污水厂尾水水质提标研究-上海宝山污泥处理

    摘要：本文由365环保公司整理而成，主要讲述污水厂尾水水质提标研究，我国水环境问题突出，近年来经过积极治理，水体质量得到了很大改善。然而，我国主要流域水体中的氮、磷等超标情况仍然时有发生。为改善流域水环境质量，国家环境保护总局早在2006 年就发布《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)修改单，将其中的4.1.2.2 节修改为：城镇污水处理厂出......

    关键词：污泥干燥,污泥处理公司,工业水处理.

　　我国水环境问题突出，近年来经过积极治理，水体质量得到了很大改善。然而，我国主要流域水体中的氮、磷等超标情况仍然时有发生。为改善流域水环境质量，国家环境保护总局早在2006 年就发布《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)修改单，将其中的4.1.2.2 节修改为：城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A 标准。这意味着重点流域执行一级B 标的城镇污水处理厂需要进行提标改造。然而，城镇污水处理厂尾水具有低C/N 比和磷浓度低等特点，如何进一步有效降低尾水中的氮磷已成为污水提标的核心问题。

　　目前，污水提标改造应用较多的技术主要包括高效纤维滤池、连续流砂滤池、纤维转盘滤池和生物活性炭技术。由于生物炭具有较大的比表面积和较强的离子交换能力，可以将水中污染物吸附到表面，再通过微生物的作用实现去除。将生物炭和滤池技术进行组合，形成生物炭滤池技术，也可有效去除水中的常规污染物。因此，本研究利用生物炭作为微生物载体，搭建生物炭滤池反应器，研究反应器对一级B标水质的提标效果，以期为城镇污水处理厂水质提标提供新的方法和途径。

　　1 材料与方法

　　1.1 实验装置和材料

　　实验装置如图1 所示，该装置由2 组同尺寸的模型生物滤池组成。反应器采用有机玻璃制作而成，柱高 1 200 mm，内径100 mm。1 号柱作为对照组，底部装填高度为100 mm 的鹅卵石作为承托层，中间装填高度为900 mm 的河砂，上部装填高度为100 mm 粒径大小不同的混合河砂作为保护层。2 号柱作为实验组，滤池中间装填高度比为1∶1 的青冈木生物炭和河砂。2 座生物滤池出水口采用橡胶软管用来控制出水口高度。

　　实验用水模拟城镇污水处理厂一级B标出水，其主要水质指标如表1 所示。此外向水中添加适量微量元素，以保证微生物生长所需，具体成分含量如表2 所示。每次配制污水时，利用稀硫酸溶液调节污水进水pH 值，使其保持在中性范围。

　　1.2 实验方法及分析方法

　　2 组生物滤池同时通过自然挂膜启动，整个系统采取下向流连续过滤方式，2 组反应器厌氧与好氧高度比为 5∶5。系统挂膜期间，进水流量均保持在 10mL/min，即表面水力负荷为0.13 cm3/(cm2·min)，水温为14~20 ℃。当各项污染物的去除率趋于稳定状态，表明反应器内滤料表面已形成了比较稳定的生物膜。自然挂膜成功后调节C/N 比、厌氧/好氧高度比和表面水力负荷，采用控制变量法进行单因素影响实验。其中，出水口连接橡胶软管，通过改变橡胶软管挂靠在反应器上的支点高度，从而改变出水口的高度，使得在反应器内形成不同的厌氧/好氧区高度。最后选取每个因素的最佳水平，组成较优的工艺参数，研究2 组反应器对污染物的去除效果。定时取样测量反应器进、出水的 COD、TP、NH4+- N、TN 和 NO2--N 浓度，以上水质指标的测定均按照国标所述方法进行，NO3--N 的测定采用麝香草酚分光光度法。 此外，实验数据采用Origin 8.5 软件进行绘图，采用SPSS 21.0 软件进行数理统计分析。

