UCT工藝處理生活污水

發表時間：2021-01-14 15:18:00 閱讀次

生活污水中的C/N—般能滿足正常的脫氮除磷的需求，但有些生活污水中的C濃度較低，而N濃度偏高，這主要是由于人民生活水平的提高和生活習慣的改變，使生活污水中的成分和比例改變活性污泥法處理高NH₄⁺-N廢水有很大困難，主要是因為高濃度的NH₄⁺-N對微生物有一定的抑制作用，影響硝化細菌的活性，使硝化過程不能正常進行。

　　目前，國內主要針對A2/O工藝進行研究UCT工藝作為一種新型脫氮除磷工藝，對其關注較少。本實驗主要研究了UCT工藝污泥接種后的啟動運行和穩定運行階段對COD、NH₄⁺-N和TP的去除情況，從而考察該工藝對高氨氮污水的處理效果。

　　一、實驗部分

　　1.1 材料與儀器

　　生活污水，取于某大學家屬區，水質見表1，屬于典型低C/N值的城市生活污水；接種污泥，取自北京市某污水處理廠污泥濃縮池，MLSS約為10g/L。

　　JMP-5000變頻潛水泵；CM-05多參數水質測定儀；TU-1810分光光度計；Mu/Li3620IDS水質多參數測定儀；MilwaukeepH56筆式酸度計。

　　1.2 實驗方法

　　工藝流程示意見圖1。

　　實驗裝置主體由PE材料制成，裝置為圓形結構，直徑為180cm，設計處理水量為5m3/d，水力停留時間(HTR)24h，厭氧區、缺氧區、好氧區HRT為1：2：5，好氧區采用微孔曝氣的方式。在厭氧區和缺氧區內均設置豎向插板，污水在厭氧區和缺氧區呈推流狀態，大大增加了污泥的碰撞幾率，有利于提高污泥濃度(MLSS)，提高處理效果。

　　系統的曝氣采用空氣泵，其出口流量為250L/min，流量采用LZB玻璃轉子流量計計量，曝氣轉子流量計量程為8m3/h，氣提轉子流量計量程為4m3/h。調節罐內放置了兩臺JMP-5000變頻潛水泵，最大流量為5000L/h，最大揚程為6m，潛水泵一用一備。污泥回流、硝化液回流和缺氧混合液回流均采用氣提技術，通過控制氣量控制回流量，每個回流量所對應的氣量均由相應的玻璃轉子流量計控制。

　　實驗啟動時生活污水的水溫為(24±3)℃，接種污泥的體積為3m3。污泥接種后悶爆Ah后，2m3的生活污水填滿系統，由于污泥濃度大，活性好，因此采用連續培養的方式進行污泥培養與馴化，以縮短污泥培養的時間。

　　系統的啟動與運行參數如下:在啟動階段，進水量為0.21m3/h，曝氣量為8m3/h；硝化液回流比為100%，污泥回流比為100%，缺氧混合液回流比為100%；在運行階段，硝化液回流比為200%，通過調整曝氣量控制好氧區溶解氧濃度為1?2mg/L，SV值為30%?40%。

　　1.3 分析方法

　　水質指標主要采用水和廢水監測分析方法中的標準方法進行測定。COD采用多參數水質測定儀測定，NH₄⁺-N采用納氏試劑分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法，MLSS采用重量法。

　　二、結果與討論

　　2.1 UCT工藝的啟動

　　2-1-1 COD去除率

　　由圖2可知，在啟動階段，系統對COD的去除效果良好。第1?3d，出水COD平均濃度為55mg/L，對COD的平均去除率達到80%以上，這與接種污泥的數量與濃度有很大關系，使系統剛啟動，就具有了高效的COD去除性能。在3?11d，出水COD平均濃度為41mg/L，達到GB18918-2002出水一級A標準。隨著污泥繼續培養，COD的去除效果進一步提升，出水COD的濃度逐漸降低，從第11d開始，去除率緩慢上升，最高達96.41%，平均出水濃度為16mg/L，同時，好氧區的菌膠團密實，出現了大量輪蟲，說明出水水質良好。當COD去除率高于80%，啟動馴化階段結束，開始進入下一階段研究。

　　2.1.2 NH₄⁺-N去除率

　　啟動期間NH₄⁺-N濃度的變化見圖3

　　由圖3可知，在1~9d，進水NH₄⁺-N平均濃度為85.1mg/L，出水NH₄⁺-N平均濃度為25.5mg/L，平均去除率為70.04%，這可能與進水NH₄⁺-N濃度高有關，高氨氮污水對硝化細菌的活性有影響，硝化速度慢，無法在限定的水力停留時間內完成大量NH₄⁺-N的轉化。再者，系統啟動培養時間短，而硝化細菌的污泥齡較長，接種污泥中硝化細菌數量少且對高氨氮污水要有適應生長期。在9~19d，NH₄⁺-N的去除效率顯著提升，平均去除率為96.03%，最高去除率達到99.73%，出水NH₄⁺-N濃度顯著降低，出水NH₄⁺-N最低濃度為0.25mg/L，在最高去除率情況下，出水NH₄⁺-N實現零排放。培養馴化階段，裝置對NH₄⁺-N的平均去除率達到83.04%，這說明硝化細菌培養馴化已完成，適應了高氨氮生活污水的抑制作用，細菌菌群活性較好;同時，經過一段時間的培養馴化，系統中富集了大量的硝化細菌，使系統可在高氨氮的情況下完成硝化。

