污泥轉(zhuǎn)移SBR工藝

污泥轉(zhuǎn)移SBR工藝我國南方地區(qū)由于雨水和管網(wǎng)等因素導(dǎo)致城市污水的低碳源以及碳氮磷比例失調(diào)等問題，一直困擾著許多城鎮(zhèn)污水廠的正常運(yùn)行，由于工藝系統(tǒng)長期在低有機(jī)負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，無法為微生物提供足夠的養(yǎng)分，降低微生物活性，加劇了氮磷同時高效穩(wěn)定去除的難度，易造成出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)和能源的浪費(fèi)。如何合理地利用廢水中的有機(jī)碳源是解決生物脫氮除磷工藝處理低濃度廢水的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)生物除氮脫磷工藝多為單一污泥（singlesludge）懸浮生長系統(tǒng)，即利用同一混合微生物種群完成有機(jī)物氧化、硝化、反硝化和生物除磷。其多種處理功能的高度關(guān)聯(lián)性增大了運(yùn)行控制的難度，在實(shí)際應(yīng)用中限制了其處理效能。近年來，利用2種污泥系統(tǒng)（簡稱“雙泥”）進(jìn)行廢水的脫氮除磷的研究取得了很大進(jìn)展，這些工藝的共同特點(diǎn)都是把不同種群的微生物在不同的反應(yīng)器中分別培養(yǎng)，創(chuàng)造各自適宜生長條件，盡量降低不同種群微生物由于新陳代謝習(xí)性的不同所產(chǎn)生的競爭抑制關(guān)系，并通過一碳兩用等途徑達(dá)到較好的脫氮除磷效果，如Dephanox工藝、A2NSBR工藝、A2N工藝、PASF工藝等。無論是雙泥工藝和傳統(tǒng)的單一污泥系統(tǒng)，其污泥回流均在各自流程系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，在多組并聯(lián)系統(tǒng)之間的污泥轉(zhuǎn)移利用鮮有報(bào)道。污泥轉(zhuǎn)移技術(shù)是以傳統(tǒng)SBR工藝為基礎(chǔ)，通過在不同SBR池之間進(jìn)行活性污泥的部分轉(zhuǎn)移，提高系統(tǒng)的除污性能，并減輕后續(xù)沉淀工序的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)對活性污泥利用的最大化。為解決現(xiàn)行工藝缺陷提出了一種新思路。以某低濃度城市污水為水源，進(jìn)行了污泥轉(zhuǎn)移與新工藝除污性能以及SBR容積利用率的實(shí)驗(yàn)研究。1實(shí)驗(yàn)材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置由前置厭氧反應(yīng)器、3個序批式（SBR）反應(yīng)器兩部分構(gòu)成（見圖1），每個SBR中設(shè)有泥斗。其單體有效容積分別為10m3和33m3（單個SBR泥斗容積約3.6m3）。SBR池內(nèi)設(shè)進(jìn)水管、微孔曝氣裝置和潷冰器，選擇器內(nèi)設(shè)攪拌裝置。進(jìn)水、污泥回流通過兩臺泵控制。由電磁閥和空氣閥分別控制SBR的進(jìn)水、污泥回流（轉(zhuǎn)移）、出水和曝氣，所有閥門和水泵的啟閉均采用PLC自動控制。污水與回流（轉(zhuǎn)移）污泥一起首先進(jìn)入?yún)捬踹x擇器攪拌混合充分釋磷后進(jìn)入SBR池，厭氧選擇器借助高負(fù)荷梯度產(chǎn)生的“選擇壓力”篩選出絮凝性細(xì)菌，以保證污泥具有良好的沉降性能，同時始終保持厭氧攪拌，為聚磷菌提供釋磷環(huán)境。3個SBR池依次按進(jìn)水、曝氣、沉淀和潷水過程進(jìn)行循環(huán)，用于實(shí)現(xiàn)去除COD、反硝化和攝磷等功能，沉淀后清水排放。污泥轉(zhuǎn)移的實(shí)現(xiàn)是通過污泥回流泵將處于沉淀撇水階段SBR池泥斗中污泥回流至另一進(jìn)水階段的SBR池，因此文中的用污泥回流比表征污泥的轉(zhuǎn)移量。