污水廠生物除磷工藝技術(shù)的運(yùn)行實(shí)踐

王 旭，袁 琳，劉俊紅

(浦華環(huán)保有限公司，北京 100084)

某污水廠設(shè)計(jì)水量3萬 t/d，采用水解酸化-CAST工藝，于2005年建成，設(shè)計(jì)符合城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)地方環(huán)保要求，利用現(xiàn)有設(shè)施，通過技術(shù)挖潛，使出水達(dá)到一級B的排放標(biāo)準(zhǔn)。由于在日常處理中，COD、氨氮等指標(biāo)經(jīng)過一般運(yùn)行調(diào)控即可穩(wěn)定達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)，而出水磷卻難以達(dá)標(biāo)，因而生物除磷效果的提升是本廠工藝改造的重點(diǎn)。

1 主要工藝情況

1.1 水廠水質(zhì)指標(biāo)

本廠來水中，生活污水的含量約占20%，其余主要為附近的紡織印染企業(yè)經(jīng)過處理后的排水。進(jìn)出水控制指標(biāo)(出水按一級B標(biāo)準(zhǔn)控制)如表1所示。

表1 進(jìn)出水指標(biāo)控制指標(biāo)Tab.1 Control Index of Influent and Effluent

1.2 工藝設(shè)施設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況

由于本廠進(jìn)水污染負(fù)荷較高，水質(zhì)較為復(fù)雜，因而設(shè)計(jì)采用水解-CAST工藝。

水解池停留時(shí)間為3.5 h，水解酸化采用升流式厭氧污泥床工藝，進(jìn)水通過若干根布水管均勻分布于池底，向上升流，穿過厭氧污泥層后，從池表面的出水堰均勻流出，厭氧污泥層對進(jìn)水中的污染物進(jìn)行水解酸化。運(yùn)行過程中，水解酸化池的布水管入口處由于缺乏水封作用，形成渦流，導(dǎo)致進(jìn)水中夾帶部分空氣，在池內(nèi)形成了輕微的曝氣現(xiàn)象。這一現(xiàn)象對水解酸化作用造成兩方面的影響:一是空氣的進(jìn)入破壞了池中的厭氧環(huán)境，降低水解酸化的效果;二是由于空氣在池中造成輕微曝氣效果，導(dǎo)致部分污泥受空氣擾動(dòng)，從池上的出水堰溢流，池內(nèi)污泥濃度降低，影響水解酸化效果。水解池工藝如圖1所示。

圖1 水解池工藝示意圖Fig.1 Schematic of Hydrolysis Tank

CAST池設(shè)計(jì)停留時(shí)間為22 h，其中曝氣時(shí)間占總停留時(shí)間的一半。工藝時(shí)序?yàn)槠貧膺M(jìn)水2 h，沉淀1 h，潷水1 h。CAST池有效水深為5.8 m，潷水最低水位4.5 m，共四組池，交替循環(huán)進(jìn)水。運(yùn)行中生化系統(tǒng)性能穩(wěn)定，出水COD、氨氮、總氮等指標(biāo)可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

實(shí)際運(yùn)行中含水率為80%的污泥產(chǎn)量為30 t/d，生化池污泥濃度為5 000 mg/L，好氧污泥齡為12 d(因CAST工藝曝氣沉淀合為一池，在任意時(shí)間內(nèi)只有兩組池子在曝氣，因而計(jì)算曝氣污泥齡時(shí)只按照污泥總量的一半計(jì)算)。

由于工程建設(shè)時(shí)采用二級排放標(biāo)準(zhǔn)，因而生化池設(shè)計(jì)沒有深入考慮除磷。但由于CAST工藝段采用與常規(guī)脫氮除磷工藝相同的工藝方案，即設(shè)有厭氧缺氧區(qū)。因而在調(diào)試過程中加強(qiáng)好氧段曝氣的同時(shí)，對污泥回流和厭氧缺氧攪拌工藝都加強(qiáng)了管理，出水磷可以穩(wěn)定達(dá)到1.2 mg/L以下，平均值為0.8 mg/L左右，運(yùn)行指標(biāo)如表2所示。該廠磷的控制目標(biāo)為1.0 mg/L，除磷能力還需進(jìn)一步提高。因?yàn)樵搹S有水解池，可以強(qiáng)化厭氧酸化效果，可以重點(diǎn)考慮對水解池功能進(jìn)行強(qiáng)化。

