高效初沉发酵池污染物去除特性研究

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1、全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 I-60 江苏无锡 2010 年 7 月 高效初沉发酵池污染物去除特性研究高效初沉发酵池污染物去除特性研究 李鹏峰 1，郑兴灿1，孙永利1，韦启信2，杨 敏1，隋克俭1，李 激3，陈 宇3 (1.国家城市给水排水工程技术研究中心， 天津 300000； 2.河海大学 环境科学与工程学院， 江苏 南 京 210098；3.无锡市排水总公司，江苏 无锡 214023) 摘摘 要：要：本文论述了高效初沉发酵池通过提高泥位以及采用中低速搅拌的运行控制方法，实现了短水 力停留时间下对进水 SS 的高效去除，同时改善了出水的 C/N 比和 C/P

2、比，强化了后续生物系统的脱氮 除磷能力。并与同时期无锡市芦村污水处理厂初沉池运行结果做对比，指出高效初沉发酵池的优势及 应用前景，以期对污水厂初沉池改扩建提供技术支持。 关键词：关键词：初沉池；发酵；水力停留时间；SS；C/N；C/P 我国南方大部分污水厂，进水的水质水量常受到降雨等因素影响呈现较强的波动性。容易出 现初沉池对进水 SS 去除的同时降低了出水碳氮比和碳磷比， 使后续生物系统的脱氮除磷效果受到 影响1。因此，有部分专家学者认为处理低浓度城市污水,应取消初沉池23。同时有专家分析，在 城市污水中颗粒态有机物(占污水组成的 60%)可通过沉淀去除4， 这说明初沉池污泥中有大量的有 机

3、物随初沉污泥而流失。因此，国家城市给水排水工程技术研究中心研究开发了高效初沉发酵池， 它是集进水悬浮固体的高水力负荷沉淀分离和沉淀污泥的产酸发酵为一体的新型初沉池，通过中 低速搅拌和提高污泥泥位的控制方法， 实现了在短水力停留时间下对进水 SS 的高效去除， 并且改 善了出水的 C/N 比和 C/P 比，强化了后续生物系统的脱氮除磷能力，以期实验结果对污水厂的初 沉池改扩建提供技术支持。 1 试验装置与方法试验装置与方法 1.1 试验装置试验装置 高效初沉发酵池为竖流式沉淀池，由 DN600 有机玻璃管和圆形泥 斗构成，采用下部进水，上部出水的运行方式，如图 1 所示。 各项设计参数如下所示：

4、 表面积 A0.28 m2； 有效池容 V0.27m3； 设计流量 0.36m3/h，设计流量下的停留时间 t0.75h；设计条件下的水 力表面负荷 q=1.29 m3/(m2h） 。 1.2 试验原水水质试验原水水质 试验用水采自芦村污水厂一期沉砂池出水 （即芦村污水处理厂初沉池进水） ， 水质如表 1 所示。 表表 1 试验原水水质试验原水水质 指标 COD SCOD TN TP STP 范围 236504 71184 2773 4.69.6 1.182.85 均值 352 129 43 6.2 2.08 1.3 试验方法试验方法 图图 1 高效初沉发酵池的结构高效初沉发酵池的结构 全国城

5、镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 I-61 江苏无锡 2010 年 7 月 本中试试验采取连续不间断进水方式运行，每天取高效初沉发酵池和芦村污水处理厂进水和 出水的 24 小时混合样，化验指标为 SS、VSS、COD、SCOD、TN、TP、STP，分析方法采用国 家规定的标准方法5。试验运行工况如表 2 所示（工况运行时间为 2 月 13 日至 3 月 13 日） 。 表表 2 高效初沉发酵池和芦村污水处理厂初沉池运行工况高效初沉发酵池和芦村污水处理厂初沉池运行工况 项 目 HRT（h） 泥位（m）SRT（d）搅拌力度（r/min)水温（） 高效初沉发酵池0.75 0.8 3