圖1工藝實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行系統(tǒng)示意圖Fig.1Schematicofexperimentalapparatus1.2實(shí)驗(yàn)方法活性污泥取自某城市污水處理廠氧化溝工藝的好氧段；實(shí)驗(yàn)用水來自蘇州某醫(yī)院的生活污水，該醫(yī)院生活污水污染物含量較低。實(shí)驗(yàn)期間的原水水質(zhì)如下:BOD538?86mg/L,COD80?244mg/L,PO43-0.6?1.8mg/L,NH4+-N9.8?18.4mg/L,pH6.5?8.5。由于進(jìn)水各項(xiàng)污染物濃度偏低，故SBR運(yùn)行周期設(shè)為3h,運(yùn)行模式見表1,考察污泥回流比對系統(tǒng)充水比、污泥沉降性能以及除污效能的影響。3實(shí)驗(yàn)分析測定方法主要水質(zhì)分析項(xiàng)目及測定方法為：COD（重格酸鉀法）、NH4+-N（納氏試劑分光光度法）、TP（過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法）、NO3--N（高錳酸鉀氧化-酚二磺酸分光光度法）、TN（過硫酸鉀消解-紫外分光光度法）;MLSS（Myratek污泥濃度測定儀）、DO和pH（WTWPh/Oxi340i便攜快速測定儀）。其他參數(shù)測定方法均參見文獻(xiàn)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1不同污泥轉(zhuǎn)移量（R污）下COD的去除不同污泥轉(zhuǎn)移量下系統(tǒng)對COD的去除效果見圖2。在低濃度城市污水條件下，有污泥轉(zhuǎn)移的SBR對COD的去除效率低于傳統(tǒng)SBR工藝，隨著污泥轉(zhuǎn)移量的增加，進(jìn)水負(fù)荷明顯增加。污泥轉(zhuǎn)移SBR工藝出水COD濃度能夠達(dá)到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。污泥回流比為30%時，進(jìn)水COD容積負(fù)荷范圍為0.35?0.68kgCOD/（m3d）。平均去除率為65%;污泥回流比為15%時，進(jìn)水COD容積負(fù)荷范

圍為0.39?0.66kgCOD/（m3-d）。平均去除率為70%;污泥回流比為0%時，進(jìn)水COD容積負(fù)荷范圍為0.19?0.58kgCOD/（m3-d），平均去除率為75%。姓術(shù)COD睿耕及眉訴或WJ-煩…甫I

口出y咔度（％=邛淚去降琴催代技的

■以:心去除率娘H-30%）。睥水COD?陽質(zhì)〔/、?印蜀

心出李8D齦欖世2-I彈：?<?〔逆的法曲率尊衫切"圖2不同污泥轉(zhuǎn)移量下COD的去除Fig.2CODremovalunderdifferentvolumesofsludgetransfer圖2表現(xiàn)出相同污泥轉(zhuǎn)移量下系統(tǒng)COD去除率隨進(jìn)水負(fù)荷的增加而提高，是由于系統(tǒng)的進(jìn)水污染物濃度明顯低于傳統(tǒng)生活污水，系統(tǒng)對有機(jī)物的去除能力還有富余，運(yùn)行的負(fù)荷還沒有超出系統(tǒng)可承受的范圍，因而呈現(xiàn)出系統(tǒng)對COD的去除效率隨負(fù)荷增加而增加。而在相同COD負(fù)荷下，系統(tǒng)COD去除效果隨污泥轉(zhuǎn)移量的增加而降低，可以解釋為對于沒有進(jìn)行污泥轉(zhuǎn)移的傳統(tǒng)SBR，進(jìn)水COD負(fù)荷的提高主要是由于進(jìn)水中有機(jī)物濃度的增加（污染物濃度更加接近于典型城市污水的水質(zhì)），因而保持了更高的去除效率；而進(jìn)行污泥轉(zhuǎn)移的SBR中COD負(fù)荷的提高主要是由于處理水量（充水比）增加所致，而相應(yīng)的水力停留時間從10.2h（R污=0）縮短為7.4h（R污=30%），同時由于低負(fù)荷、長泥齡下異養(yǎng)菌的內(nèi)源代謝產(chǎn)物及胞外分泌物（ECP）在系統(tǒng)中累積導(dǎo)致了出水COD濃度相應(yīng)增加，去除效率有所降低。2.2不同污泥轉(zhuǎn)移量（R污）下TP的去除不同污泥回流比對TP的去除如圖3所示，30%的污泥污泥轉(zhuǎn)移量下系統(tǒng)對TP的去除優(yōu)于15%和0%兩種工況。對TP的平均去除率達(dá)85%，出水TP含量低于0.3mg/L，優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。15%的污泥轉(zhuǎn)移量下系統(tǒng)對TP平均去除率約為61%，出水TP濃度為0.4mg/L左右；在無污泥轉(zhuǎn)移下（R污=0）系統(tǒng)對TP的去除率約為46%，出水TP濃度為0.6mg/L左右。

