水解與顆粒污泥膨脹床串聯(lián)工藝處理城市污水

水解與顆粒污泥膨脹床串聯(lián)工藝處理城市污水摘要：提出了常溫下水解(HUSB)和顆粒污泥(EGSB)反應(yīng)器串聯(lián)處理城市生活污水的新工藝以提高懸浮性和溶解性COD的去除率。在T＞15℃和T=12℃條件下，工藝可分別達(dá)到70%總COD、85%SS的去除率和60%總COD、77%SS的去除率。HUSB反應(yīng)器的水力停留時(shí)間是3h，用于預(yù)處理去除SS和提高出水COD的溶解性和可生化性，其SS、懸浮性COD的去除率分別為86%和66%，并超過50%的污泥水解率。在T=8～12℃時(shí)，EGSB反應(yīng)器的水力停留時(shí)間是2h，可獲得60%總COD去除率和23～70L/m3污水的沼氣產(chǎn)量。關(guān)鍵字：廢水處理生活污水厭氧處理水解水解升流污泥床粒污泥膨脹床筆者與他人人在厭氧(水解)處理低濃度度污水的研究究中發(fā)現(xiàn)水解解反應(yīng)器(HUSBB)在短的停留留時(shí)間(HRT==2.5hh)和相對(duì)高的的水力負(fù)荷［［＞1.5mm3/(m2·h)］下獲得高高的SS去除率(實(shí)驗(yàn)室和生生產(chǎn)性試驗(yàn)中中分別取得平平均90%和85%的SS去除率)，并可改善善原污水的可可生化性和溶溶解性，以利利于好氧后處處理工藝［1、2］。但是，其COD去除率僅有40%～50%，溶解性COD的去除率更更低，事實(shí)上上僅能夠起到到預(yù)酸化作用用。與此同時(shí)時(shí)，在荷蘭Wagenningenn農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)進(jìn)行的傳統(tǒng)UASB和EGSB反應(yīng)器、特特別是EGSB的研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)其可有效地地去除溶解性性COD組分，但對(duì)對(duì)于懸浮性COD的去除很差差［3］。上述研究究表明，兩種種各自開發(fā)的的處理工藝的的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)點(diǎn)是互補(bǔ)的。因因此，聯(lián)合進(jìn)進(jìn)行了HUSB++EGSB串聯(lián)工藝處處理城市污水水的合作研究究(見圖1)。1材料和方法法1.1反應(yīng)器,,接種物和啟啟動(dòng)HUSB反應(yīng)器(200LL)直接運(yùn)行在在滿水力負(fù)荷荷下，即HRT=33.0h和v=1.00m/h的上升流速速下。EGSSB反應(yīng)器(120LL)在兩個(gè)月后后啟動(dòng)，采用用出水回流保保持高的上升升流速。試驗(yàn)驗(yàn)采用Benneeom村的合流制制生活污水在在常溫下進(jìn)行行。HUSB接種Renkkum污水處理廠廠消化污泥，EGSB接種顆粒污污泥取自面粉粉加工廠UASBB裝置，最大大甲烷菌比活活性分別為0.14和0.21kkgCH4-COD//(kgVSSS·d)((30℃)。間歇回流流試驗(yàn)設(shè)備包包括一個(gè)內(nèi)徑徑53mm、高度為600m(總體積為1.25LL)反應(yīng)柱和一一個(gè)工作容積積為5L的容器(圖1b)［4］。從連續(xù)運(yùn)運(yùn)行的EGSB反應(yīng)器內(nèi)取取出1L的顆粒污泥泥放入反應(yīng)柱柱內(nèi)，在試驗(yàn)驗(yàn)完畢后顆粒粒污泥放回EGSB反應(yīng)器。1..2取樣和分析析方法化化學(xué)分析取24h混合樣(保存在4℃冰箱內(nèi))。SS、BOD5、凱氏氮和和總磷采用原原污水樣，VFA、NH3-N、NO2-N、NO3-N、PO43-P的測(cè)定采用用濾紙(孔徑4.4μm)過濾樣，污污泥濃度和上上述分析采用用標(biāo)準(zhǔn)方法［［5]COD采用微量測(cè)測(cè)定方法［6］，CODt、CODm和CODf分別代表總COD、0.45μm和4.4μm濾紙過濾的COD，膠體CODc和懸浮CODs分別被定義義為CODf與CODm之差、CODt和CODf之差。