6、4 1015 1314 芦村厂初沉池 2.5 0.02 1314 2 试验结果与分析试验结果与分析 2.1 SS 去除效果分析去除效果分析 如图 1 所示，中试试验期间，SS 的去除率分别是高效初沉发酵池 78%和芦村厂初沉池 38%。 高效初沉发酵池对 SS 的去除率是芦村厂初沉池的 2 倍， 也高于我国现行 室外排水规范 （GBJ14 87）中在常规沉淀时间下，初沉池对 SS 的 40%50%去除率。可见，高效初沉发酵池在短水力 停留时间下（是芦村厂初沉池 HRT 的 30%）实现了对进水 SS 的高效去除，且去除效果较稳定。 同时结合图 2 可知， 沉砂池出水 VSS/ SS 均值为 6

7、4%； 高效初沉发酵池出水 VSS/ SS 均值为 71.9%； 芦村污水厂初沉池出水 VSS/ SS 均值为 61.3%。这说明，高效初沉发酵池不仅对 SS 有高效去除能 力，同时也提高了出水的有机物的含量，有助于改善后续生物系统的污泥活性和处理效能。 0 100 200 300 400 500 2-132-172-212-253-13-53-93-13 日期 SS（mg/L) 沉砂池出水 芦村厂初沉池出水 高效初沉发酵池出水 图图 1 沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水 SS 曲线曲线 40% 50% 60% 70% 80% 9

8、0% 100% 2-132-172-212-253-13-53-93-13 日期 VSS/SS 沉砂池出水高效初沉池出水芦村厂初沉池出水 图图 2 沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水 VSS/SS 曲线曲线 全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 I-62 江苏无锡 2010 年 7 月 分析主要原因：首先，高效初沉发酵池运行过程中改变污泥的沉降特征，与传统初沉池的超 低速搅拌相比，高效初沉发酵池采用中低速搅拌，使其中的污泥基本处于高、低密度物质分层悬 浮状态，密度大（以无机颗粒为主）的污泥位于池体底部，通过排泥去

9、除；密度小（以有机成分 为主）的污泥随着初沉池出水进入后续生物系统。其次，高效初沉发酵池的进水方式是下进上 出，池中的污泥层起到了一个过滤的作用，进水中的悬浮物经过污泥层时，通过相互摩擦和絮凝 沉淀等作用，使得包裹在高密度无机物表面的有机物质得以脱离，随出水进入到后续生物系统。 2.1 出水出水 C/N 比分析比分析 碳氮比的高低是影响生物段反硝化速率或对氮去除能力的重要因素。由图 3 数据曲线可知， 高效初沉发酵池出水 SCOD/TN 均值为 3.88，相对于芦村厂初沉池出水提高了 29%。也就是说， 经过高效初沉发酵池处理过的污水碳氮比得到有效的提高，而对于运行稳定的污水厂来说，碳氮 比的

10、提高意味着生物系统除氮能力的加强，对于水厂进水碳氮比偏低需要外加碳源满足反硝化需 求的情况来说，高效初沉发酵池在一定程度上节省了碳源。 1 2 3 4 5 6 2-132-172-212-253-13-53-93-13 日期 SCOD/TN 沉砂池出水 芦村厂初沉池出水 高效初沉发酵池出水 图图 3 沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水 SCOD/TN 曲线曲线 高效初沉发酵池运行泥位按照不低于总池深的 80%，这一方面提高了中低密度有机成分进入 后续生物系统的比例，另一方面高效初沉/发酵池泥位增高的同时也意味着初沉污泥在池体内的停

11、留时间延长，有利于初沉污泥在池体内的厌氧发酵，部分与无机固体黏附在一起的有机物可以通 过厌氧发酵得以脱离，并进入后续生物系统，而部分难降解有机物也能通过厌氧水解，转变为容 易降解有机物，从而改善了出水的碳氮比例，提高了系统的脱氮能力。 图 3 数据同时说明经过芦村厂初沉池处理过的污水，碳氮比较沉砂池出水下将了 10%，但是 考虑到芦村厂初沉池对 SS 的去除效果，保留初沉池还是很有必要的。 2.2 出水出水 C/P 比分析比分析 通过图 4 数据可知，高效初沉发酵池对 TP 的平均去除率达到了 42%，是芦村厂初沉池 TP 去 除率（去除率 11%）的近四倍。可见高效初沉发酵池实现了在短水力停

