生活污水的低耗高效處理研究
| 論文類型 | 技術(shù)與工程 | 發(fā)表日期 | 2001-07-01 |
| 來源 | 排水委員會第四屆第一次年會 | ||
| 作者 | 馬三劍,劉鋒,吳建華,郭維華 | ||
| 摘要 | 馬三劍 劉鋒 吳建華 郭維華 （蘇州城建環(huán)保學(xué)院環(huán)保應(yīng)用技術(shù)研究所） 一般情況下，一人一天排放的生活污水量約為120升，COD濃度約為300～500mg/l，因此生活污水的污染面相當(dāng)廣，而且隨著河流、湖泊受污染程度的日益增加，水體的自凈作用越來越弱，生活污水如直接排入水體不能得到很好的凈化，必定加重 ... | ||
馬三劍 劉鋒 吳建華 郭維華
（蘇州城建環(huán)保學(xué)院環(huán)保應(yīng)用技術(shù)研究所）
一般情況下，一人一天排放的生活污水量約為120升，COD濃度約為300～500mg/l，因此生活污水的污染面相當(dāng)廣，而且隨著河流、湖泊受污染程度的日益增加，水體的自凈作用越來越弱，生活污水如直接排入水體不能得到很好的凈化，必定加重水體的受污染程度，因此，城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、生活小區(qū)等各地方的生活污水治理已勢在必行。
城市生活污水作為一種低濃度綜合污水，其處理方法相當(dāng)多，可以認(rèn)為任何一種好氧處理技術(shù)都可用于生活污水的處理上，并可保證COD較好地達(dá)標(biāo)，但一般根據(jù)可水量的大小及所要求的排放標(biāo)準(zhǔn)不同，采用不同的處理方式。從最初的普通活性污泥法，到A-O、A-A-O、SBR、A-B法、接觸氧化法、各種形式的氧化溝，都得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，而且技術(shù)上都已成熟。但目前存在的一個較大的難點，城鎮(zhèn)污水處理廠一般投資都相當(dāng)高，而且在建成后運行費用較大，對于一個日處理1萬噸城鎮(zhèn)生活污水的處理廠，投資約在1500萬元左右，年運行費用約為150～200萬元，因此很多廠都是建得起，運行不起，處理于半運行狀況。為了根本解決這一問題，必需尋求一種投資小、運行費用低、操作簡便、處理效果好的技術(shù)用于生活污水的治理中，確保已建成的污水處理廠能長期穩(wěn)定正常運行。我們利用厭氧UASB對生活污水的厭氧處理進(jìn)行研究，以尋求生活污水利用厭氧處理的可行性。
1 生活污水中試試驗
1.1 試驗?zāi)康?/b>
（1）觀察下水道污水一年中水溫的變化規(guī)律及受氣溫變化的影響；
（2）觀察不同季節(jié)、月份下水道污水一天水溫、CODcr濃度的變化規(guī)律、及與氣溫變化的影響；
（3）探討生活污水采用厭氧處理的可行性；
（4）在不同季節(jié)，UASB對生活污水CODcr濃度的去除效率，及運行穩(wěn)定程度；
（5）為生活污水采用UASB進(jìn)行處理提供設(shè)計依據(jù)。
1.2試驗裝置與方法
（1）試驗裝置與流程
整套實驗裝置包括進(jìn)水系統(tǒng)、UASB反應(yīng)器、沼氣水封及計量系統(tǒng)。UASB反應(yīng)器為筒體直徑1m，總高3m碳鋼加工成的反應(yīng)器，其中反應(yīng)區(qū)容積即有效容積為1.0m3。生活污水自下水道由潛污泵將其送至高位槽（潛污泵以高位槽內(nèi)的液位計自動控制），再通過流量計自流入UASB反應(yīng)器中，連續(xù)進(jìn)水，所產(chǎn)沼氣經(jīng)三相分離器后通過反應(yīng)器頂部導(dǎo)出，先由濕式氣體流量計計量沼氣產(chǎn)生量，再經(jīng)水封外排。整個裝置置于大氣中，UASB外加保溫層，實驗溫度為常溫，所采用中試流程見圖1。
1.3實驗方法
（1）生活污水水源水質(zhì)：
中試用生活污水取自我院下水道污水,該污水來源于學(xué)生宿舍、食堂、圖書館、豆制品車間等。經(jīng)過多天取樣，每兩小時取一次樣，測定其一天的水質(zhì)變化，其平均水質(zhì)情況見表1。
（2）接種污泥：
UASB接種污泥為某城市污水處理廠的厭氧消化污泥，菌種添加量為UASB反應(yīng)器總?cè)莘e的三分之一（約1m3）。菌種添加后反應(yīng)器底部污泥層的污泥濃度為100gTSS/l。
