尹博涵　王社平　常虹　萬瓊　張新艷

摘要：以西安市某污水處理廠實(shí)際污泥水為研究對象，采用序批式OAN反應(yīng)器對其進(jìn)行了處理，結(jié)果表明：TCOD，TP，NH4+ -N和SS的平均去除率分別為93.3%，52. 52％，99.87%和88. 82%。OAN反應(yīng)器中富集硝化菌活性污泥的氨氧化速率（AUR）和亞硝酸鹽氧化速率（NUR）平均值分別為7.84 mg/（gMLSS×h）和12. 17 mg/（gMLSS×h），遠(yuǎn)高于污水處理廠系統(tǒng)活性污泥AUR 2. 64 mg/（gMLSS×h）和NUR 2.95 mg/（gMLSS×h）的硝化速率，可將富集硝化菌的活性污泥添加入污水處理廠系統(tǒng)以強(qiáng)化生物脫氮。

關(guān)鍵詞：城市污水；污泥水；脫氮除磷

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

污泥水是指城市污水處理廠污泥處理過程中產(chǎn)生的廢水，主要包括污泥濃縮及污泥消化過程中的上清液和污泥脫水產(chǎn)生的脫水濾液。污泥水的流量占城市污水處理廠總進(jìn)水量的0.7%～2.0%，流量較小，但污染物濃度相對較高，并且存在低C/N的特點(diǎn)，同時，不同的污水處理工藝會使污泥水的水量水質(zhì)有較大差異。目前中國已建或在建城市污水處理廠普遍把污泥水回流至進(jìn)水端進(jìn)行再處理，對進(jìn)水沖擊較大，常使得實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)劣于設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。資料顯示，由于污泥水中可能存在重金屬等有害物質(zhì)，將其返回至污水處理系統(tǒng)中后還可能會降低活性污泥的硝化速率。所以研究城市污水處理廠的高污染物濃度的污泥水處理具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值。

目前，污泥水單獨(dú)處理在污水處理廠中應(yīng)用較少，王怡等采用MBBR工藝對污泥水進(jìn)行短程硝化一厭氧氧化處理的試驗(yàn)研究，此外關(guān)于污泥水單獨(dú)處理的工藝還有吹脫法、InNitri工藝等。此次中試以去除COD、NH4+ -N和SS為主，同時富集硝化菌為目的，采用了序批式OAN（好氧一缺氧）反應(yīng)器對污泥水的單獨(dú)處理進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以期降低污泥水對污水處理廠進(jìn)水的沖擊影響，富集的硝化菌可投加入污水處理廠系統(tǒng)提高其硝化能力。

1 試驗(yàn)裝置及運(yùn)行

序批式OAN反應(yīng)器如圖1所示。OAN反應(yīng)器材料為不銹鋼，尺寸L×B×H為0.8 mx0.8 m×1．3m，超高0.3 m，有效容積為0.64 m3。進(jìn)水箱材料為ABS塑料，尺寸L×B×H為0.53 m×0.48 m×0. 74 m，總?cè)莘e為0.19 m3。

序批式OAN反應(yīng)器每周期進(jìn)水量為0.16 m3，HRT為32 h，運(yùn)行周期為8h，其中前Sh進(jìn)水并曝氣，隨后th攪拌，最后靜置2h，在靜置的最后10 min出水。反應(yīng)器中MLSS變化范圍為1 962 mg/L -6 247 mg/L，平均值為3 814 mg/L。反應(yīng)器曝氣氣源來自污水處理廠鼓風(fēng)機(jī)房，由PLC控制曝氣閥門的啟閉。

2 試驗(yàn)用水及水質(zhì)

國內(nèi)外部分污泥水的水質(zhì)情況如表1所示。從表1可知，污水處理廠污泥水水質(zhì)波動很大，國內(nèi)外不同地區(qū)的污水處理廠和同一地區(qū)不同污水廠的污泥水水質(zhì)存在較大差異，同一污水廠不同時期的污泥水水質(zhì)濃度波動較大。如天津的幾座污水廠和Kumamoto East WWTP，而污泥水中污染物濃度普遍較高。序批式OAN反應(yīng)器試驗(yàn)用水為污泥濃縮脫水濾液，水質(zhì)情況見表2。

