吳昌敏，閆懷國，王喧，季民

（天津大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300072）

　　摘要：通過試驗研究，分析比較了與厭氧污泥膨脹床（EGSB）串聯(lián)的厭氧生物濾池、好氧生物濾池和活性污泥法三種不同方法處理城市污水時的工藝性能。厭氧生物濾池的出水COD_Cr濃度較高，好氧生物濾池出水中常會有較多的難沉淀分離的懸浮物；而活性污泥法作為EGSB的串聯(lián)工藝，能夠達到較好的出水水質和穩(wěn)定的處理效果。

　　關鍵詞：EGSB；厭氧-好氧；生物濾池；活性污泥法

　　前文論述了厭氧－好氧生物法處理城市污水的系統(tǒng)中，常溫厭氧污泥膨脹床（EGSB）反應器的工藝性能與凈化機理^[1]，本文重點介紹與EGSB相串聯(lián)的后續(xù)處理工藝的性能和適應性。雖然厭氧生物處理是一種有效又經濟的處理方法，但單一的厭氧處理工藝往往難以獲得理想的出水水質，因此為滿足嚴格的出水排放標準要求，需要在厭氧階段之后，再串聯(lián)一段生物處理工藝，以取得穩(wěn)定的高質出水。對不同的污水水質和處理條件，厭氧反應器后續(xù)處理工藝有多種不同選擇^[2]。本文分別試驗研究了厭氧生物濾池、好氧生物濾池和活性污泥法3種不同的工藝與EGSB相串聯(lián)時的處理效果和工藝性能。試驗結果表明，采用EGSB串聯(lián)活性污泥法組合工藝處理低濃度城市污水，COD_Cr去除效果最好、運行穩(wěn)定、污泥沉淀性能良好、出水能夠達到一級排放標準要求。該工藝具有水力停留時間短、處理效率高、能耗低的特點，特別適用于中小型污水處理廠。如果有除磷脫氮要求，只需對工藝稍加改進即可。

　　1 試驗裝置和分析方法

　　試驗分為三個階段進行，每個階段的厭氧EGSB反應器的后續(xù)處理工藝分別為厭氧生物濾池、好氧生物濾池和活性污泥反應器。EGSB反應器的結構構造前文已介紹。厭氧和好氧生物濾池均采用透明有機玻璃柱加工而成，內徑200 mm，高1.30 m，體積40.82 L；柱內填充粒徑為2～4 cm的爐渣0.8 m作為濾料，濾料體積占整個反應器的61.5%。活性污泥反應器采用透明有機玻璃柱加工而成，內徑為80 mm，有效的體積為2 L。處理系統(tǒng)裝置見圖1。

　　水質分析方法與前文相同。

　　2 試驗結果和分析討論

　　2.1 厭氧生物濾池（AF）的處理效果

　　以盡可能低的能耗取得理想的處理效果是城市污水處理優(yōu)化設計的目標，為此本研究首先選擇在EGSB反應器后串聯(lián)厭氧生物濾池，以實現(xiàn)二級處理主體工藝上的無能耗（沒有曝氣）。據(jù)巴西某地的研究報道^[3,4]，在用UASB+AF聯(lián)合處理進水濃度在580 mg/L的城市污水時，在UASB水力停留時間為4 h，AF水力停留時間2 h的條件下，串聯(lián)系統(tǒng)COD_Cr去除率可達87%，出水COD_Cr濃度為76 mg/L。

　　本研究的厭氧生物濾池采用無接種的自然掛膜法，EGSB出水由AF的底部進入，大約運行了10天以后，即可發(fā)現(xiàn)填料上布滿了生物膜。厭氧生物濾池與EGSB串聯(lián)共運行了70天，其運行工況和去除結果見表1。（表1中的日期指的是從EGSB開始運行時算起的延續(xù)試驗時間，COD指COD_Cr，以下同。）