（3）實驗方法：
每天記錄下水道污水的水溫、及氣溫的數(shù)值,兩者需同一時間記錄，記錄時間是在早上8:30～9:00。記錄水溫時，先將高位槽中的水放空，然后泵抽30分鐘(使測定的水溫為下水道污水真實的溫度)，再記錄水溫。觀察、記錄氣溫也在實驗現(xiàn)場（室外），據(jù)長時間觀察，氣溫和生活污水水溫相接近。生活污水一年的平均月水溫變化情況見表2。
2）每隔兩天，在進(jìn)行1）操作的同時，取UASB進(jìn)、出水測定CODcr濃度，并計算出CODcr的去除率；
3）每隔兩個月測定某一天下水道污水的變化規(guī)律，每兩小時記錄水溫、氣溫，并取進(jìn)水測定CODcr的濃度；
2 實驗的啟動與運行
整個實驗分二個步驟進(jìn)行，在冬季和夏季各進(jìn)行了三個月，經(jīng)過反應(yīng)器的啟動、污泥的馴化、負(fù)荷的增加等幾個過程。
2.1 UASB的啟動
因菌種污泥采用的是城市污水處理廠的厭氧消化污泥，同時也放置了較長時間，故先對其進(jìn)行恢復(fù)活性進(jìn)水。用白糖加自來水配制成CODCr為1000mg/l左右的溶液作為進(jìn)料，停留時間保持24小時，觀察其去除率（保持在90%以上）與產(chǎn)氣情況，同時記錄氣溫的變化情況，一周后再配成2000mg/l的溶液進(jìn)料，其余條件不變，持續(xù)一個周，去除率與產(chǎn)氣率也沒有大的發(fā)生變化，表明污泥活性良好，后以生活污水直接進(jìn)料。其產(chǎn)氣率與COD去除率效果見圖2、圖3。
2.2 UASB的運行（污泥的馴化、負(fù)荷的增加）
整個實驗分為二個周期，夏季在6～8月進(jìn)行，冬季在11～1月進(jìn)行，兩次實驗都采取了同樣的步驟，并進(jìn)行了相同項目的分析監(jiān)測。
因生活污水的COD濃度較低，故只以水力負(fù)荷的改變作為實驗的操作依據(jù)。實驗進(jìn)行始終維持UASB連續(xù)進(jìn)水，初期進(jìn)水量0.5m3/d，容積負(fù)荷為0.2kg/(m3.d)，水力負(fù)荷為0.03m3/(m2.h)，穩(wěn)定運行二周，然后提高進(jìn)水水量至1.0m3/d，其余條件不變，穩(wěn)定運行二周，隨后再按0.5m3/d的程度每二周增加一次水負(fù)荷，至進(jìn)水水量為3m3/d，水力負(fù)荷為0.16m3/(m2.h)，水力停留時間為8小時，實驗停止。兩周期實驗的去除率、產(chǎn)氣率與實驗時間的關(guān)系曲線見圖4、圖5。
從圖中可看出：在夏季，三個月厭氧處理效率一直保持在80%左右，產(chǎn)氣率為0.25 L/gCODCr去除左右，基本沒有發(fā)生大的變化；在冬季，三個月厭氧去除效率在75%左右，產(chǎn)氣率為0.15 L/g CODCr去除左右，也沒有發(fā)生大的變化。在實驗進(jìn)行中，每次的負(fù)荷增加都不會對厭氧反應(yīng)器的運行造成大的波動。
3 結(jié)果與討論
此次實驗是研究常溫厭氧對生活污水的處理情況，故自始至終反應(yīng)器的進(jìn)水溫度均為下水道來水溫度，因此在實驗中仍表現(xiàn)出來許多需值得注意的方面。
3.1 pH值
pH值在厭氧消化中對產(chǎn)甲烷菌有較大的影響，一般適宜范圍大致為6.5～7.8之間，且不允許有大的波動，當(dāng)pH值低于6.5時，甲烷菌就會受到抑制，使得反應(yīng)器發(fā)生酸化。生活污水pH一般為中性，而且比較穩(wěn)定，沒有大的波動，在沒有非常大的水力沖擊的情況下，進(jìn)水不太會對反應(yīng)器造成大的影響，能維持反應(yīng)器內(nèi)的pH值基本穩(wěn)定。在處理水量增加到3m3/d時，出水pH值仍在7.0以上。在實際工程運行中，由于生活污水的水量非常大，進(jìn)水的pH值波動更小，pH值對反應(yīng)器的影響更小。
3.2營養(yǎng)物的添加
生活污水中所含的各種物質(zhì)比較齊全，含有微生物生長需的各種營養(yǎng)成份，因此在進(jìn)水中無需加入微量元素，微生物也能正常生長，且能長期穩(wěn)定，夏季運行后的厭氧反應(yīng)器，經(jīng)幾個月停止運行，在冬季二次啟動微生物也沒有出現(xiàn)大的變化。
3.3有機(jī)容積負(fù)荷與水力負(fù)荷