3 分析檢測方法

水樣于現(xiàn)場取出后用0. 45 mm的定性濾紙（灰分為0. 15%，杭州特種紙業(yè)有限公司）立即過濾并測定，活性污泥樣取出后，約1.5 h后帶至實(shí)驗(yàn)室鏡檢，觀測生物相并拍照。分析檢測方法來源于國家環(huán)境保護(hù)總局頒布的《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）。

硝化速率，從反應(yīng)器好氧區(qū)取出一定量活性污泥混合液用蒸餾水稀釋一倍（污泥沉降性能相對較好時可不稀釋），用蒸餾水淘洗三次，平均分為兩份，分別加入NH4（H）CO3和NaON2以測定氨氧化速率（ammonia utilization rate，AUR）和亞硝酸鹽氧化速率（nitrogen utilization rate，NUR），在AUR測定前加入適量NaHCO3作為緩沖液以調(diào)節(jié)待測液在測定過程中pH維持在7.0左右。AUR和NUR測定中，NH4+ -N和NO2- -N起始濃度控制范圍為20 mg/L - 30 mg/L，DO控制范圍為2 mg/L -5 mg/L，常溫下進(jìn)行，曝氣開始5 min后每隔10 min- 20 min取樣分析，具體取樣間隔時間視反應(yīng)器硝化效果而定。

4 結(jié)果與討論

反應(yīng)器穩(wěn)定階段試驗(yàn)研究歷時約6個月，COD、P、N和SS指標(biāo)取樣檢測周期為10 d／次，AUR和NUR檢測周期為15 - 20d/次。對各種污染物去除情況見圖2。

4.1 對COD的去除效果

如圖2（a）所示，反應(yīng)器運(yùn)行期間進(jìn)出水TCOD、SCOD值及其去除率。如圖2（a）所示，反應(yīng)器進(jìn)水TCOD值較高，波動較大，變化范圍為357. 14 mg/L -1 011. 67 mg/L，平均值為629. 97 mg/L；SCOD值較低，變化范圍為82. 09 mg/L - 320. 31 mg/L，平均值為164. 01 mg/L，TCOD/SCOD=3.84，這是由于進(jìn)水中SS較高引起的。出水COD值相對穩(wěn)定，TCOD平均值為46. 50 mg/L，SCOD平均值為34. 19 mg/L，TCOD去除率達(dá)93. 3%，說明OAN反應(yīng)器可以穩(wěn)定高效地去除污泥水中的COD，且能承受較大沖擊負(fù)荷。

4.2 對P的去除效果

如圖2（b）所示，實(shí)際監(jiān)測的反應(yīng)器進(jìn)出水TP值、P04- -P值及TP去除率情況。如圖2（b）所示，進(jìn)水TP值變化范圍為9.65 mg/L - 80. 95 mg/L，平均值為34. 42 mg/L，波動非常大，進(jìn)水PO3-4 -P值變化范圍為5. 72 mg/L - 15. 49 mg/L，平均值為9. 26 mg/L。這是由污泥脫水濾液的水質(zhì)決定的。由于西安市第四污水處理廠污泥脫水車間設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，脫水濾液的水質(zhì)波動非常大，尤其是SS值的波動。所以污泥脫水濾液中TP的主要組成部分為富磷污泥中的非溶解性磷。出水TP值變化范圍為4. 58 mg/L -40. 02 mg/L，平均值為14. 98 mg/L，PO3-4 -P值變化范圍為4.37 mg/L - 34. 79 mg/L，平均值為12. 24 mg/L，TP平均去除率為52. 52%。

4.3 對N的去除效果

如圖2（c）所示，實(shí)際監(jiān)測的反應(yīng)器進(jìn)出水TN值、NH4+ -N值及其去除率。如圖2（c）所示，進(jìn)水中TN值變化范圍為364. 88 mg/L -481. 57 mg/L，平均值為408. 32 mg/L，進(jìn)水NH4+ -N值變化范圍為305. 00 mg/L - 426. 00

mg/L，平均值為343. 47 mg/L。出水TN值變化范圍為329. 36 mg/L - 425. 99 mg/L，平均值為366. 94 mg/L，出水NH4+ -N值變化范圍為0. 00 mg/L -1.35 mg/L，平均值為0.42 mg/L。TN平均去除率僅為9. 72%，NH4+ -N平均去除率高達(dá)99. 87%。OAN反應(yīng)器對NH4+ -N的去除率非常高，反硝化效果并不好，這與污泥水的低C/N特點(diǎn)有關(guān)。