D出狀I(lǐng)咻度〔心=刑％)TP去珂函R；&TP去除率彼lI小初IP去除艱M..15^}□TP去隆糕(乩=0殉?TP去照率優(yōu)圖3不同污泥轉(zhuǎn)移量下TP的去除Fig.3TPremovalunderdifferentvolumesofsludgetransfer在較高污泥轉(zhuǎn)移量下取得了顯著的除磷效果，分析認(rèn)為主要是在30%的污泥轉(zhuǎn)移量下能夠保持更多的活性污泥(聚磷菌)經(jīng)過厭氧生物選擇器進(jìn)行厭氧釋磷，然后在好氧環(huán)境中才能夠過量吸磷，并通過排泥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對磷的凈去除，而該結(jié)論正是體現(xiàn)了聚磷菌強(qiáng)化除磷的基本原理。在傳統(tǒng)城市污水處理中磷的去處絕大部分為聚磷菌除磷，而同化除磷占少部分，但由于本系統(tǒng)中進(jìn)水TP濃度低，有必要對系統(tǒng)中磷的去除途徑進(jìn)行分析。廢水生物除磷有兩條途徑：同化脫磷和聚磷菌(PAOs或DPB)強(qiáng)化除磷。同化脫磷量公式根據(jù)細(xì)胞分子式C60H87O23N12P可計(jì)算出磷占細(xì)胞質(zhì)量的百分比為0.023，折算成廢水中的濃度(CP)為：式中:YT為產(chǎn)率系數(shù)，取值0.5;Kd為自身氧化系數(shù)(d-1)，取值0.1;S0、Se為進(jìn)、出水BODu濃度(mg/L);fd為活性微生物衰減中被氧化降解系數(shù)，取值0.8;為泥齡(d)為15d，選取了3種工況穩(wěn)態(tài)階段的九組平行水樣，按式(1)計(jì)算得出的同化脫磷百分比量，其TP去除率及同化除磷率見圖4。在污泥轉(zhuǎn)移量分別為30%、15%和0%工況下的平均同化除磷率分別為44%、43%和44%，而TP去除率平均為85%、61%和46%。說明在有污泥轉(zhuǎn)移的工況下，系統(tǒng)磷的去除由同化作用和聚磷菌強(qiáng)化除磷共同完成；而在無污泥轉(zhuǎn)移量工況下系統(tǒng)中磷的去除主要為同化作用；15%工況下由于進(jìn)入?yún)捬跎镞x擇器污泥量較少，沒有足夠的聚磷菌進(jìn)行厭氧釋磷，后期好氧過程中吸磷不充分而導(dǎo)致除磷效率降低。.苛-b w刈-10-Jl I ! I I fc I I I2 a 4 5 61 7 S珞定防段眼擇換娥■TP1滴零UL.-_1CI啕f-同化除嶙率wk15制F同ft!除漆粒匕.迪初*丁怯睽電乩E淚—丁P去侏納虬-S豹*同化晚蕩敝心"新圖4不同污泥轉(zhuǎn)移量下同化除磷效率分析Fig.4Assimilationofphosphorusremovalunderdifferentvolumeofsludgetransfer2.3不同污泥轉(zhuǎn)移量（R污）下氮的去除不同污泥轉(zhuǎn)移量下氨氮和總氮去除效果如圖5和圖6所示。結(jié)果表明，污泥轉(zhuǎn)移對系統(tǒng)氨氮及總氮去除率影響較明顯。污泥轉(zhuǎn)移量（R污）分別控制為30%、15%和0%,系統(tǒng)對氨氮的平均去除率為71%、80%和92%;對總氮的平均去除率為65%、54%和45%。氨氮和總氮去除效率隨進(jìn)水氮負(fù)荷的增加而降低，出水氨氮濃度隨進(jìn)水負(fù)荷的增加而升高;30%污泥轉(zhuǎn)移工況下的出水總氮效果明顯優(yōu)于15%和0%工況。從系統(tǒng)氨氮去除效率分析，無污泥轉(zhuǎn)移硝化效率高于具污泥轉(zhuǎn)移的SBR工藝，因?yàn)槲勰噢D(zhuǎn)移功能使活性污泥經(jīng)歷厭氧/好氧交替過程，而在傳統(tǒng)SBR工藝中的活性污泥長期處于好氧狀態(tài)，更有利于硝化細(xì)菌的生長繁殖。再加上由于污泥轉(zhuǎn)移的實(shí)施，進(jìn)水負(fù)荷隨充水比的增加而增加，導(dǎo)致水力停留時間縮短，系統(tǒng)的硝化功能被削弱。