2HUSB反反應(yīng)器的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)結(jié)果2.1運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果果水解反反應(yīng)器在整個(gè)個(gè)試驗(yàn)期間的的水力停留時(shí)時(shí)間為3.0h，總COD去除率在30%～50%之間變化。懸懸浮性和膠體體性COD的平均去除除率分別達(dá)60%和20%，不出所料料在反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)基本沒有溶溶解性COD的去除率。雖雖然進(jìn)水濃度度和溫度變化化很大，但反反應(yīng)器的運(yùn)行行相當(dāng)穩(wěn)定，很很明顯可適應(yīng)應(yīng)進(jìn)水的波動(dòng)動(dòng)，因此它可可減少?zèng)_擊負(fù)負(fù)荷，這一特特點(diǎn)對(duì)于后處處理肯定有益益。按進(jìn)水濃濃度和溫度變變化，運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)結(jié)果可分為幾幾組數(shù)據(jù)(表1)。在低溫條條件下(T=11℃，190～206d)觀察到最低低的COD去除率，這這時(shí)進(jìn)水濃度度從600mgg/L減少到300mgg/L，COD去除率從40%降低到10%，主要是由由于雨季的進(jìn)進(jìn)水濃度低所所引起，因?yàn)闉樵谶M(jìn)水濃度度較高的低溫溫條件下(207～272d，T=12℃)，CODt的去除率并并沒有降低。表1溫度和濃濃度與去除率率之間的關(guān)系系階段（d)數(shù)據(jù)（N）溫度CODt(mgg/L)CODf(mgg/L)CODm(mgg/L)SS(mg/LL)VFA(mg//L）COD去除率（%）SS去除率（%%）范圍平均進(jìn)水出水EtEf/tEmEeEs1～18911314～2117697342197237591073852-2.6236583190～2044*89～1211318170100171133411457.3-162577206～2722398～13125072861161544073375716.1394975總平均8～2165032118721754993753-0.9235881注*為雨季及及寒冷季節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)；VFA以VFA-CCOD計(jì)；Et=1000×{COODt(進(jìn)）-CODtt(出）}/CODDt(進(jìn)）；Ef/t==100×{{CODt((進(jìn)）-CODtt(出）}/CODDt(進(jìn)）；Em=1000×{COODm(進(jìn)）-CODmm(出）}/CODDm(進(jìn)）；Ec=1000×{COODc(進(jìn)）-CODcc(出）}/CODDc(進(jìn)）；Es=1000×{COODs(進(jìn)）-CODss(出）}/CODDs(進(jìn)）；2.2剩余污污泥的產(chǎn)生和和去除平衡在幾個(gè)特特定期間進(jìn)行行了水解反應(yīng)應(yīng)器污泥和COD的平衡試驗(yàn)驗(yàn)，數(shù)據(jù)見圖圖2。在水解反反應(yīng)器采用污污泥水解率來來表示污泥穩(wěn)穩(wěn)定化程度，從從圖2的數(shù)值可以以計(jì)算出水解解率為53%，這表明相相當(dāng)量被去除除的SS轉(zhuǎn)化為溶解解性物質(zhì)(或膠體COD)，因此本工工藝在T=19℃條件下取得得了一定的污污泥穩(wěn)定化(R=533%)。除了SS的去除和液液化，在反應(yīng)應(yīng)器內(nèi)也發(fā)生生了相當(dāng)程度度的酸化反應(yīng)應(yīng)，因?yàn)樵诜捶磻?yīng)器中VFA從60mg//L增加到112mgg/L。COD的平均去除除率為40%，而去除的37%的COD仍然保留在在污泥中或作作為剩余污泥泥被排放，其其余去除的COD(1175mg//L)可能的降解解途徑包括甲甲烷化過程、硫硫酸鹽還原和和氫氣的產(chǎn)生生。