二段法改良工藝處理高濃度難降解城市污水
陳立1，楊坤1，鮑憲枝2
(1.中國市政工程華北設計研究院，天津300074；2.大連市排水管理處，遼寧大連116021)
摘 要：在總結高濃度難降解的城市污水處理工程技術的基礎上，通過試驗提出了二段法改良工藝，并在高濃度難降解城市污水處理中硝化菌的難以存活、有機物的去除及化學除磷等技術上有所突破。二段法改良工藝一方面具有耐沖擊負荷，更適宜于處理城市污水中化工廢水比例高、廢水成分復雜、處理難度大的特點，另一方面在難以實施生物除磷的條件下，更易于布置成多點投藥，實現化學除磷。
關鍵詞：污水處理；二段法；城市污水
中圖分類號：X703.1
文獻標識碼：C
文章編號：1000-4602(2001)08-0050-03
我國一些中小城鎮的市政污水中工業廢水所占比例偏高，一般在50%以上，導致了這些城鎮污水處理廠的污水處理十分困難，一般的生物處理工藝無法將這類高濃度難降解的城市污水處理達標。以浙江省椒江市為例，該城市污水中工業廢水所占比例為52%左右，其中難降解化工廢水的比例又占了一半以上，造成該城市污水以工業廢水為主的事實，其可生化性極差，或基本不可生化(BOD5/COD為0.06～0.29)，且具有總溶解性固體和磷酸鹽偏高的特點。
1 水質特點與工藝選擇
在泰安、宣化和椒江的城市污水處理廠的設計中都遇到了城市污水中工業廢水所占比例偏大、難降解物質濃度偏高、可生化性差的問題。其中，泰安城市污水中不可降解COD的比例為0.15；宣化城市污水中工業廢水的比例約為70%，不可降解COD的比例為0.15。應該說這類高濃度難降解城市污水的特點是工業廢水的沖擊比較嚴重，可生化性差，選擇處理工藝應首先著眼于其抗沖擊負荷的能力。
泰安污水處理廠采用的工藝是AB法的變種，即A+A2O工藝流程(見圖1)。
該工藝的COD、SS、TN和TP去除率分別可達81%～94%、90%～99%、61%～91%和87%～97%，適宜于污水含懸浮物、有機物濃度高的情況，但對付工業廢水的沖擊負荷能力不足，這在椒江污水處理的試驗中也得到了佐證，其原因在于A段的泥齡和停留時間過短，不足以緩沖工業廢水中溶解性成分對微生物的有害沖擊。試驗期間也曾以A2O工藝與之進行平行對比，在不存在強烈沖擊的條件下，A+A2O的工藝效果不如A2O工藝，但在工業廢水比例高的條件下，A+A2O的工藝對于絲狀菌的生長具有較強的抑制作用。
泰安污水處理廠的進、出水水質見表1。
(mg/L) BOD5
(mg/L) TP
(mg/L) NO3-N
(mg/L) 氨氮
(mg/L) 有機氮
(mg/L) SS
(mg/L) 堿度
(mg/L) pH 進水 均值 650 290 6.45 2.0 31.8 14.5 263 317 7.5 波動值 ±311 ±139 ±1.9 ±1.7 ±21.7 ±10.1 ±108 ±24 ±0.4 出水 范圍 57～80 4～10 0.21～1.9 2.9～10.1 0～17.4 0～2.7 6～20
宣化污水處理廠采用的工藝是接觸器+普通曝氣活性污泥法(工藝流程如圖2)，接觸器的設置是為了抑制絲狀菌的生長。結果表明，COD、SS、TN和TP的去除率分別可達85%～89%、71%～93%、40%～72%和62%～82%。與泰安污水處理廠的工藝相比，SS、TN和TP的去除率有所下降，分析其原因，可能是由于工業廢水影響了活性污泥的沉降性能，導致SS去除率下降；缺乏除磷脫氮的生物專項功能，導致TN和TP的去除率下降。試驗期間曾以延時曝氣工藝與之進行平行對比，結果差別不大，因此單純從抗沖擊負荷的角度講，延時曝氣工藝的作用不大，遠遠比不上二段法中第一段的作用。
宣化污水處理廠的進、出水水質見表2。
椒江污水處理廠采用的是改良后的二段法(工藝流程如圖3)。結果表明，不投藥時COD、SS、TN和TP去除率可達76%、92%、43%和17%左右；投藥時，COD、SS和TP的去除率可達85%、89%和88%左右。與泰安、宣化污水處理廠的工藝相比，二段法改良工藝在不投藥時的COD、SS、TN和TP去除率明顯降低，分析其原因，可能是由于工業廢水的影響，使其可生化性極差，可用碳源不足，導致整體去除效果下降；投藥時，COD和TP的去除率有大幅度提高，這是由于化學絮凝劑對有機物和磷的去除作用所致。試驗期間曾以單段法工藝與之進行平行對比，結果表明，在工業廢水比例高、可生化性差的條件下，單段法的效果不如二段法。
椒江污水處理廠的進、出水水質見表3。
(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) 堿度
(mg/L) 進水平均值 8.57 398 240 110 320 168 50.17 6.0
2 73.24 3.62 6.05 396 進水最大值 10.26
746 395 178 1136 725 104.72 15.10 96.10 12.80 18.00 527 進水最小值 7.20 132 39 2 65 12 12.40 2.48 56.26 0.24 0.81 269 不加藥出水 7.05 111 93 11 26 14.56 9.63 25.01