山盛鼠匆法悝（A：山盛鼠匆法悝（A：3。鴕］鼻覲去律率｛■肉注如冕）出水氨覽漩度［、1明凝豆懿犀UN巾汨出床羸敏淑A環(huán)&(京)爵箜*麟K圖5不同污泥轉(zhuǎn)移量下氨氮的去除Fig.5Ammoniaremovalunderdifferentvolumeofsludgetransfer口出kTN彼度便口出kTN彼度便：，：=，的nATN去陳事<.K|，=U%,'■TN去除率（如-抑％>0出琳IW睜c書勒A出水TN醮鯽5=1浦?TN去咻（&7奶‘，-立匚二魅避套乂與r*泠貧^.7sl.圖6不同污泥轉(zhuǎn)移量下總氮的去除Fig.6Totalnitrogenremovalunderdifferentvolumesofsludgetransfer污泥轉(zhuǎn)移使系統(tǒng)氨氮去除率下降而總氮去除效率增加，隨著污泥轉(zhuǎn)移量的增加系統(tǒng)對總氮的去除效率而得到加強(qiáng)。根據(jù)生物脫氮基本理論及出水水質(zhì)組分可以看出污泥轉(zhuǎn)移使系統(tǒng)的反硝化功能得到強(qiáng)化。分析其原因首先是厭氧生物選擇器的設(shè)置為部分硝酸鹽的反硝化提供了場所，污泥轉(zhuǎn)移過程中也攜帶部分硝酸鹽進(jìn)入?yún)捬跎镞x擇器，利用進(jìn)水中的易降解有機(jī)物完成反硝化。此外在厭氧選擇器進(jìn)行了快速吸附有機(jī)物的活性污泥進(jìn)入SBR,這部分活性污泥碳源的釋放也為SBR池中反硝化過程提供了條件。系統(tǒng)中進(jìn)水氮濃度低，有必要對系統(tǒng)中氮的去除途徑進(jìn)行分析。生物脫氮分同化脫氮和異化脫氮兩種，假設(shè)微生物僅在好氧條件下獲得增殖，運(yùn)行時的泥齡為Oc，微生物細(xì)胞采用C60H87O23N12P來表示，設(shè)系統(tǒng)每天增殖的污泥量為AX，由泥齡的定義可計(jì)算出氮占細(xì)胞質(zhì)量的百分比為0.122,則每天由于同化作用而去除的氮總量為0.122AX。根據(jù)各工況穩(wěn)態(tài)階段水樣計(jì)算得出同化脫氮率平均為18%左右，說明系統(tǒng)大部分氮仍是通過異化脫氮途徑得以去除。2.4污泥轉(zhuǎn)移對系統(tǒng)處理能力及穩(wěn)定性的影響在進(jìn)水過程中，污泥從沉淀出水階段的SBR池轉(zhuǎn)移到另一進(jìn)水階段的SBR池，被轉(zhuǎn)移的污泥首先經(jīng)過厭氧生物選擇器，不同污泥回流比下系統(tǒng)總污泥經(jīng)過生物選擇器的篩選頻率如表2所示。表2不同污泥回流比下生物選擇器的篩選頻率Table2Screeningfrequencyofbiologicalselectorunderdifferentsludgerecycleratios污泥回流比俺］生物選律器停圍時間的污泥轉(zhuǎn)移家屈）污滉轉(zhuǎn)夠質(zhì)率（加so0.57505.4IS252.70f//污泥在生物選擇器的停留時間隨污泥回流比增加而減小，系統(tǒng)總的污泥每天經(jīng)過生物選擇器的次數(shù)隨污泥回流比增加而增加；30%污泥回流比條件下所有污泥每天經(jīng)過生物選擇器篩選次數(shù)為5.4次，15%工況下為2.7次。污泥回流比越大，系統(tǒng)所有污泥經(jīng)過生物選擇器進(jìn)行絮凝性篩選次數(shù)就越多，從而保證了污泥良好的絮凝性能；并且SBR中通過污泥轉(zhuǎn)移，使得各個反應(yīng)池中污泥性狀相同，從而污泥轉(zhuǎn)移可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在連續(xù)流反應(yīng)器中，容積利用率定義為反應(yīng)器實(shí)際發(fā)揮反應(yīng)功能的容積占總池容的比值。序批式反應(yīng)器中容積利用率定義為周期內(nèi)參與反應(yīng)的時間與相應(yīng)可利用的容積乘積（T反應(yīng)xV可利用）占總時間與總?cè)莘e乘積（T總xV總）的比值。從表3可看出，容積利用率隨充水比的增加而增加，系統(tǒng)在污泥回流比為30%時，容積利用率為53.7%;而沒有污泥回流時，即按SBR工藝運(yùn)行，容積利用率為44.3%。污水處理系統(tǒng)的體積一定時，容積負(fù)荷的提高有利于增加系統(tǒng)的