在出水中中存在著大約約25mg//L的溶解性甲甲烷，在20℃下相當(dāng)于100mgg/L的COD。Benneekom生活污水包包含15mgSSO42--S/LL［3］，其完全還還原要消耗30mgCCOD/L，這些數(shù)據(jù)據(jù)加上可能逸逸出到氣相的的CH4和H2可構(gòu)成較為為完全的物料料平衡。2.3出水性性質(zhì)為了了評(píng)價(jià)水解反反應(yīng)器的運(yùn)行行效果，反應(yīng)應(yīng)前后的污水水特性列于表表2和圖3中，最為顯顯著的變化是是BOD/CCOD值和污水有有機(jī)物溶解性性的變化，這這些指數(shù)的升升高表明總COD中易生物降降解性組分的的增加，表2中的結(jié)果也也表明VFA的增加。雖雖然從圖3和表2的數(shù)據(jù)還不不能得出水解解反應(yīng)發(fā)生的的結(jié)論，但SS的物料平衡衡監(jiān)測(cè)可以證證實(shí)去除的SS確實(shí)發(fā)生了了水解。表2水解反應(yīng)應(yīng)前后污水性性質(zhì)的變化（HRT=33.0h）項(xiàng)目CODt(mgg/L)BOD5(mgg/L)SS(mg/LL)BOD5f/BBOD5VFA/CODDTBOD5f/CCODCODt/COODtCODm/COODt進(jìn)水6503462170.670.090.540.490.29出水397254330.910.250.610.730.493EGSB和和系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)結(jié)果3.1運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)結(jié)果表3匯總了EGSB反應(yīng)器在不不同的HRT、上升流速(v)和溫度條件件下的試驗(yàn)結(jié)結(jié)果，從這些些結(jié)果可以看看出EGSB反應(yīng)器的去去除效率幾乎乎不受停留時(shí)時(shí)間的影響。去去除率不同與與采用的上升升流速密切相相關(guān)，并且主主要反映在溶溶解性和懸浮浮性COD的去除上。在在高的上升流流速下(v=122m/h))懸浮性和膠膠體性COD組分的去除除效率很差；；當(dāng)上升流速速在6.0m//h以下時(shí)，處處理效果良好好，這表明對(duì)對(duì)于低濃度污污水(如城市污水)，采用較低低的上升流速速是適合的，雖雖然在低溫條條件下(T=122℃)觀察到去除除率的降低，但但是沒有進(jìn)一一步的證據(jù)表表明系統(tǒng)在低低溫條件下已已超負(fù)荷。事事實(shí)上與此相相反，在整個(gè)個(gè)試驗(yàn)期間出出水VFA平均為1.2mggVFA-CCOD/L，即使在寒寒冷氣候條件件下仍保持低低的水平值(2.0mmg/L)，系統(tǒng)仍然然處于低污泥泥負(fù)荷，很明明顯對(duì)有機(jī)物物的處理潛力力沒有被充分分利用。在T＞15℃和T=12℃時(shí)沼氣產(chǎn)量量分別是70L//m3和23L//m3(污水)，并且甲烷烷含量為80%。表3不同上升升流速、HRT和溫度下EGSB反應(yīng)器試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果階段（d）數(shù)據(jù)n平均溫度（℃）υ(m/h)HRT（h）LR*[g(LL.d)]CODt(mgg/L)CODf(mgg/L)CODm(mgg/L)COD去除率（%）產(chǎn)氣量EtEmEeEs(L/m3)（L/kgCOOD去除）71～92141912.04.02.441933822236602519658393～11214206.02.05.0407316213485825432577115～185534202.02.05.0378280191414925394975186～272232126.02.03.7301203128273216395881注LR*表示示COD負(fù)荷。3.2整個(gè)工工藝流程的運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果根據(jù)常溫條條件下(9～21℃)總停留時(shí)間間為5h的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)果果，從處理效效率、產(chǎn)氣量量和污泥穩(wěn)定定化程度等方方面講是令人人鼓舞的(見表4)。