4.8 5.43 92 加藥出水 7.00 62 58 25 3 0.58 0.94 76
應該說，處理此類污水，業內人士嘗試過的延時曝氣、AB法、奧貝爾氧化溝、二段法等工藝都具有不同程度的抗沖擊負荷的能力，具體采用哪種工藝，需要根據當地的水質特點，靈活選擇并適當改良。
2 二段法改良工藝的原理與特點
將二段法改良工藝應用于高濃度、難降解城市污水的處理，無疑具有很大的優勢，這主要體現在：
①二段法改良工藝的第一段，不同于AB法的A段，也不同于經典的二段法中的第一段。從停留時間看，在1～2 h之間，它可以抑制活性污泥中絲狀菌的生長；對工業廢水的有害沖擊可以起到緩解作用，這可能是由于短泥齡的微生物對大分子物質有裂解和分解作用(停留時間過短，不足以“裂解”或“分解”；停留時間過長，小分子物質在第一段降解，會使第二段微生物因營養物質的不足而無法維持生存)而間接地改善了后續工藝的可生化性；調節第一段呈缺氧狀態，還可進一步改善后續工藝的可生化性。
②高濃度、難降解城市污水處理的最大問題是硝化菌的難以存活，而二段法改良工藝的第一段中短泥齡的微生物對工業廢水的沖擊負荷有極佳的緩沖作用，對難降解的大分子有分解作用，使得工業廢水中的毒性物質得到降解或化解，從而解決了硝化菌難以存活的問題。第二段可采用延時曝氣工藝，較長的停留時間使第二段得以保持微生物的多樣性，使生長緩慢的硝化菌和降解特殊有機物的“基質專一性”微生物得以充分生長；也可不拘泥于一種工藝形式，根據除磷脫氮的要求，進行內部工藝形式的變化，以滿足出水要求。
③高濃度、難降解城市污水處理的第二大問題是有機物的去除。由于第一段中短泥齡的微生物對工業廢水中難降解的大分子有分解作用，使得毒性物質得到降解或化解，因此加強了第二段的協同降解作用；將10%的進水引入第二段，從根本上改善了第二段活性污泥的營養，解決了第二段碳氧化不足的問題。
④高濃度、難降解城市污水處理的第三大問題是生物除磷的先天不足與化學除磷的合理實施。在難降解城市污水中，由于易生物降解物質的缺乏，抑制了嗜磷菌的生長（為解決硝化與碳氧化問題而采用的二段法工藝更強化了這種抑制，這是由于第一段將可能存在的易生物降解物質消耗掉了），因此需要合理實施化學除磷。絮凝劑的投加，一方面可以作為出水有機物與懸浮物指標的把關措施，另一方面也可增加除磷工藝的靈活性（即在不具備生物除磷的條件時，可以采用化學除磷）；化學除磷在二段法工藝中更易于布置成多點投加，當沖擊負荷嚴重時，可以超越第二段，進行一級強化處理即可。
3 二段法改良工藝參數
二段法改良工藝推薦運行控制參數如下：
除磷藥劑為聚鋁或聚鐵；
第一段生物池的停留時間為1～2 h，污泥濃度為4～8 g/L，污泥齡為1～2 d左右；
第二段生物池的停留時間為15～20 h，污泥濃度為3～6 g/L，污泥齡為100～200 d；
投藥點設在第一段生物池、第一段沉淀池前、第二段生物池、第二段沉淀池前(可依據不同情況進行單點或多點投加的組合，常規投加點為第二段生物池和第二段沉淀池前的同時投加)。
4 存在的問題與今后的課題
研究結果表明，對于工業廢水比例高，特別是難降解工業廢水比例高的城市污水的可生化性指示值似乎用可生化COD與總COD比值來表述更為合理，即采用可生化性試驗來確定污水的可生化性，此數值與生物處理中的COD去除率大致呈線性關系。
利用常規的計算參數進行這類高濃度、難降解污水處理的工藝設計，其結果無法與試驗結果相符，這主要是由于常規工藝設計中，將進水中的惰性物質看作是不變的，但相關研究表明，這一成分隨工藝條件的不同，變化劇烈。因此在有條件時利用實測的污泥產率進行工藝計算更符合實際情況。在沒有實測污泥產率的條件時，也應對計算參數進行適當的修正，以期得到較為合理的工藝設計。
化學除磷應用于延時曝氣，顯然不同于一般的生物化學同時除磷。由于其活性污泥本身的沉降性能較差，將助凝劑投加于出水之前可能有希望改善出水水質并節省絮凝所需的藥劑。
5 結語
工業廢水經過企業內部處理后與生活污水混合，進入城市污水處理廠進行生物處理是可行的，工業廢水內部的難生物降解物質隨同生活污水中易生物降解物質，通過所謂的“協同降解”作用一起降解掉了。
高濃度、難降解的城市污水處理的最大問題是硝化菌的難以存活，第二大問題則是有機物的去除，第三個問題是化學除磷的實施。因此，相關的處理工藝應圍繞著這三點進行技術上的突破。
奧貝爾氧化溝、二段法、AB法和延時曝氣法都具有一定的耐沖擊負荷的能力，但經過改進的二段法工藝一方面具有耐沖擊負荷，更適宜于處理城市污水中化工廢水比例高、廢水成分復雜、處理難度大的特點，另一方面在難以生物除磷的條件下，更易于布置成多點投藥，實現化學除磷。
參考文獻：
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收稿日期：2001-03-26
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