。本課題針對低碳氮比生活污水脫氮以及剩余污泥處理的問題，分別從工藝和碳源兩方面入手進行研究。在工藝方面，為提高低碳氮比污水中易生物降解有機物的含量，并對現(xiàn)有污水處理廠進行工藝優(yōu)化，設計了水解酸化/缺氧懸浮填料移動床/好氧組合工藝(簡稱H/AM

2、BBR/O工藝)，進行實驗室中試研究，并探索該工藝應用于城市污水高效脫氮和污泥減量的可行性。在碳源方面，通過對A/O工藝的二沉池剩余污泥進行堿解發(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際運行的A/O系統(tǒng)中，考察上清液碳源的反硝化速率及其回用對A/O系統(tǒng)的影響。最后，分別從處理效能和投資運行費用(預估)方面綜合比較了H/AMBBR/O工藝和上清液回用的

3、A/O工藝的最佳運行工況。試驗研究的主要結(jié)論如下：
　　 ①H/AMBBR/O工藝的試驗結(jié)果
　　 首先，在10.9～13℃，通過反硝化預試驗對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COD、氨氮、硝酸鹽和TN的去除率分別達到74.37％、10.48％、60.86％和21.42％，遠高于純?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組合工藝的啟動方式。采取接種污泥、單池分別啟動的方式對水解酸化池、AMBBR和好氧池同時進行培養(yǎng)馴化。其中水解酸化池采用連續(xù)進出水、逐漸增大負荷的方式，在15d內(nèi)啟動成功；AMBBR采用好氧曝氣掛膜、缺氧轉(zhuǎn)換的方式，歷時20d，掛膜成功。組合工藝啟動后，處理效果在兩周時間內(nèi)達到穩(wěn)定。
　　 再次，通過單因素對比試驗，

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間以2.5h為宜，過長的停留時間會消耗更多的碳源；2)AMBBR水力停留時間越長，反硝化反應進行得越充分，試驗最佳停留時間為3h；3)硝化液回流比越大對反硝化越有利，但是動力消耗也大，試驗選取合適的硝化液回流比為300％；4)當平均水溫高于18.0℃時，硝化和反硝化過程不受抑制，工藝處理效果較理想，當水溫低于18.0℃時，硝化反應不完全，工藝處理效果明顯變差，尤其

6、是TN出水濃度遠不能達到試驗預期目標，建議經(jīng)濟條件較好的污水處理廠可以考慮在好氧池投加填料，增強低溫下的硝化效果。因此，在進水流量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間為2.5h，AMBBR水力停留時間為3h，硝化液回流比300％，平均水溫高于20.0℃，此時，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到90.35％、98

7、.24％和71.92％，對應出水濃度分別為22.6mg/L、0.89mg/L和16.35mg/L。
　　 最后，對比分析了水解酸化池分別作為純污水和污泥污水同時預處理反應器的效能，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，也可以同時實現(xiàn)污泥的資源化和減量化，污泥減量率可達到56％以上。
　　 ②剩余污泥堿解上清液的回用到A/O工藝的試驗結(jié)果
　　 首先，通過試驗研究了

8、剩余污泥堿解發(fā)酵的較優(yōu)條件以及堿解對污泥的減量作用。確定了堿解pH值、以及攪拌條件，并在此基礎上，通過靜態(tài)連續(xù)試驗的指標分析、反硝化速率對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，計算得出剩余污泥在堿解過程中的污泥減量率達到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力學，進行綜合比較，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比值進行批式試驗，考察硝酸鹽的反硝化情況，選擇出試驗硝酸鹽濃度下的較優(yōu)比值，并應用于實際生活污水中，與純生活污水脫氮對照，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，且比值越高，出現(xiàn)亞硝酸鹽峰值越大，時間越滯后，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反硝化量分別達到47.02和33.95mg/L，為單純生活污水反硝化量的2～3倍。試驗進一步根據(jù)不同反應時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比值以及反應過程中pH值的變化粗略判斷出上清液的回用量，對生產(chǎn)實踐具有一定的指導意義。
　　 最后，根據(jù)上清液回用量的確定方法進行了實際A/O工藝的回用試驗研究。分別于冬季和春季不同溫度條件下進行了兩次上清液的回用試驗。冬季試驗，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，上清液的回用量為85ml/min左右，與理論回用量相當。分別對兩次上清液回用前后系統(tǒng)對COD、氨氮和TN的去除效能，以及上清液回用過程中引入的氮磷對系統(tǒng)脫氮除磷的影響進行了分析。結(jié)果表明：1)冬季試驗情況下，實際TN去除量接近42mg/L，遠高于理論計算值28mg/L；2)春季試驗結(jié)情況下，基于階段比反硝化速率計算的理論TN去除量為50.4mg/L，和實

12、際的55mg/L較為接近，TN的平均出水濃度滿足GB18918-2002的一級A標準；3)兩次回用過程中引入系統(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，認為該比例對系統(tǒng)脫氮的影響不明顯，可忽略；上清液回用過程中引入總磷占原污水總磷的20.86％和79.60％，對應的出水TP濃度分別為2.84和3.52mg/L，由于系統(tǒng)沒有設置專門的除磷裝置，磷在系統(tǒng)中的循環(huán)可能會造成累積，因此，長時間的回用可考慮在上清液

13、中投加鹽類形成磷沉淀后進行回收。
　　 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)工況對比分析
　　 兩工藝最佳工況的污染物去除效能對比結(jié)果表明：1)兩工藝對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A排放標準；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A排放標準，而H/AMBBR/O工藝出水TN僅

14、能滿足GB18918-2002的一級B排放標準；3)上清液回用的A/O工藝反硝化能力以及靈活性更強，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，運行管理更簡便。
　　 兩工藝運行費用預測結(jié)果表明，費用差別產(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(長達數(shù)十年之久)，且為一次性投資材料，而酸堿試劑為日常運行材料，其消耗費用約為懸浮填料的7倍。因此，實際應用時還需