二段法改良工艺处理高浓度难降解城市污水

陈立1，杨坤1，鲍宪枝2
(1.中国市政工程华北设计研究院，天津300074；2.大连市排水管理处，辽宁大连116021)

　　摘　要：在总结高浓度难降解的城市污水处理工程技术的基础上，通过试验提出了二段法改良工艺，并在高浓度难降解城市污水处理中硝化菌的难以存活、有机物的去除及化学除磷等技术上有所突破。二段法改良工艺一方面具有耐冲击负荷，更适宜于处理城市污水中化工废水比例高、废水成分复杂、处理难度大的特点，另一方面在难以实施生物除磷的条件下，更易于布置成多点投药，实现化学除磷。
　　关键词：污水处理；二段法；城市污水
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)08-0050-03

　　我国一些中小城镇的市政污水中工业废水所占比例偏高，一般在50%以上，导致了这些城镇污水处理厂的污水处理十分困难，一般的生物处理工艺无法将这类高浓度难降解的城市污水处理达标。以浙江省椒江市为例，该城市污水中工业废水所占比例为52%左右，其中难降解化工废水的比例又占了一半以上，造成该城市污水以工业废水为主的事实，其可生化性极差，或基本不可生化(BOD5/COD为0.06～0.29)，且具有总溶解性固体和磷酸盐偏高的特点。

1　水质特点与工艺选择

　　在泰安、宣化和椒江的城市污水处理厂的设计中都遇到了城市污水中工业废水所占比例偏大、难降解物质浓度偏高、可生化性差的问题。其中，泰安城市污水中不可降解COD的比例为0.15；宣化城市污水中工业废水的比例约为70%，不可降解COD的比例为0.15。应该说这类高浓度难降解城市污水的特点是工业废水的冲击比较严重，可生化性差，选择处理工艺应首先着眼于其抗冲击负荷的能力。
　　泰安污水处理厂采用的工艺是AB法的变种，即A+A2O工艺流程(见图1)。

　　该工艺的COD、SS、TN和TP去除率分别可达81%～94%、90%～99%、61%～91%和87%～97%，适宜于污水含悬浮物、有机物浓度高的情况，但对付工业废水的冲击负荷能力不足，这在椒江污水处理的试验中也得到了佐证，其原因在于A段的泥龄和停留时间过短，不足以缓冲工业废水中溶解性成分对微生物的有害冲击。试验期间也曾以A2O工艺与之进行平行对比，在不存在强烈冲击的条件下，A+A2O的工艺效果不如A2O工艺，但在工业废水比例高的条件下，A+A2O的工艺对于丝状菌的生长具有较强的抑制作用。
　　泰安污水处理厂的进、出水水质见表1。

表1　泰安污水处理厂的进、出水水质(1988年) 项目 CODCr
(mg/L) BOD₅
(mg/L) TP
(mg/L) NO₃-N
(mg/L) 氨氮
(mg/L) 有机氮
(mg/L) SS
(mg/L) 碱度
(mg/L) pH 进水 均值 650 290 6.45 2.0 31.8 14.5 263 317 7.5 波动值 ±311 ±139 ±1.9 ±1.7 ±21.7 ±10.1 ±108 ±24 ±0.4 出水 范围 57～80 4～10 0.21～1.9 2.9～10.1 0～17.4 0～2.7 6～20 　

　宣化污水处理厂采用的工艺是接触器+普通曝气活性污泥法(工艺流程如图2)，接触器的设置是为了抑制丝状菌的生长。结果表明，COD、SS、TN和TP的去除率分别可达85%～89%、71%～93%、40%～72%和62%～82%。与泰安污水处理厂的工艺相比，SS、TN和TP的去除率有所下降，分析其原因，可能是由于工业废水影响了活性污泥的沉降性能，导致SS去除率下降；缺乏除磷脱氮的生物专项功能，导致TN和TP的去除率下降。试验期间曾以延时曝气工艺与之进行平行对比，结果差别不大，因此单纯从抗冲击负荷的角度讲，延时曝气工艺的作用不大，远远比不上二段法中第一段的作用。