圖1  試驗裝置示意圖

表1  厭氧生物濾池（AF）的運行工況和處理結果

　　從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，在水力停留時間2～5 h的操作條件下，AF反應器的COD去除率僅1.58%～23.3%，出水COD一般都大于100 mg/L（國家污水綜合排放標準的一級排放濃度），顯然這種運行結果不理想。也許進一步增加AF反應器的水力停留時間能夠增加去除效率，但過長的水力停留時間會使整個系統(tǒng)的占地面積加大，造成基建投資費用的增加，達不到經濟高效的目的。由此也說明有時國外報道的經驗也需要我們自己的實踐驗證。在運行過程中還發(fā)現(xiàn)AF的出水中有時含有大量的脫落生物膜，且沉淀性能較差。在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，出水夾帶的生物膜上有大量的絲狀菌。初步的試驗結果證明采用厭氧生物濾池作為厭氧EGSB的后續(xù)工藝是不適合的。

　　3.2好氧生物濾池的運行效果

　　①好氧生物濾池反應器的構造與厭氧生物濾池完全相同，只是在濾池底部布置了微孔曝氣器進行曝氣。好氧生物濾池連續(xù)運行了3個半月，試驗進程的4個階段的運行工況如表2所示。

表2  好氧生物濾池的運行工況

　　第一階段目的在于使好氧濾池盡快的運行穩(wěn)定，第二階段主要是考察好氧濾柱在高濾速的條件下的去除情況，第三、四階段主要是因為EGSB工藝的調整而使運行情況發(fā)生了變化。所有的試驗運行階段中，均控制反應器內溶解氧的濃度在4.0 mg/L，氣水比基本維持在1.0～2.0:1。

　?、诤醚跎餅V池的處理結果

　　圖2顯示了四個運行階段中，好氧生物濾池COD的去除結果。由圖2可以看出，當進入（EGSB出水）好氧生物濾池的COD為120～220 mg/L，水力停留時間為1～4.55 h，生物濾池空床水流上升流速為0.29～1.27 m/h的操作條件下，好氧生物濾池的出水COD基本上都小于100 mg/L，COD去除率為30%～65%。對比厭氧生物濾池的處理結果，好氧生物濾池能夠取得更好的出水水質，而且其氣水比僅有1.0～2.0︰1，能耗很低。

圖2  好氧生物濾柱自身對COD的去除結果

　?、?EGSB+好氧生物濾池串聯(lián)系統(tǒng)的總去除率

　　圖3給出了EGSB+好氧濾柱系統(tǒng)對COD的總的去除情況。從圖中可以看出在進水COD濃度為160～290 mg/L的情況下，出水COD的平均濃度為73.9 mg/L，

　　系統(tǒng)COD總去除率為50%～72%。如果僅從去除率的絕對數(shù)值上來看，并不十分理想，但就出水COD的絕對濃度數(shù)值看，在近100天的試驗運行過程，僅1～2天的出水COD濃度大于100 mg/L，因此，EGSB+好氧生物濾池串聯(lián)系統(tǒng)應該屬于高效、低能耗的處理系統(tǒng)。

圖3  EGSB+好氧生物濾池系統(tǒng)對COD總的去除效果

　　試驗中發(fā)現(xiàn)好氧生物濾池的出水經常有脫落的生物膜出現(xiàn)，而且有時EGSB的厭氧顆粒污泥會穿透濾柱被帶出。生物濾池脫落下的生物膜沉降性較差，靜沉2 h很難使出水的SS降低到30 mg/L以下。鏡檢發(fā)現(xiàn)脫落的生物膜主要含有大量的絲狀菌和硫細菌，這可能是致使沉淀效果差的原因。如果采用好氧生物濾池作為厭氧生物處理的后續(xù)工藝，可能需要配備混凝沉淀工藝，那樣就會增加污水處理費用。