表2 改造前日常進(jìn)出水指標(biāo)Tab.2 Water Index before Upgrading

2 除磷效果提升的理論和實(shí)踐

2.1 提高除磷效率的理論和分析

根據(jù)文獻(xiàn)［1，2］，短的污泥齡可以使除磷效果有所提高，因?yàn)楦嗟呐拍嗫梢允垢嗟牧着懦到y(tǒng)。但從實(shí)際情況看，工藝的提升不僅需要提高除磷效果，同時(shí)也要保證系統(tǒng)的脫氮效果。該廠污泥齡為12 d，如果進(jìn)一步縮短泥齡，將可能對系統(tǒng)的脫氮效果造成影響。

聚磷菌(PAOs)［3，4］生物除磷技術(shù)的作用機(jī)理是在厭氧條件下，利用儲(chǔ)存聚磷酸鹽的有效能量，將酸化作用下產(chǎn)生的醋酸鹽同化，并產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)部聚合羥基丁酸鹽(PHB)，釋放出正磷酸鹽(O-PO4)以及錳、鈣、鎂、鉀等陽離子。進(jìn)入好氧/缺氧段時(shí)，PHB代謝，利用釋放的能量形成細(xì)胞儲(chǔ)存磷酸鹽鍵，可以與聚磷酸鹽結(jié)合，從而將磷酸鹽從溶液中去除。一般活性污泥處理系統(tǒng)中常見的異養(yǎng)菌中磷的組成占細(xì)胞干重的1.5% ～2%，但很多種細(xì)菌其細(xì)胞都可以富能聚磷酸鹽的形態(tài)儲(chǔ)存磷，導(dǎo)致活性污泥生物質(zhì)(VSS)中的磷含量高達(dá)20% ～30%。儲(chǔ)存了大量聚磷酸鹽的生物體隨剩余污泥排放，即使得磷從生化系統(tǒng)中排除。從上述原理出發(fā)，應(yīng)該設(shè)法提高水解池的酸化效果，以及提高聚磷菌在生化污泥中的優(yōu)勢地位。

2.2 改善水解酸化作用后除磷效果

首先從強(qiáng)化水解酸化作用方面入手，對除磷效果進(jìn)行考察。

水解酸化作用的強(qiáng)化，需要增加厭氧污泥的濃度，并降低水解池的氧化還原電位。如前所述，在之前的運(yùn)行中，水解酸化池由于布水管入口漩渦問題，造成進(jìn)水中夾帶部分空氣，影響了水解酸化的厭氧環(huán)境，并且由于輕微曝氣作用，導(dǎo)致部分污泥隨出水從池上的出水堰溢流，致使池內(nèi)污泥存量減少，達(dá)不到水解酸化的最佳效果。通過解決布水管進(jìn)口夾氣的問題，使該池不再進(jìn)入空氣，又通過定時(shí)排泥，控制池內(nèi)污泥不再從出水堰溢流出來。

經(jīng)過上述處理后增加了水解池的污泥濃度，并強(qiáng)化了池內(nèi)的厭氧環(huán)境，理論上除磷效果應(yīng)有所提高。但實(shí)際檢測的結(jié)果顯示，經(jīng)過改進(jìn)之后出水磷的含量不低反高(見圖2)。

圖2 改善厭氧酸化條件后進(jìn)出水總磷的變化情況Fig.2 Change of TP's Content after Acidification Condition Improved

隨后一個(gè)月的觀察期內(nèi)出水總磷濃度在1.1～1.8 mg/L之間波動(dòng)，平均值為1.4 mg/L左右，結(jié)果如表3所示。

表3 改善酸化條件后進(jìn)出水指標(biāo)Tab.3 Index of Influent and Effluent afterAcidification Condition Improved

2.3 分析和改善

對整改前后的差異進(jìn)行對比尋找問題產(chǎn)生的原因。首先，該廠整體運(yùn)行穩(wěn)定，觀察期間內(nèi)進(jìn)水水質(zhì)水量沒有異常波動(dòng)，采取整改措施之后，水解池內(nèi)的水解酸化的條件必然得以改善。事實(shí)上，本廠進(jìn)水pH監(jiān)測時(shí)段內(nèi)平均值為8.5左右(本廠進(jìn)水因工業(yè)廢水含量較多而偏堿性)，而水解池出水pH為7.5左右，呈比較明顯的酸化效果;另外，對水解池出水的總磷進(jìn)行測定，平均值與進(jìn)水基本無差別，這說明水解池沒有起到明顯的厭氧釋磷作用。

經(jīng)分析認(rèn)為整改前后明顯的差異是整改前有部分污泥在輕微曝氣作用下隨水解池出水溢流進(jìn)入后續(xù)的生化池，而整改之后這部分污泥不再溢流。因此可以認(rèn)為這部分污泥應(yīng)該是該廠除磷效果下降的關(guān)鍵因素。