　　2 结果与讨论

　　2.1 C/N 比对污染物去除影响

　　C/N 比是反硝化过程中一个很重要的参数，它决定着微生物脱氮效果的好坏。碳源不足将导致反硝化菌因缺少能量和电子供体造成脱氮效果变差，若碳源过量可能导致出水COD 浓度偏大，从而影响出水水质,因此需寻找一个较为合适的C/N。本实验过程中控制水力表面负荷为0.13 cm3/(cm2·min)，厌氧/好氧高度比为5∶5，保持TN 浓度不变，通过改变甲醇的投加量改变进水的C/N 比。在不同C/N 比下，2 组反应器对污染物去除效果如图2 所示。

　　由图2(a)可知，在不同C/N 比条件下，2 组反应器对COD 的平均去除率约为80%，出水浓度为40 mg/L左右，表明 2 组反应器均对COD 有着良好的去除能力。COD 进入反应器后通过滤料的初期吸附作用和后期的微生物代谢作用得以降解。由图2(b)可知，对TP 而言，在C/N 比分别为4.34∶1、6.30∶1 和7.61∶1条件下，1# 反应器对TP 平均去除率分别为 74.18%、58.60% 和57.46%，2#反应器对TP 平均去除率分别为75.05%、61.69% 和58.24%，即在不同C/N 比下，2 组反应器对TP 的去除能力大致相当。对于氮素而言，提高C/N 比可增加污水中碳源的浓度，保证反硝化的顺利进行，提高脱氮性能。反应器对NH4 -N 的去除，主要通过前期的滤料吸附和后期的微生物转化作用。由图2(c)可知，随着C/N 的增加， 1#反应器和2#反应器对NH4+-N 的去除率呈现先上升后下降的趋势。当C/N 比从 4.34∶1 提高至 6.30∶1，因硝化菌生长较慢，硝化菌仍处于持续增长阶段， NH4+-N 的去除率逐渐提高。进一步提高C/N 比，由于碳源的增加使得异养菌迅速繁殖，抑制硝化菌的生长，使得NH4+-N 去除率有所下降。由图 2(d)可知，在 C/N 比分别为 4.34∶1、6.30∶1和7.61∶1 条件下，1#反应器对NO3--N 平均去除率分别为53.19%、84.63% 和85.45%，而2#反应器对NO3 -N 平均去除率分别为53.54%、85.40% 和93.72%，即随着C/N 比的不断提高，对NO3 -N 的去除率也随之增加。再结合图2(e)可知，在C/N 比分别为4.34∶1、6.30∶1 和 7.61∶1 条件下，1#反应器对TN 的平均去除率分别为46.83%、67.87% 和 68.14%，而 2# 反应器对TN 的平均去除率分别为47.73%、70.04% 和72.65%，即随着C/N比不断提高，TN 平均去除率总体上也随之上升。与挂膜稳定阶段相比，2 组反应器对TN 的去除率均提高约30% 以上，可见投加有机碳源可显著提高反应器的脱氮效果。

　　综上所述，鉴于对各项污染物的有效去除以及外加碳源的经济成本，2 组反应器控制C/N 比为6.30∶1较为合理。在此条件下，2#反应器对各项污染物去除率均高于1#反应器，可见添加生物炭的反应器对污染物去除效果要优于普通的河砂反应器。此外，由图2(f)可知，在不同 C/ N 比条件下，2 组反应器出水的

NO2--N 浓度均在0.16 mg/L 以下，表明2 组反应器在脱氮过程中无明显的NO2 -N 积累。

　　2.2 厌氧/好氧高度比对污染物去除影响

　　由于反应器内液相和气相高度比(即厌氧/好氧高度比)决定反应器垂向溶解氧的含量，从而影响硝化和反硝化过程。实验控制表面水力负荷为 0.13cm3/(cm2·min)，C/N 比为6.30∶1，得到不同厌氧/好氧高度比下对各污染物的去除影响，结果如图4 所示。由图3(a)和图3(b)可知，厌氧/好氧高度比对COD 和TP 的去除效果影响较小，1#和2#反应器出水中COD和TP 浓度保持在40 mg/L和0.4 mg/L左右。然而，不同的厌氧/好氧高度比明显影响NH4 -N 的转化。由图3(c)可知，随着厌氧/好氧高度比的增加，NH4+-N 的去除率呈下降趋势。这是因为随着反应器厌氧高度区的增加，液相区不断增加，致使好氧区溶解氧减少，不利于硝化反应的进行。