本實驗由于生活污水的COD濃度較低，有機(jī)容積負(fù)荷的變化較小，因此對厭氧反應(yīng)器的運行很大程度上由水力負(fù)荷控制。當(dāng)厭氧反應(yīng)器進(jìn)水量由0.5m3/d增加到3m3/d后，有機(jī)負(fù)荷由0.2kg/(m3.d)增加到1.2kg/(m3.d)，水力負(fù)荷由0.03m3/(m2.h)增加到0.16m3/(m2.h)，在每次增加負(fù)荷時去除率都沒有發(fā)生下降，由此可知，在一定程度內(nèi)，逐步地提高負(fù)荷不會對反應(yīng)器產(chǎn)生影響，實驗中其最大水力負(fù)荷達(dá)到0.16m3/(m2.h)，厭氧反應(yīng)器水力停留時間為8小時。
3.4產(chǎn)氣率
產(chǎn)氣率在厭氧反應(yīng)器的運行中，對于厭氧生物的活性及反應(yīng)器的運行狀況的好壞也是一個重要的監(jiān)測指標(biāo)。一般情況下，產(chǎn)氣率與COD去除率有著相同的關(guān)系，去除率下降，產(chǎn)氣率也表現(xiàn)為降低，但因廢水在反應(yīng)器中有一定的滯留時間，而產(chǎn)出的氣體在很短的時間內(nèi)既可測定，因此厭氧產(chǎn)氣率較COD的去除率更能快速地反應(yīng)厭氧的運行情況[1]。產(chǎn)氣率小說明產(chǎn)甲烷細(xì)菌少或活性弱，反應(yīng)器有可能會出現(xiàn)酸化（表現(xiàn)為厭氧出水揮發(fā)性脂肪酸濃度增高，厭氧降解反應(yīng)受到抑制），因此在產(chǎn)氣率下降時一定要注意反應(yīng)器內(nèi)各項指標(biāo)的變化。實驗中厭氧產(chǎn)氣率一直在0.15～0.25L/g COD去除左右，并一直保持穩(wěn)定，反應(yīng)器運行平穩(wěn)。
3.5溫度
夏季，UASB進(jìn)水水溫為20～25℃，COD去除效率為85%，產(chǎn)氣率為0.25L/g COD去除，冬季，UASB進(jìn)水水溫為10℃左右，COD去除效率為75%，產(chǎn)氣率為0.15 L/g COD去除。由此可見，UASB進(jìn)水溫度對反應(yīng)器的運行有一定的影響：溫度下降，COD去除率下降，產(chǎn)氣率同時下降。因此，利用厭氧處理生活污水，進(jìn)水應(yīng)有一定的溫度（在20℃以上最佳），所以，應(yīng)用厭氧處理生活污水一般只能在南方適用。
4 后處理的建議
厭氧出水不能達(dá)到生活污水的排放要求，且水中含有一定的氣味，水色較深，因此，必須在厭氧處理后增加一級好氧后處理，保證排放水的達(dá)標(biāo)率。
可采用的好氧處理有很多種，也有很多已直接應(yīng)用于生活污水的處理，但一般其運行費用都較高。經(jīng)厭氧處理后的生活污水中有機(jī)物含量已較低，如再用常規(guī)曝氣方法作為后處理，投資及能源浪費都較大。因此選用無需動力消耗的依靠重力流自動旋轉(zhuǎn)布水的滴濾床技術(shù)作為后處理，既能進(jìn)一步對厭氧出水中的有機(jī)物進(jìn)行降解，保證出水達(dá)標(biāo)，又無需消耗動力[2]。
利用厭氧——滴濾床的處理工藝已在豆制品加工廢水、啤酒生產(chǎn)廢水、乳品加工廢水等工業(yè)污水處理上成功應(yīng)用，出水都達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)論與建議
（1）實驗證明，用UASB處理生活污水是可行的，在常溫下運行，水力停留時間為8小時，COD去除率能達(dá)到75～85%；
（2）從厭氧反應(yīng)器的冬季二次啟動表明：厭氧菌種能夠在一定條件下長時間保存，再啟動時只需較合適的環(huán)境，在短時間內(nèi)即可恢復(fù)活性；
（3）在工程應(yīng)用中，利用厭氧反應(yīng)器處理生活污水，與所選用的反應(yīng)器類型、結(jié)構(gòu)及所應(yīng)用地方的氣溫有很大的關(guān)系，一般在南方應(yīng)用較好；
（4）建議采用好氧滴濾床技術(shù)作為厭氧處理生活污水的后處理工藝，無需增加運行費用，且出水能很好地保證達(dá)標(biāo)率。
參考文獻(xiàn)
1 賀延齡. 《廢水的厭氧生物處理》北京：中國輕工業(yè)出版社，1998，50～52
2 張自杰等.《排水工程》 中國建筑工業(yè)出版社，2000，201～210
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