UCT工艺处理生活污水

发表时间：2021-01-14 15:18:00 阅读次

生活污水中的C/N—般能满足正常的脱氮除磷的需求，但有些生活污水中的C浓度较低，而N浓度偏高，这主要是由于人民生活水平的提高和生活习惯的改变，使生活污水中的成分和比例改变活性污泥法处理高NH₄⁺-N废水有很大困难，主要是因为高浓度的NH₄⁺-N对微生物有一定的抑制作用，影响硝化细菌的活性，使硝化过程不能正常进行。

　　目前，国内主要针对A2/O工艺进行研究UCT工艺作为一种新型脱氮除磷工艺，对其关注较少。本实验主要研究了UCT工艺污泥接种后的启动运行和稳定运行阶段对COD、NH₄⁺-N和TP的去除情况，从而考察该工艺对高氨氮污水的处理效果。

　　一、实验部分

　　1.1 材料与仪器

　　生活污水，取于某大学家属区，水质见表1，属于典型低C/N值的城市生活污水；接种污泥，取自北京市某污水处理厂污泥浓缩池，MLSS约为10g/L。

　　JMP-5000变频潜水泵；CM-05多参数水质测定仪；TU-1810分光光度计；Mu/Li3620IDS水质多参数测定仪；MilwaukeepH56笔式酸度计。

　　1.2 实验方法

　　工艺流程示意见图1。

　　实验装置主体由PE材料制成，装置为圆形结构，直径为180cm，设计处理水量为5m3/d，水力停留时间(HTR)24h，厌氧区、缺氧区、好氧区HRT为1：2：5，好氧区采用微孔曝气的方式。在厌氧区和缺氧区内均设置竖向插板，污水在厌氧区和缺氧区呈推流状态，大大增加了污泥的碰撞几率，有利于提高污泥浓度(MLSS)，提高处理效果。

　　系统的曝气采用空气泵，其出口流量为250L/min，流量采用LZB玻璃转子流量计计量，曝气转子流量计量程为8m3/h，气提转子流量计量程为4m3/h。调节罐内放置了两台JMP-5000变频潜水泵，最大流量为5000L/h，最大扬程为6m，潜水泵一用一备。污泥回流、硝化液回流和缺氧混合液回流均采用气提技术，通过控制气量控制回流量，每个回流量所对应的气量均由相应的玻璃转子流量计控制。

　　实验启动时生活污水的水温为(24±3)℃，接种污泥的体积为3m3。污泥接种后闷爆Ah后，2m3的生活污水填满系统，由于污泥浓度大，活性好，因此采用连续培养的方式进行污泥培养与驯化，以缩短污泥培养的时间。

　　系统的启动与运行参数如下:在启动阶段，进水量为0.21m3/h，曝气量为8m3/h；硝化液回流比为100%，污泥回流比为100%，缺氧混合液回流比为100%；在运行阶段，硝化液回流比为200%，通过调整曝气量控制好氧区溶解氧浓度为1?2mg/L，SV值为30%?40%。

　　1.3 分析方法

　　水质指标主要采用水和废水监测分析方法中的标准方法进行测定。COD采用多参数水质测定仪测定，NH₄⁺-N采用纳氏试剂分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法，MLSS采用重量法。

　　二、结果与讨论

　　2.1 UCT工艺的启动

　　2-1-1 COD去除率

　　由图2可知，在启动阶段，系统对COD的去除效果良好。第1?3d，出水COD平均浓度为55mg/L，对COD的平均去除率达到80%以上，这与接种污泥的数量与浓度有很大关系，使系统刚启动，就具有了高效的COD去除性能。在3?11d，出水COD平均浓度为41mg/L，达到GB18918-2002出水一级A标准。随着污泥继续培养，COD的去除效果进一步提升，出水COD的浓度逐渐降低，从第11d开始，去除率缓慢上升，最高达96.41%，平均出水浓度为16mg/L，同时，好氧区的菌胶团密实，出现了大量轮虫，说明出水水质良好。当COD去除率高于80%，启动驯化阶段结束，开始进入下一阶段研究。

　　2.1.2 NH₄⁺-N去除率

　　启动期间NH₄⁺-N浓度的变化见图3

　　由图3可知，在1~9d，进水NH₄⁺-N平均浓度为85.1mg/L，出水NH₄⁺-N平均浓度为25.5mg/L，平均去除率为70.04%，这可能与进水NH₄⁺-N浓度高有关，高氨氮污水对硝化细菌的活性有影响，硝化速度慢，无法在限定的水力停留时间内完成大量NH₄⁺-N的转化。再者，系统启动培养时间短，而硝化细菌的污泥龄较长，接种污泥中硝化细菌数量少且对高氨氮污水要有适应生长期。在9~19d，NH₄⁺-N的去除效率显著提升，平均去除率为96.03%，最高去除率达到99.73%，出水NH₄⁺-N浓度显著降低，出水NH₄⁺-N最低浓度为0.25mg/L，在最高去除率情况下，出水NH₄⁺-N实现零排放。培养驯化阶段，装置对NH₄⁺-N的平均去除率达到83.04%，这说明硝化细菌培养驯化已完成，适应了高氨氮生活污水的抑制作用，细菌菌群活性较好;同时，经过一段时间的培养驯化，系统中富集了大量的硝化细菌，使系统可在高氨氮的情况下完成硝化。