　　此外，由图3(d)可以看出，在厌氧/好氧高度比为3∶7 的条件下，1#和2#反应器出水中NO3--N 浓度偏高，在此条件下有利于NH4 -N 向NO3 -N 转化。当厌氧/好氧高度比为5∶5 和7∶3 时，1#反应器对NO3 -N平均去除率分别为 84.63% 和 87.48%，2# 反应器对NO3--N 平均去除率分别为85.40% 和88.69%，表明随着厌氧/好氧高度比增加，有利于反硝化反应的进行，从而提高了2 组反应器对NO3--N 的去除率。由图3(e)可知，当厌氧/好氧高度比为3∶7、5∶5 和7∶3，1#反应器对TN 平均去除率分别为 37.79%、67.87% 和68.08%，2# 反应器对TN 平均去除率分别为 65.63%、70.04% 和71.78%，可见提高厌氧/好氧高度比也有利

　　于2 组反应器对TN 的去除。同时在不同厌氧/好氧高度比的条件下，2#反应器对TN 的去除率均高于1#反应器，即表明添加生物炭有助于提高反应器的脱氮效果。为保证对各项污染物均有较好的去除效果，故选择厌氧/好氧高度比为5∶5 作为2 组反应器较优的实验参数。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

　　2.3 表面水力负荷对污染物去除影响

　　为考察在不同表面水力负荷下，反应器对污染物抗冲击能力，控制C/N 为6.30∶1、厌氧/好氧高度比为5∶5，通过改变表面水力负荷大小，考察其对污染物去除情况的影响，所得实验结果如图4 所示。由图 4(a)和(b)可知，当表面水力负荷从0.13 cm3/(cm2·min)增加到 0.26 cm3/(cm2·min)时，2 组反应器对COD 和TP 均能保持良好的去除能力，去除率随表面水力负荷的增加变化较小，表明 2 组反应器对进水COD 和TP 变化具有良好的抗冲击能力。

　　从图4(c)、(d)和(e)中可知，2 组反应器对NH4+-N、 NO3--N 和TN 的去除率均随着表面水力负荷的增加呈现下降趋势，这是由于增大表面负荷，在单位时间内将增加与反应器内滤料接触污染物的质量，同时水力停留时间变小，导致污染物未能完全被微生物转化，从而导致出水中污染物浓度上升。为保证反应器对各项污染物均能有效去除，选择较小表面水力负荷0.13 cm3/(cm2·min)作为2 组反应器适宜的实验参数。

　　2.4 较优工艺参数下污染物去除效果

　　选取上文已探讨出的较优工艺参数，即 C/N 为6.30∶1，厌氧/好氧高度比为5∶5，表面水力负荷为0.13cm3/(cm2·min)，组合作为反应器运行的较优工艺参数，定时监测反应器对污染物的去除情况，所得结果如图5 所示。由图5(a)和(b)可知，1#反应器对COD和TP的平均去除率分别为85.86% 和75.73%，出水平均浓度分别为(20.28±4.78)mg/L 和(0.24±0.07)mg/L;2#反应器对COD 和TP 的平均去除率分别为86.16%和77.60%，出水平均浓度依次为(19.90±5.81)mg/L 和(0.22±0.06)mg/L。即2#反应器对COD 和TP 的平均去除率稍高于1#反应器。此外，2 组反应器出水COD和TP 浓度均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A 标准。