表4HUSBB和EGSB反應(yīng)器串聯(lián)聯(lián)工藝的運(yùn)行行結(jié)果反應(yīng)器HUSB反應(yīng)器器（平均）EGSB反應(yīng)器器（平均）系統(tǒng)總結(jié)果（平平均）溫度（℃）171117121712HRT(h)3.02.05.0COD負(fù)荷[gg/(L.dd)]5.34.04.23.7Et(%)383748276951Em(%)-2.61658325141Ec(%)233925164024Es(%)654943397967在旱季和TT>15℃條件下，總COD去除率為70%；在雨季和和寒冷氣候條條件下(T=12℃)，系統(tǒng)的COD去除率有所所下降(40%～60%)，但最終出出水COD維持在同一一水平，即200～250mgg/L。本試驗(yàn)采采用的HRT為5.0h，但以往的的研究結(jié)果表表明采用更短短的HRT是可能的。在在溫和氣候條條件下建議水水解反應(yīng)器的的HRT采用2.5～3.0h，EGSB采用1.0～2.0h。3.3膠體性COD的去除為為了評(píng)價(jià)UASB和EGSB反應(yīng)器對(duì)于于膠體物質(zhì)的的去除效率，分分別進(jìn)行了補(bǔ)補(bǔ)充回流降解解試驗(yàn)(表5)。雖然在UASB和EGSB運(yùn)行條件下下膠體的CODc最終可以被被很好地降解解(去除率分別別為63%和80%)，但在24h去除率僅為32%和23%。這樣差的的去除效率是是由于膠體物物質(zhì)不能被甲甲烷菌直接利利用，只有水水解和酸化發(fā)發(fā)酵的產(chǎn)物才才能被甲烷菌菌利用。表5采用HUUSB反應(yīng)器出水水回流試驗(yàn)（T=20℃）時(shí)間（h）CODt=0((mg/L))Et(%)Ee(%)Es(%)Em(%)144(a)50274.180.296.156.824(a)

63.032.291.952.1144(b)50271.163.192.361.024(b)

59.023.281.061.0注a:UAASB運(yùn)行方式（υ=1.0mm/h）；b：EGSB運(yùn)行方式（υ=6.0mm/h）；4討論和結(jié)論論在本研究中中，發(fā)現(xiàn)采用用EGSB系統(tǒng)對(duì)溶解解性COD的去除可以以完全歸結(jié)為為VFA的去除，而而非酸性溶解解性組分在EGSB出水中保持持一個(gè)恒定的的水平(圖3)。因此反應(yīng)應(yīng)的限速階段段是膠體COD的去除，其其占EGSB反應(yīng)器出水水的80%。Yodo等人(19855)曾報(bào)道有60%～70%進(jìn)水中的膠膠體物質(zhì)經(jīng)處處理后很難去去除仍保留在在厭氧流化床床出水中［7］，但他們也也報(bào)道過這種種組分很容易易采用好氧后后處理去除。Breurre等人(19911)報(bào)道蛋白質(zhì)質(zhì)從來不能在在厭氧反應(yīng)器器中被完全水水解，并且這這種基質(zhì)比其其他基質(zhì)(如碳水化合合物)更難降解［8］。另一方面面，HUSB反應(yīng)器在低低溫條件下去去除的CODs和CODc水解和酸化化率較低，導(dǎo)導(dǎo)致HUSB反應(yīng)器的污污泥穩(wěn)定化程程度降低，因因此系統(tǒng)最終終很可能僅使使污泥得到部部分的穩(wěn)定化化[9]。為了改善系系統(tǒng)在寒冷季季節(jié)污泥的穩(wěn)穩(wěn)定化程度和和對(duì)于膠體物物質(zhì)的去除效效率，HUSB反應(yīng)器配合合一個(gè)污泥穩(wěn)穩(wěn)定裝置，其其與水解反應(yīng)應(yīng)器并聯(lián)運(yùn)行行，可以改善善水解污泥的的排泥穩(wěn)定性性。考慮到EGSB反應(yīng)器在相相關(guān)的溫度范范圍具有相當(dāng)當(dāng)高的降解VFA和可生物降降解溶解性COD的潛力這一一事實(shí)，采用用這種污泥穩(wěn)穩(wěn)定工藝可以以主要限于水水解和酸化階階段。酸化后后的污泥將回回流到水解反反應(yīng)器中，產(chǎn)產(chǎn)生的VFA將隨HUSB反應(yīng)器的出出水進(jìn)入EGSB反應(yīng)器。