該廠水解酸化池中存留的污泥并非完全是自身產(chǎn)生的厭氧污泥，很大一部分是來自本廠好氧系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥。這些污泥通過兩種渠道進(jìn)入水解池:一是該廠剩余污泥按PLC程序定時(shí)排放至儲(chǔ)泥池，當(dāng)儲(chǔ)泥池進(jìn)滿時(shí)，大量污泥通過溢流管道溢流進(jìn)入進(jìn)水泵站，循環(huán)至水解酸化池;另一部分是該廠污泥脫水設(shè)施工作時(shí)，有大量壓濾液進(jìn)入排水管道，同樣回流至進(jìn)水泵房。壓濾液的污泥濃度經(jīng)測定大約在1 000 mg/L左右。在之前運(yùn)行中，部分污泥從水解池的出水堰溢流出來后使污泥在整個(gè)生化系統(tǒng)中形成動(dòng)態(tài)循環(huán)，經(jīng)過了整個(gè)厭氧和好氧的過程，而在采取整改措施之后，這部分污泥不再從水解池出水堰溢流，只能在水解池和進(jìn)水泵房之間循環(huán)，不再進(jìn)入好氧池。由于聚磷菌需要在厭氧和好氧交替作用下才能建立優(yōu)勢地位，而上述人為的阻斷作用，使系統(tǒng)中的微生物失去了厭氧好氧交替環(huán)境，即聚磷菌失去了優(yōu)勢地位，這可能是導(dǎo)致出水磷含量大幅增加的原因。

從上述分析出發(fā)，進(jìn)一步采取措施進(jìn)行整改，在解決布水口進(jìn)水夾氣的問題的基礎(chǔ)上，延長好氧池的剩余污泥泵開啟時(shí)間，使更多的活性污泥通過儲(chǔ)泥池溢流管道回流至進(jìn)水泵房并進(jìn)入水解池中，同時(shí)減少水解池的排泥量，使水解池內(nèi)污泥濃度自然積累到一定程度后，部分污泥從上部出水堰溢流至好氧生化池中，并通過控制底部排泥量，使通過出水堰溢流的污泥量逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)。

以上措施一方面提高了水解池內(nèi)污泥含量，強(qiáng)化了水解酸化的作用;另一方面使一部分活性污泥經(jīng)過厭氧-好氧的完整循環(huán)，增強(qiáng)了聚磷菌在整個(gè)生化系統(tǒng)中的優(yōu)勢地位。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果如圖3所示，出水磷逐步降低。

對水解池出水磷進(jìn)行監(jiān)測，本段出水的總磷含量較進(jìn)水總磷含量平均高約2 mg/L，這說明經(jīng)過這一調(diào)整過程，水解池起到了明顯的厭氧釋磷效果。

圖3 進(jìn)一步整改之后進(jìn)出水總磷的變化情況ig.3 Change of TP's Content after Further Improving

在隨后的運(yùn)行中，日常磷的出水指標(biāo)基本穩(wěn)定在0.7 mg/L以下，平均值在0.5 mg/L左右。經(jīng)過整改穩(wěn)定運(yùn)行30 d后的平均指標(biāo)如表4所示。

表4 經(jīng)改善后的進(jìn)出水指標(biāo)Tab.4 Index of Influent and Effluent after Further Improving

3 結(jié)論

(1)要使聚磷菌在生化菌群中占據(jù)優(yōu)勢，不僅需要?jiǎng)?chuàng)造更佳的厭氧條件來促進(jìn)進(jìn)水有機(jī)物的水解酸化，為聚磷菌提供優(yōu)質(zhì)碳源，更要?jiǎng)?chuàng)造條件使聚磷菌能夠在整個(gè)生化系統(tǒng)中循環(huán)。

(2)從上述實(shí)踐可見，雖然經(jīng)過水解池和CAST池完整循環(huán)的活性污泥量只占整個(gè)活性污泥量的很小的比例，但卻起到了很好的除磷效果。這說明聚磷菌的聚磷能力確如文獻(xiàn)［3］所述可以達(dá)到較高的水平，另一方面也說明較少量的活性污泥回流，可以確保厭氧段的厭氧環(huán)境不受破壞，從而保證聚磷菌的釋磷效果。

(3)從本次除磷調(diào)試過程可以看出，水解—CAST工藝中，水解池在生化除磷過程中起到了重要作用。因此可以設(shè)想有初沉池的污水廠也可以通過一定的控制手段，使其除磷的功能增強(qiáng)。

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