厌氧EGSB出水的后续处理工艺比较

吴昌敏，闫怀国，王喧，季民

（天津大学环境科学与工程学院，天津 300072）

　　摘要：通过试验研究，分析比较了与厌氧污泥膨胀床（EGSB）串联的厌氧生物滤池、好氧生物滤池和活性污泥法三种不同方法处理城市污水时的工艺性能。厌氧生物滤池的出水COD_Cr浓度较高，好氧生物滤池出水中常会有较多的难沉淀分离的悬浮物；而活性污泥法作为EGSB的串联工艺，能够达到较好的出水水质和稳定的处理效果。

　　关键词：EGSB；厌氧-好氧；生物滤池；活性污泥法

　　前文论述了厌氧－好氧生物法处理城市污水的系统中，常温厌氧污泥膨胀床（EGSB）反应器的工艺性能与净化机理^[1]，本文重点介绍与EGSB相串联的后续处理工艺的性能和适应性。虽然厌氧生物处理是一种有效又经济的处理方法，但单一的厌氧处理工艺往往难以获得理想的出水水质，因此为满足严格的出水排放标准要求，需要在厌氧阶段之后，再串联一段生物处理工艺，以取得稳定的高质出水。对不同的污水水质和处理条件，厌氧反应器后续处理工艺有多种不同选择^[2]。本文分别试验研究了厌氧生物滤池、好氧生物滤池和活性污泥法3种不同的工艺与EGSB相串联时的处理效果和工艺性能。试验结果表明，采用EGSB串联活性污泥法组合工艺处理低浓度城市污水，COD_Cr去除效果最好、运行稳定、污泥沉淀性能良好、出水能够达到一级排放标准要求。该工艺具有水力停留时间短、处理效率高、能耗低的特点，特别适用于中小型污水处理厂。如果有除磷脱氮要求，只需对工艺稍加改进即可。

　　1 试验装置和分析方法

　　试验分为三个阶段进行，每个阶段的厌氧EGSB反应器的后续处理工艺分别为厌氧生物滤池、好氧生物滤池和活性污泥反应器。EGSB反应器的结构构造前文已介绍。厌氧和好氧生物滤池均采用透明有机玻璃柱加工而成，内径200 mm，高1.30 m，体积40.82 L；柱内填充粒径为2～4 cm的炉渣0.8 m作为滤料，滤料体积占整个反应器的61.5%。活性污泥反应器采用透明有机玻璃柱加工而成，内径为80 mm，有效的体积为2 L。处理系统装置见图1。

　　水质分析方法与前文相同。

　　2 试验结果和分析讨论

　　2.1 厌氧生物滤池（AF）的处理效果

　　以尽可能低的能耗取得理想的处理效果是城市污水处理优化设计的目标，为此本研究首先选择在EGSB反应器后串联厌氧生物滤池，以实现二级处理主体工艺上的无能耗（没有曝气）。据巴西某地的研究报道^[3,4]，在用UASB+AF联合处理进水浓度在580 mg/L的城市污水时，在UASB水力停留时间为4 h，AF水力停留时间2 h的条件下，串联系统COD_Cr去除率可达87%，出水COD_Cr浓度为76 mg/L。

　　本研究的厌氧生物滤池采用无接种的自然挂膜法，EGSB出水由AF的底部进入，大约运行了10天以后，即可发现填料上布满了生物膜。厌氧生物滤池与EGSB串联共运行了70天，其运行工况和去除结果见表1。（表1中的日期指的是从EGSB开始运行时算起的延续试验时间，COD指COD_Cr，以下同。）

图1  试验装置示意图

表1  厌氧生物滤池（AF）的运行工况和处理结果

　　从表1中的数据可以看出，在水力停留时间2～5 h的操作条件下，AF反应器的COD去除率仅1.58%～23.3%，出水COD一般都大于100 mg/L（国家污水综合排放标准的一级排放浓度），显然这种运行结果不理想。也许进一步增加AF反应器的水力停留时间能够增加去除效率，但过长的水力停留时间会使整个系统的占地面积加大，造成基建投资费用的增加，达不到经济高效的目的。由此也说明有时国外报道的经验也需要我们自己的实践验证。在运行过程中还发现AF的出水中有时含有大量的脱落生物膜，且沉淀性能较差。在显微镜下观察发现，出水夹带的生物膜上有大量的丝状菌。初步的试验结果证明采用厌氧生物滤池作为厌氧EGSB的后续工艺是不适合的。

　　3.2好氧生物滤池的运行效果

　　①好氧生物滤池反应器的构造与厌氧生物滤池完全相同，只是在滤池底部布置了微孔曝气器进行曝气。好氧生物滤池连续运行了3个半月，试验进程的4个阶段的运行工况如表2所示。

表2  好氧生物滤池的运行工况

　　第一阶段目的在于使好氧滤池尽快的运行稳定，第二阶段主要是考察好氧滤柱在高滤速的条件下的去除情况，第三、四阶段主要是因为EGSB工艺的调整而使运行情况发生了变化。所有的试验运行阶段中，均控制反应器内溶解氧的浓度在4.0 mg/L，气水比基本维持在1.0～2.0:1。