　　3.3 活性污泥法的處理效果

　?、?活性污泥反應池的運行方式

　　試驗采用間歇進出水的方式進行。每天具體的運行方式為：早上8:00，排除反應器內前一天的水，取EGSB的出水，投入反應器內，曝氣2 h，沉淀0.5 h，排水；然后再投入EGSB的出水，曝氣2 h，沉淀0.5 h，取樣化驗，排水；最后按第一步的方式再換一次水后，向反應器內加入EGSB的出水，將反應器以曝氣1.0 h，沉淀0.5 h的方式運行，以保證活性污泥的活性至第二天。具體的工藝運行參數(shù)見表3，從表3可以看出這三個不同運行階段主要是改變了反應器內的污泥濃度。

表3  活性污泥試驗的運行參數(shù)

　　②活性污泥反應池的處理效果

　　圖4表示了活性污泥反應池對COD的去除效果。結合運行工況可以看出，通過加大反應器內的污泥濃度，可以使有機物的去除率增加：第一階段進水COD為129.5 mg/L，COD去除率為53.2%；第二階段進水COD為121.7 mg/L，COD去除率為50.7%；第三階段進水COD165.5 mg/L，COD去除率為71.0%。這表明將污泥濃度控制在2700 mgSS/L，污泥負荷為0.62 kgCOD/kgSS·d時能夠保證取得較好的去除效果。而且，污泥的沉降性能良好。在靜沉0.5 h的條件下，出水SS低于20 mg/L，污泥30 min沉降比為24%，SVI值為89。整個試驗過程中，活性污泥出水的平均COD為55.3 mg/L，用中速定性濾紙過濾后的COD為46.6 mg/L，兩者的比值為0.84。

圖4  活性污泥反應池對COD的去除效率

　?、?EGSB+活性污泥反應池系統(tǒng)的處理效果

　　在進行活性污泥處理試驗的過程中，EGSB的水力停留時間1.15 h，系統(tǒng)進水COD濃度150.3～295.3 mg/L，EGSB出水COD濃度為92.6～222.2 mg/L，平均去除率為28.3%。EGSB的出水進入活性污泥反應池，在曝氣2 h條件下，出水COD濃度在27.8～75.7 mg/L范圍內，平均小于60 mg/L。

　　4 結論

　?、俨捎肁F作為厭氧EGSB的后續(xù)工藝，處理城市污水時，雖有整個系統(tǒng)不需要曝氣耗能的優(yōu)點，但處理效率有限，難以保證出水的COD_Cr<100 mg/L。

　?、诓捎肊GSB+好氧生物濾池的工藝組合方式，在EGSB和好氧生物濾柱的水力停留時間分別為1.13～1.55 h和1～4.45 h條件下，進水COD_Cr平均濃度為193.5 mg/L的時，系統(tǒng)COD_Cr總去除率達到61.1%，出水COD_Cr值低于100 mg/L。但是好氧生物濾池的出水中常常夾帶難以沉降的脫落生物膜，使出水的SS值偏高。

　?、鄄捎肊GSB+活性污泥法的組合工藝處理低濃度城市污水，COD_Cr去除效果最好、運行穩(wěn)定、污泥沉淀性能良好、出水COD平均低于60 mg/L。最佳工藝參數(shù)EGSB：反應區(qū)上升流速為2.65 m/h，水力停留時間為1.2 h；活性污泥工藝污泥負荷為0.62 kgCOD_Cr/kgSS·d，水力停留時間為2.0 h。

　　參考文獻

　　[1] 吳昌敏, 等. 厭氧－好氧串聯(lián)工藝處理城市污水試驗研究（Ι）：-常溫EGSB工藝對城市污水的處理.

　　[2] 吳昌敏. 常溫EGSB工藝在城市污水處理中的應用及其后續(xù)工藝的研究. 天津大學碩士學位論文, 2002, 1.15-16

　　[3] C A L Chernicharo & R M G Machado. Feasibility of the UASB/AF system for domestic sewage treatment in developing country. Wat.Sci.Tech., 1998, 38(8-9): 325-332.

　　[4] Ricardo Franci Goncalves, et al. Association of the UASB/AF system for domestic sewage treatment in developing country. Wat. Sci. Tech., 1998, 38(8-9): 189-195.