　　宣化污水处理厂的进、出水水质见表2。

表2　宣化污水处理厂的进、出水水质(1993年) 项目 进水 一级处理出水 二级处理出水 CODCr(mg/L) 600～900 290～600 60～140 BOD₅(mg/L) 120～300 70～210 4～15 SS(mg/L) 460～600 170～330 30～110

　　椒江污水处理厂采用的是改良后的二段法(工艺流程如图3)。结果表明，不投药时COD、SS、TN和TP去除率可达76%、92%、43%和17%左右；投药时，COD、SS和TP的去除率可达85%、89%和88%左右。与泰安、宣化污水处理厂的工艺相比，二段法改良工艺在不投药时的COD、SS、TN和TP去除率明显降低，分析其原因，可能是由于工业废水的影响，使其可生化性极差，可用碳源不足，导致整体去除效果下降；投药时，COD和TP的去除率有大幅度提高，这是由于化学絮凝剂对有机物和磷的去除作用所致。试验期间曾以单段法工艺与之进行平行对比，结果表明，在工业废水比例高、可生化性差的条件下，单段法的效果不如二段法。

　　椒江污水处理厂的进、出水水质见表3。

表3　椒江污水处理厂的进、出水水质(2000年) 项目 pH CODCr
(mg/L) SCOD
(mg/L) BOD₅
(mg/L) SS
(mg/L) VSS
(mg/L) NH₃-N
(mg/L) NOX-N
(mg/L) TKN
(mg/L) PO₄-P
(mg/L) TP
(mg/L) 碱度
(mg/L) 进水平均值 8.57 398 240 110 320 168 50.17 6.0
2 73.24 3.62 6.05 396 进水最大值 10.26
746 395 178 1136 725 104.72 15.10 96.10 12.80 18.00 527 进水最小值 7.20 132 39 2 65 12 12.40 2.48 56.26 0.24 0.81 269 不加药出水 7.05 111 93 11 26 　 14.56 9.63 25.01
4.8 5.43 92 加药出水 7.00 62 58 　 25 　 3 　 　 0.58 0.94 76

　　应该说，处理此类污水，业内人士尝试过的延时曝气、AB法、奥贝尔氧化沟、二段法等工艺都具有不同程度的抗冲击负荷的能力，具体采用哪种工艺，需要根据当地的水质特点，灵活选择并适当改良。

2　二段法改良工艺的原理与特点

　　将二段法改良工艺应用于高浓度、难降解城市污水的处理，无疑具有很大的优势，这主要体现在：
　　①二段法改良工艺的第一段，不同于AB法的A段，也不同于经典的二段法中的第一段。从停留时间看，在1～2 h之间，它可以抑制活性污泥中丝状菌的生长；对工业废水的有害冲击可以起到缓解作用，这可能是由于短泥龄的微生物对大分子物质有裂解和分解作用(停留时间过短，不足以“裂解”或“分解”；停留时间过长，小分子物质在第一段降解，会使第二段微生物因营养物质的不足而无法维持生存)而间接地改善了后续工艺的可生化性；调节第一段呈缺氧状态，还可进一步改善后续工艺的可生化性。
　　②高浓度、难降解城市污水处理的最大问题是硝化菌的难以存活，而二段法改良工艺的第一段中短泥龄的微生物对工业废水的冲击负荷有极佳的缓冲作用，对难降解的大分子有分解作用，使得工业废水中的毒性物质得到降解或化解，从而解决了硝化菌难以存活的问题。第二段可采用延时曝气工艺，较长的停留时间使第二段得以保持微生物的多样性，使生长缓慢的硝化菌和降解特殊有机物的“基质专一性”微生物得以充分生长；也可不拘泥于一种工艺形式，根据除磷脱氮的要求，进行内部工艺形式的变化，以满足出水要求。
　　③高浓度、难降解城市污水处理的第二大问题是有机物的去除。由于第一段中短泥龄的微生物对工业废水中难降解的大分子有分解作用，使得毒性物质得到降解或化解，因此加强了第二段的协同降解作用；将10%的进水引入第二段，从根本上改善了第二段活性污泥的营养，解决了第二段碳氧化不足的问题。
　　④高浓度、难降解城市污水处理的第三大问题是生物除磷的先天不足与化学除磷的合理实施。在难降解城市污水中，由于易生物降解物质的缺乏，抑制了嗜磷菌的生长（为解决硝化与碳氧化问题而采用的二段法工艺更强化了这种抑制，这是由于第一段将可能存在的易生物降解物质消耗掉了），因此需要合理实施化学除磷。絮凝剂的投加，一方面可以作为出水有机物与悬浮物指标的把关措施，另一方面也可增加除磷工艺的灵活性（即在不具备生物除磷的条件时，可以采用化学除磷）；化学除磷在二段法工艺中更易于布置成多点投加，当冲击负荷严重时，可以超越第二段，进行一级强化处理即可。