4.4 對SS的去處效果

如圖2（d）所示，實(shí)際監(jiān)測的反應(yīng)器進(jìn)出水SS值及去除率。如圖2（d）所示，進(jìn)水SS變化范圍為216 mg/L - 990 mg/L，平均值為564. 61 mg/L，波動相對較大，出水SS變化范圍為27 mg/L - 171 mg/L，平均值為59. 67 mg/L，SS平均去除率為88. 82%。進(jìn)水中SS值取決于污泥脫水濾液的水質(zhì)情況。OAN反應(yīng)器除能去除大部分SS外，還可以承受較大的沖擊負(fù)荷。經(jīng)單獨(dú)處理后的污泥水再返回至污水處理系統(tǒng)進(jìn)水端時，其所產(chǎn)生的負(fù)荷已大幅度降低，這對于減少氮、磷在污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)中反復(fù)循環(huán)起到了很大的作用。

4.5 富集硝化菌活性污泥的培養(yǎng)

OAN反應(yīng)器在處理污泥水的同時，可以培養(yǎng)出富集硝化菌的活性污泥，以用于投加入污水處理廠系統(tǒng)中強(qiáng)化生物脫氮。對反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的氨氧化速率（AUR）及亞硝酸鹽氧化速率（NUR）進(jìn)行了測定，測定結(jié)果見表3。

從表3可看出，在對OAN反應(yīng)器內(nèi)活性污泥的AUR和NUR的測定中，各次速率測定的相關(guān)系數(shù)R2基本大于0. 99，說明速率值測定準(zhǔn)確可信。活性污泥AUR及NUR值基本穩(wěn)定，AUR波動范圍為5. 61 mg/（gMLSS×h）- 10.11 mg/（gMLSS×h），平均值高達(dá)7. 84 mg/（gMLSS×h）；NUR波動范圍為9. 03 mg/（gMLSS×h）- 16. 72 mg/（gMLSS×h），平均值高達(dá)12. 17 mg/（gMLSS×h），表明OAN反應(yīng)器活性污泥具有較高的硝化活性。

此外，對污水處理廠內(nèi)活性污泥AUR和NUR分別進(jìn)行了測定，測定結(jié)果見表4。

從表4可知，污水廠實(shí)際運(yùn)行（SRT約為20 d）活性污泥的AUR和NUR平均值分別為2.64和2. 95 mg/（gMLSS×h），分別為OAN反應(yīng)器中活性污泥的平均AUR和NUR值的33. 67%和24.24%，說明添加OAN反應(yīng)器富集硝化菌效果顯著。陳金聲等對閔行污水處理廠、某石化廠污水處理廠生物脫氮系統(tǒng)硝化段活性污泥的AUR和NUR值進(jìn)行了測定，速率值分別為1. 92和0.19 mg/（gMLSS×h），同樣遠(yuǎn)低于OAN反應(yīng)器內(nèi)的測定值。

5 結(jié)論

序批式OAN反應(yīng)器處理污染物濃度較高的污泥水時，工藝運(yùn)行穩(wěn)定，污染物去除率高。TCOD，TP，NH4+ -N和SS的平均去除率分別為93.3%，52. 52%，99. 87%和88. 82%。反應(yīng)器中始終存在較高的NO-3 -N，且工藝對碳源的分配不利于生物除磷，所以PO4- -P值在反應(yīng)器未呈現(xiàn)“釋磷吸磷”規(guī)律，TP的平均去除率為52. 52%磷的去除主要由活性污泥對SS的吸附完成的。OAN反應(yīng)器可以培育出富集硝化菌的活性污泥，其氨氧化速率（AUR）及亞硝酸鹽氧化速率（NUR）平均值分別為7. 84 mg/（gMLSS×h）和12. 17 mg/（gMLSS×h），遠(yuǎn)高于常規(guī)污水處理廠脫氮除磷工藝測定值，可添加入污水處理廠活性污泥系統(tǒng)以強(qiáng)化生物脫氮。