12、留时间下对进水 TP 的高 效去除。 全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 I-63 江苏无锡 2010 年 7 月 1 3 5 7 9 2-132-172-212-253-13-53-93-13 日期 TP浓度（mg/L) 沉砂池出水 芦村污水厂初沉池出水 高效初沉发酵池出水 图图 4 沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水 TP 图 5 数据表明：高效初沉池进出水悬浮性总磷(STP)浓度并没有发生太大变化，由此可见，高 效初沉发酵池对 TP 的高效去除是通过对进水中悬浮性 TP 的去除实现的。 这可能是由于高效初

13、沉 发酵池泥层对进水有一个类似过滤的作用，进水中的悬浮性物质很容易进入泥层后形成高低密度 分层状态，通过泥层的充分接触和絮凝作用，使得悬浮性 TP 得到了有效的去除。 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 2-132-172-212-253-13-53-93-13 日期 STP浓度（mg/L) 高效初沉池出水 高效初沉池进水 图图 5 高效初沉发酵池进出水高效初沉发酵池进出水 STP 变化变化 20 30 40 50 60 70 80 90 2-132-172-212-253-13-53-93-13 日期 COD/TP 沉砂池出水 高效初沉发酵池出水 芦村厂初沉池出水 图图 6 高沉砂池出水

14、、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水高沉砂池出水、高效初沉发酵池出水与芦村厂初沉池出水 COD/TP 曲线曲线 大量文献报道说明，系统出水磷浓度的高低主要取决于系统中除磷细菌所需要的发酵基质的 可获得量与必须去除的磷量的比值1，换句话说，就是生物系统的 C/P 比是决定系统除磷能力的 主要影响因素。图 6 为中试试验期间高效初沉发酵池与芦村污水处理厂初沉池出水 COD/TP 对比 分析图，图中数据表明高效初沉发酵池出水 COD/TP 明显优于芦村厂初沉池出水。两者比较，高 全国城镇污水处理厂除磷脱氮及深度处理技术交流大会 论文集 I-64 江苏无锡 2010 年 7 月 效初沉发酵池出水 C

15、OD/TP 比芦村污水处理厂提高了 34%。可见，经过高效初沉发酵池处理过的 污水，可以大大的改善生物系统的生物除磷能力。 图 7 是同期高效初沉池出水碳磷比、厌氧释磷量与系统总磷率之间相关关系，厌氧池释磷量 随着出水的 COD/TP 的提高而提高，系统总磷的去除率也随之变化，三者基本呈现一个比较好的 正相关性。这也证明了在生物除磷过程中，磷的充分释放是磷去除的前提6，通过高效初沉发酵 池处理，使生物可利用碳源增加, 厌氧释磷量增大，磷去除率也相应提高。试验期间，COD/TP 基本稳定在 50 以上，总磷的去除率稳定在 90% 98%。 0 20 40 60 80 100 120 2-132-

16、152-182-233-43-103-13 日期 COD/TP 80% 85% 90% 95% 100% 去除率 厌氧池释磷量STP*20 高效初沉发酵池出水COD/TP TP去除率 图图 7 高效初沉发酵池出水高效初沉发酵池出水 COD/TP、厌氧池释磷能力和除磷效率、厌氧池释磷能力和除磷效率 3 结论结论 区别于传统初沉池，高效初沉发酵池实现了短水力停留时间下对进水 SS 的高效去除，其 水力停留时间是芦村厂初沉池的 30%，SS 去除率是芦村污水处理厂初沉池的 2 倍。 高效初沉发酵池通过采用中低速搅拌和改变池中污泥泥位 （不低于有效水深的 80%） 的控 制策略，使得池中污泥既处于高低密度分层状态，又提高了初沉池污泥的泥龄，强化了高效初沉 发酵池对进水中的有机物的物化分离特性。 试验结果证明， 高效初沉发酵池对进水 SS 高效去除的 同时，提高了出水的 VSS/SS 比值；改善了出水的 C/N 比和 C/P 比，提高了系统的脱氮除磷能力。 参考文献：参考文献： 1 郑兴灿,