3　二段法改良工艺参数

　　二段法改良工艺推荐运行控制参数如下：
　　除磷药剂为聚铝或聚铁；
　　第一段生物池的停留时间为1～2 h，污泥浓度为4～8 g/L，污泥龄为1～2 d左右；
　　第二段生物池的停留时间为15～20 h，污泥浓度为3～6 g/L，污泥龄为100～200 d；
　　投药点设在第一段生物池、第一段沉淀池前、第二段生物池、第二段沉淀池前(可依据不同情况进行单点或多点投加的组合，常规投加点为第二段生物池和第二段沉淀池前的同时投加)。

4　存在的问题与今后的课题

　　研究结果表明，对于工业废水比例高，特别是难降解工业废水比例高的城市污水的可生化性指示值似乎用可生化COD与总COD比值来表述更为合理，即采用可生化性试验来确定污水的可生化性，此数值与生物处理中的COD去除率大致呈线性关系。
　　利用常规的计算参数进行这类高浓度、难降解污水处理的工艺设计，其结果无法与试验结果相符，这主要是由于常规工艺设计中，将进水中的惰性物质看作是不变的，但相关研究表明，这一成分随工艺条件的不同，变化剧烈。因此在有条件时利用实测的污泥产率进行工艺计算更符合实际情况。在没有实测污泥产率的条件时，也应对计算参数进行适当的修正，以期得到较为合理的工艺设计。
　　化学除磷应用于延时曝气，显然不同于一般的生物化学同时除磷。由于其活性污泥本身的沉降性能较差，将助凝剂投加于出水之前可能有希望改善出水水质并节省絮凝所需的药剂。

5　结语

　　工业废水经过企业内部处理后与生活污水混合，进入城市污水处理厂进行生物处理是可行的，工业废水内部的难生物降解物质随同生活污水中易生物降解物质，通过所谓的“协同降解”作用一起降解掉了。
　　高浓度、难降解的城市污水处理的最大问题是硝化菌的难以存活，第二大问题则是有机物的去除，第三个问题是化学除磷的实施。因此，相关的处理工艺应围绕着这三点进行技术上的突破。
　　奥贝尔氧化沟、二段法、AB法和延时曝气法都具有一定的耐冲击负荷的能力，但经过改进的二段法工艺一方面具有耐冲击负荷，更适宜于处理城市污水中化工废水比例高、废水成分复杂、处理难度大的特点，另一方面在难以生物除磷的条件下，更易于布置成多点投药，实现化学除磷。

参考文献：

　　［1］Mogens Henze，et al.Wastewater Treatment［M］.New York:Springer Verlag Berlin Heidelberg,1995.
　　［2］郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.
　　［3］桥本奖.新活性污泥法［M］.北京：学术书刊出版社，1990.
　　［4］宗宫功.污水除磷脱氮技术［M］.北京：中国环境科学出版社，1987.
　　［5］埃肯费尔德W W，马斯特曼J L.工业废水的活性污泥处理法［M］.姜文焯，朱光译.北京：中国建筑工业出版社，1998.

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　　收稿日期：2001-03-26