　　2.2 UCT工艺稳定运行效果

　　2.2.1 COD去除率

　　系统对COD的去除效果见图4

　　由图4可知，进水COD平均浓度为211mg/L，出水COD平均浓度为36mg/L，平均去除率为82.94%，达到GB18918-2002的一级A排放标准。

　　进水中NH₄⁺-N浓度过高会对COD去除造成影响，使出水COD略高于一般的生活污水处理系统。本实验中，出水COD平均浓度较低，可能是进水中70%的COD在厌氧区和缺氧区被去除，仅有少量的COD在好氧区被氧化去除。进水中TP浓度高，为厌氧释磷创造了条件，在此过程中，聚磷菌需要消耗大量的易降解有机物;在缺氧区，由于进水中NH₄⁺-N浓度较高，使污泥回流中携带大量的硝酸盐氮，反硝化细菌利用硝酸盐为电子受体，COD作为电子供体，使COD从缺氧区被进一步去除，剩余的生化性较差的COD进入好氧区，被好氧区的微生物降解利用。

　　2.2.2 NH₄⁺-N去除率

　　系统对NH₄⁺-N的去除效果见图5

　　由图5可知，进水NH₄⁺-N平均浓度为87.8mg/L，出水NH₄⁺-N平均浓度为1.9mg/L，平均去除率为97.84%。NH₄⁺-N在厌氧区和缺氧区大幅度下降，分析原因：缺氧2的NH₄⁺-N浓度低于进水，通过回流作用，把进水的NH₄⁺-N稀释；同样，在好氧区，NH₄⁺-N转化为硝态氮，污泥回流和硝化液回流进入缺氧1，其所含NH₄⁺-N含量远远低于进水，使进入缺氧区的NH₄⁺-N浓度进一步降低。在缺氧区内部，NH₄⁺-N浓度有所下降，但降低幅度比较小，主要是由于微生物生长对氮元素的需要所致。

　　硝化菌是一种自养菌，有机基质浓度不是限制其生长的因素。但高浓度NH₄⁺-N会抑制硝化细菌的活性，影响出水水质。范举红在研究高NH₄⁺-N对A2/O系统的影响时指出，当进水NH₄⁺-N浓度增大，工艺运行就会出现异常。为降低高NH₄⁺-N负荷对系统的冲击，系统采用大回流比稀释的方法，使系统的NH₄⁺-N在进水好氧区之前就大幅度下降，使硝化细菌保持较好的活性。

　　2.2.3 TP去除率

　　系统对TP的去除效果见图6。

　　由图6可知，进水TP平均浓度为12.81mg/L，出水TP平均浓度为5.34mg/L，平均去除率为58.31%。前21d进水TP平均浓度为13.30mg/L，出水TP平均浓度为6.53mg/L，平均去除率为50.90%;第21d，系统排放剩余污泥。在22?29d，进水TP平均浓度为11.46mg/L，出水TP平均浓度为2.07mg/L，平均去除率为81.94%。系统排泥后，TP去除效果明显，出水TP平均浓度由6.53mg/L降低到2.07mg/L，去除率提高了31%左右。第21d后，系统不排泥，出水TP浓度逐渐增大，由此可见，排泥可以提高系统对TP的去除效果，污泥龄对于TP的去除至关重要，不排泥使TP在系统中循环往复的释放和吸收。在A2/O工艺中，回流污泥含有大量的硝态氮，破坏了厌氧环境，影响厌氧释磷效果。在UCT工艺中，污泥先回流到缺氧区，再由缺氧区回流到厌氧区，从而避免了硝态氮对聚磷菌的影响。在UCT工艺研究中发现了反硝化除磷现象，系统流程TP变化见图7。

　　在UCT工艺中，厌氧区为聚磷菌提供了良好的释磷环境，使聚磷菌在厌氧区充分利用易于生物降解的有机物进行PHB的合成与储存，释放磷的含量大约为2mg/L。随后在缺氧区反硝化除磷菌以硝态氮为电子受体，以体内的PHB作为能量，过量吸收磷，同时实现对硝态氮的去除。在缺氧区，吸磷量大约为7mg/L。缺氧区出水剩余的TP在好氧区继续被吸收，好氧吸磷量大约为3mg/L。在实验中发现，出水的磷浓度大于好氧区，主要是因为沉淀池污泥浓度较高，消耗大量溶解氧，造成沉淀区溶解氧不足，污泥在沉淀池释磷，同时伴随着反硝化脱氮的进行，造成污泥上浮。鉴于此，应减少沉淀区MLSS，或者增加后续化学除磷工艺。同时，对于实际工程而言，沉淀区的MLSS不能过大，否则会造成沉淀区释磷或者“跑泥”现象，影响系统稳定运行。

　　研究发现，在普通的活性污泥系统确实存在反硝化除磷现象。吴昌永等利用实验室装置研究了A2/O工艺中的反硝化作用，系统中缺氧区吸磷量占总吸磷量的36%。吕亮研究硝化液回流对反硝化除磷的影响时发现，当硝化液回流比为300%，反硝化除磷效果最好。系统的除磷率为94.5%，系统的反硝化除磷占总除磷量的比例为98.4%。

　　三、结论

　　(1)UCT工艺启动运行周期短，在启动运行初期中，对COD和NH₄⁺-N平均去除率为86.17%和83.04%左右，出水COD和NH₄⁺-N平均浓度满足GB18918-2002一级A的标准。