此此工藝對(duì)于低低濃度復(fù)雜廢廢水的處理具具有下列優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：①提供了污泥泥進(jìn)一步甚至至完全的穩(wěn)定定，從而減少少了污泥產(chǎn)量量；②可以利用EGSB反應(yīng)器的處處理潛力，增增加了沼氣的的產(chǎn)量和能源源的回收；③對(duì)復(fù)雜廢水水不僅處理了了溶解性組分分，也處理了了懸浮性和膠膠體性物質(zhì)。通過研究究可以得出如如下結(jié)論：①在常溫條件件下(9～21℃)采用HUSB和EGSB反應(yīng)器串聯(lián)聯(lián)工藝處理低低濃度城市生生活污水，在在水力停留時(shí)時(shí)間、處理效效率、沼氣產(chǎn)產(chǎn)率和污泥穩(wěn)穩(wěn)定化方面比比其一級(jí)UASB系統(tǒng)具有明明顯的優(yōu)點(diǎn)。在5.0h的水力停留時(shí)間和T>15℃或T=12℃條件下，可分別獲得71%的COD83%的SS和51%的COD76%的SS去除率。②HUSB反應(yīng)器提供了有效去除有機(jī)物(特別是懸浮性固體)以及進(jìn)而的液化和酸化反應(yīng)。高的懸浮物去除率歸結(jié)于污泥和污水的充分接觸，適當(dāng)?shù)膯?dòng)措施對(duì)于抑制甲烷產(chǎn)生起了重要的作用。③在整個(gè)試驗(yàn)期間，EGSB反應(yīng)器的沼氣產(chǎn)量十分穩(wěn)定，產(chǎn)生的沼氣主要在氣相(在T＞15℃超過60%)中并值得回收。低的出水VFA數(shù)值表明系統(tǒng)在HRT=2.0h時(shí)仍處于低負(fù)荷，基于本研究及其以前研究的結(jié)果，建議HUSB和EGSB反應(yīng)器適當(dāng)?shù)腍RT分別為2.5～3.0h和1.0～2.0h，即整個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間為3.5～5h。技術(shù)上的簡(jiǎn)單性并配以可觀的能源回收，使整個(gè)系統(tǒng)成為有吸引力的城市污水替代工藝。④在出水中相對(duì)高的膠體COD濃度表明膠體物的進(jìn)一步去除或這種細(xì)小物質(zhì)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化是城市污水厭氧處理工藝中的限速階段，為了完全穩(wěn)定地去除SS，在本研究中提出了與HUSB反應(yīng)器并聯(lián)的污泥穩(wěn)定工藝。這種方式對(duì)提高HUSB反應(yīng)器水解污泥能力需要進(jìn)一步試驗(yàn)考察。參考文獻(xiàn)1王凱軍軍.厭氧(水解)處理低濃度度污水.中國(guó)環(huán)境出出版社.19922王凱軍，鄭鄭元景，徐冬冬利.水解—好氧生物處處理工藝處理理城市污水.環(huán)境工程，1987；5(4～6)3LasstARRMvaanderr,LetttingaG.AnaaerobiicTreeatmenntofDomessticSSewageeundeerModderateeClimmatic(Dutcch)CoonditiionsUUsingUpfloowReaactorssatIIncreaasedSSuperfficiallVeloocitiees.In::ProcceedinngsCoongresssIAWWPRCAAnaeroobicDDigesttion‘91SaaoPauul，Braziil.199914王凱軍.間歇回流實(shí)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)廢水水厭氧可生化化性.中國(guó)給水排排水，1993;;(5)：4～65DuttchSttandarrdNorrmalizzedMeethodss.TheNetheerlanddsNorrmalissationnInsttitutee，Box55059，2600GBDeelft，TheNNetherrlandss6KneechtellJR..Amorreecoonomiccalmeethodfortthe