　　②好氧生物滤池的处理结果

　　图2显示了四个运行阶段中，好氧生物滤池COD的去除结果。由图2可以看出，当进入（EGSB出水）好氧生物滤池的COD为120～220 mg/L，水力停留时间为1～4.55 h，生物滤池空床水流上升流速为0.29～1.27 m/h的操作条件下，好氧生物滤池的出水COD基本上都小于100 mg/L，COD去除率为30%～65%。对比厌氧生物滤池的处理结果，好氧生物滤池能够取得更好的出水水质，而且其气水比仅有1.0～2.0︰1，能耗很低。

图2  好氧生物滤柱自身对COD的去除结果

　　③ EGSB+好氧生物滤池串联系统的总去除率

　　图3给出了EGSB+好氧滤柱系统对COD的总的去除情况。从图中可以看出在进水COD浓度为160～290 mg/L的情况下，出水COD的平均浓度为73.9 mg/L，

　　系统COD总去除率为50%～72%。如果仅从去除率的绝对数值上来看，并不十分理想，但就出水COD的绝对浓度数值看，在近100天的试验运行过程，仅1～2天的出水COD浓度大于100 mg/L，因此，EGSB+好氧生物滤池串联系统应该属于高效、低能耗的处理系统。

图3  EGSB+好氧生物滤池系统对COD总的去除效果

　　试验中发现好氧生物滤池的出水经常有脱落的生物膜出现，而且有时EGSB的厌氧颗粒污泥会穿透滤柱被带出。生物滤池脱落下的生物膜沉降性较差，静沉2 h很难使出水的SS降低到30 mg/L以下。镜检发现脱落的生物膜主要含有大量的丝状菌和硫细菌，这可能是致使沉淀效果差的原因。如果采用好氧生物滤池作为厌氧生物处理的后续工艺，可能需要配备混凝沉淀工艺，那样就会增加污水处理费用。

　　3.3 活性污泥法的处理效果

　　① 活性污泥反应池的运行方式

　　试验采用间歇进出水的方式进行。每天具体的运行方式为：早上8:00，排除反应器内前一天的水，取EGSB的出水，投入反应器内，曝气2 h，沉淀0.5 h，排水；然后再投入EGSB的出水，曝气2 h，沉淀0.5 h，取样化验，排水；最后按第一步的方式再换一次水后，向反应器内加入EGSB的出水，将反应器以曝气1.0 h，沉淀0.5 h的方式运行，以保证活性污泥的活性至第二天。具体的工艺运行参数见表3，从表3可以看出这三个不同运行阶段主要是改变了反应器内的污泥浓度。

表3  活性污泥试验的运行参数

　　②活性污泥反应池的处理效果

　　图4表示了活性污泥反应池对COD的去除效果。结合运行工况可以看出，通过加大反应器内的污泥浓度，可以使有机物的去除率增加：第一阶段进水COD为129.5 mg/L，COD去除率为53.2%；第二阶段进水COD为121.7 mg/L，COD去除率为50.7%；第三阶段进水COD165.5 mg/L，COD去除率为71.0%。这表明将污泥浓度控制在2700 mgSS/L，污泥负荷为0.62 kgCOD/kgSS·d时能够保证取得较好的去除效果。而且，污泥的沉降性能良好。在静沉0.5 h的条件下，出水SS低于20 mg/L，污泥30 min沉降比为24%，SVI值为89。整个试验过程中，活性污泥出水的平均COD为55.3 mg/L，用中速定性滤纸过滤后的COD为46.6 mg/L，两者的比值为0.84。

图4  活性污泥反应池对COD的去除效率

　　③ EGSB+活性污泥反应池系统的处理效果

　　在进行活性污泥处理试验的过程中，EGSB的水力停留时间1.15 h，系统进水COD浓度150.3～295.3 mg/L，EGSB出水COD浓度为92.6～222.2 mg/L，平均去除率为28.3%。EGSB的出水进入活性污泥反应池，在曝气2 h条件下，出水COD浓度在27.8～75.7 mg/L范围内，平均小于60 mg/L。

　　4 结论

　　①采用AF作为厌氧EGSB的后续工艺，处理城市污水时，虽有整个系统不需要曝气耗能的优点，但处理效率有限，难以保证出水的COD_Cr<100 mg/L。

　　②采用EGSB+好氧生物滤池的工艺组合方式，在EGSB和好氧生物滤柱的水力停留时间分别为1.13～1.55 h和1～4.45 h条件下，进水COD_Cr平均浓度为193.5 mg/L的时，系统COD_Cr总去除率达到61.1%，出水COD_Cr值低于100 mg/L。但是好氧生物滤池的出水中常常夹带难以沉降的脱落生物膜，使出水的SS值偏高。

　　③采用EGSB+活性污泥法的组合工艺处理低浓度城市污水，COD_Cr去除效果最好、运行稳定、污泥沉淀性能良好、出水COD平均低于60 mg/L。最佳工艺参数EGSB：反应区上升流速为2.65 m/h，水力停留时间为1.2 h；活性污泥工艺污泥负荷为0.62 kgCOD_Cr/kgSS·d，水力停留时间为2.0 h。

　　参考文献

　　[1] 吴昌敏, 等. 厌氧－好氧串联工艺处理城市污水试验研究（Ι）：-常温EGSB工艺对城市污水的处理.

　　[2] 吴昌敏. 常温EGSB工艺在城市污水处理中的应用及其后续工艺的研究. 天津大学硕士学位论文, 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.