　　2.2 UCT工藝穩定運行效果

　　2.2.1 COD去除率

　　系統對COD的去除效果見圖4

　　由圖4可知，進水COD平均濃度為211mg/L，出水COD平均濃度為36mg/L，平均去除率為82.94%，達到GB18918-2002的一級A排放標準。

　　進水中NH₄⁺-N濃度過高會對COD去除造成影響，使出水COD略高于一般的生活污水處理系統。本實驗中，出水COD平均濃度較低，可能是進水中70%的COD在厭氧區和缺氧區被去除，僅有少量的COD在好氧區被氧化去除。進水中TP濃度高，為厭氧釋磷創造了條件，在此過程中，聚磷菌需要消耗大量的易降解有機物;在缺氧區，由于進水中NH₄⁺-N濃度較高，使污泥回流中攜帶大量的硝酸鹽氮，反硝化細菌利用硝酸鹽為電子受體，COD作為電子供體，使COD從缺氧區被進一步去除，剩余的生化性較差的COD進入好氧區，被好氧區的微生物降解利用。

　　2.2.2 NH₄⁺-N去除率

　　系統對NH₄⁺-N的去除效果見圖5

　　由圖5可知，進水NH₄⁺-N平均濃度為87.8mg/L，出水NH₄⁺-N平均濃度為1.9mg/L，平均去除率為97.84%。NH₄⁺-N在厭氧區和缺氧區大幅度下降，分析原因：缺氧2的NH₄⁺-N濃度低于進水，通過回流作用，把進水的NH₄⁺-N稀釋；同樣，在好氧區，NH₄⁺-N轉化為硝態氮，污泥回流和硝化液回流進入缺氧1，其所含NH₄⁺-N含量遠遠低于進水，使進入缺氧區的NH₄⁺-N濃度進一步降低。在缺氧區內部，NH₄⁺-N濃度有所下降，但降低幅度比較小，主要是由于微生物生長對氮元素的需要所致。

　　硝化菌是一種自養菌，有機基質濃度不是限制其生長的因素。但高濃度NH₄⁺-N會抑制硝化細菌的活性，影響出水水質。范舉紅在研究高NH₄⁺-N對A2/O系統的影響時指出，當進水NH₄⁺-N濃度增大，工藝運行就會出現異常。為降低高NH₄⁺-N負荷對系統的沖擊，系統采用大回流比稀釋的方法，使系統的NH₄⁺-N在進水好氧區之前就大幅度下降，使硝化細菌保持較好的活性。

　　2.2.3 TP去除率

　　系統對TP的去除效果見圖6。

　　由圖6可知，進水TP平均濃度為12.81mg/L，出水TP平均濃度為5.34mg/L，平均去除率為58.31%。前21d進水TP平均濃度為13.30mg/L，出水TP平均濃度為6.53mg/L，平均去除率為50.90%;第21d，系統排放剩余污泥。在22?29d，進水TP平均濃度為11.46mg/L，出水TP平均濃度為2.07mg/L，平均去除率為81.94%。系統排泥后，TP去除效果明顯，出水TP平均濃度由6.53mg/L降低到2.07mg/L，去除率提高了31%左右。第21d后，系統不排泥，出水TP濃度逐漸增大，由此可見，排泥可以提高系統對TP的去除效果，污泥齡對于TP的去除至關重要，不排泥使TP在系統中循環往復的釋放和吸收。在A2/O工藝中，回流污泥含有大量的硝態氮，破壞了厭氧環境，影響厭氧釋磷效果。在UCT工藝中，污泥先回流到缺氧區，再由缺氧區回流到厭氧區，從而避免了硝態氮對聚磷菌的影響。在UCT工藝研究中發現了反硝化除磷現象，系統流程TP變化見圖7。

　　在UCT工藝中，厭氧區為聚磷菌提供了良好的釋磷環境，使聚磷菌在厭氧區充分利用易于生物降解的有機物進行PHB的合成與儲存，釋放磷的含量大約為2mg/L。隨后在缺氧區反硝化除磷菌以硝態氮為電子受體，以體內的PHB作為能量，過量吸收磷，同時實現對硝態氮的去除。在缺氧區，吸磷量大約為7mg/L。缺氧區出水剩余的TP在好氧區繼續被吸收，好氧吸磷量大約為3mg/L。在實驗中發現，出水的磷濃度大于好氧區，主要是因為沉淀池污泥濃度較高，消耗大量溶解氧，造成沉淀區溶解氧不足，污泥在沉淀池釋磷，同時伴隨著反硝化脫氮的進行，造成污泥上浮。鑒于此，應減少沉淀區MLSS，或者增加后續化學除磷工藝。同時，對于實際工程而言，沉淀區的MLSS不能過大，否則會造成沉淀區釋磷或者“跑泥”現象，影響系統穩定運行。

　　研究發現，在普通的活性污泥系統確實存在反硝化除磷現象。吳昌永等利用實驗室裝置研究了A2/O工藝中的反硝化作用，系統中缺氧區吸磷量占總吸磷量的36%。呂亮研究硝化液回流對反硝化除磷的影響時發現，當硝化液回流比為300%，反硝化除磷效果最好。系統的除磷率為94.5%，系統的反硝化除磷占總除磷量的比例為98.4%。

　　三、結論

　　(1)UCT工藝啟動運行周期短，在啟動運行初期中，對COD和NH₄⁺-N平均去除率為86.17%和83.04%左右，出水COD和NH₄⁺-N平均濃度滿足GB18918-2002一級A的標準。