　　其次，2 组反应器对NH4 -N、NO3 -N 和TN 的去除见图 5(c)、(d)及(e)可知，1# 反应器对NH4+- N、 NO3--N 和TN 的平均去除率分别为84.21%、19.75% 和42.09%，出水平均浓度依次为(1.38 ± 0.46)、(11.86 ±1.32)和(14.05± 1.53)mg/L;而 2#反应器对NH4 -N、 NO3--N 和TN 的平均去除率分别为84.25%、43.99% 和56.71%，出水平均浓度依次为(1.30 ± 0.42)、(8.28 ±0.96)和(10.51±1.25)mg/L。虽然2 组反应器出水的NH4+-N 和TN 平均浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级 A 标准，但是 1#反应器TN 出水浓度偏高，难以实现出水 TN 的稳定达标;2#反应器出水TN 浓度稳定，能很好地满足一级A标准。此外，由图5(f)可知，1#反应器和2#反应器出水中NO2--N 平均浓度分别为0.11 mg/L和0.14 mg/L，表明2 组反应器出水NO2 -N 浓度较小，反应器底部无明显的NO2--N 积累。最后，2 组反应器对COD、TP、NH4 -N、NO3 -N 及TN 去除率数值通过数理统计分析软件进行独立样本 t 检验，结果显示 COD、TP、 NH4+-N、NO3 -N 及TN 的P 值分别为0.76、0.33、0.54、0.00 和0.00，说明2 组反应器对COD、TP 和NH4+-N 的去除率不存在显著性差异(P>0.05)，然而对NO3 -N 和TN 的去除率却存在显著性差异(P<0.05)。进一步表明在2#反应器中添加生物炭有利于反硝化过程，使得2#反应器出水TN 浓度达到污水提标的要求。

　　综上所述，虽然在较优参数条件下，1#反应器和2#反应器均可实现对水中污染物的有效去除，将污水水质从一级B标准提升到一级A标准。但对污染物的去除率而言，2#反应器对污染物的去除率均高于1#反应器，含有生物炭反应器对NO3--N 和TN 的去除率可分别增加约24% 和14%，因而更有可能将一级A 标水质提升至更高的出水排放标准，如地表水Ⅳ类标准，以满足新形势下的环境排放要求。因此，生物炭作为生物滤池的填料比普通河砂作为填料有着更多的优势。一方面，由于生物炭具有多孔结构可附着更多的微生物，且含有大量羧基酸性基团，可中和反硝化过程中产生的过多碱度，因而有助于提高反应器对NO3 -N和TN 去除率。另一方面，后期更换的生物炭填料含有丰富的碳元素和大量的氮磷等营养物质，可将其作为土壤改良剂，以改善土壤通气状况和提高土壤持水量，有利于农作物增产，实现废弃物的再利用。

　　2.5 微生物镜检分析

　　为观察和鉴定反应器好氧区内填料上负载微生物种类情况，分别取2 组反应器中上部的填料置于烧杯中，加入适量去离子水，用玻璃棒搅拌，取1~2 滴悬浊液制成制片，在显微镜下观察微生物的形貌所得结果如图6 所示。根据其他学者对活性污泥中微生物种类鉴定结果比对可知，图6(a)、(b)和(c)中对应微生物的名称为肉足虫、轮虫及线虫，表明2 组反应器内出现了种类丰富的后生动物，它们与细菌及真菌构成了良好的微生态系统，从而共同实现对水中污染物的去除。

　　3 结论

　　本文通过搭建河砂滤池及生物炭滤池反应器，研究其对污水处理厂一级B标出水的提标效果。

　　(1)在不同C/N 比、厌氧/好氧高度比及表面水力负荷条件下，适当提高进水C/N 比、厌氧/好氧高度比以及降低表面水力负荷，均有利于提高2 组反应器对污染物的去除率。

　　(2)在较优工艺参数条件下，即C/N 为6.30∶1，厌氧/好氧高度比为5∶5，表面水力负荷为0.13 cm3/(cm2·min)，2 组反应器均能较好地将污水水质从一级B标提升至一级A 标。2#反应器对污染物的去除率均高于1#反应器，表明在河砂滤池内添加生物炭有助于提高对污染物的去除效果。

　　(3)对2 组反应器内的填料进行微生物镜检分析可知，反应器内形成了良好的微生态系统，后生动物主要以肉足虫、轮虫和线虫为主。(来源：成都理工大学环境学院)

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