生物/化學(xué)(BC)法處理城市污水研究

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Abstract：BC process is a wastewater treatment process combined biological treatment (high rate activated sludge) with chemical treatment (chemical flocculation and phosphorous removal).The marked feature of this process is the addition of chemical flocculant (ferric chloride) and the rest is similar to the conventional activated sludge process.A full?scale test (2×104 m3/d) verified that BC process has the characteristics of short aeration time and sludge age,low chemical dosage,high treatment efficiency,well settlement of activated sludge.It operates well especially for the low concentration municipal wastewater of the southern cities in China.The technical and economical performance of BC process was better than that of conventional process.The circulation of iron salt could reduce chemical dosage.
Keywords:wastewater treatment;activated sludge;chemical flocculation;chemical phosphorous removal;full?scale tes

　　高負(fù)荷活性污泥法的污泥負(fù)荷和容積負(fù)荷比常規(guī)活性污泥法高得多，泥齡很短，曝氣時(shí)間也短。在高負(fù)荷活性污泥法中，由于微生物處于對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期，增殖速度較慢的絲狀菌難以在系統(tǒng)內(nèi)存留，從而有效控制了污泥膨脹。高負(fù)荷活性污泥法能夠顯著節(jié)省投資和運(yùn)行費(fèi)，但迄今未得到廣泛應(yīng)用，其原因主要在于高負(fù)荷運(yùn)行條件下活性污泥的生物絮凝作用不足，出水含有較多的游離菌體和其他懸浮物，使得BOD5和其他指標(biāo)皆去除不充分，難以達(dá)到二級(jí)處理的排放要求。
　　在生物處理技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，污水化學(xué)處理技術(shù)也在不斷發(fā)展，其主要特點(diǎn)是投資省、運(yùn)行穩(wěn)定、操作靈活、除磷效果好，但不能去除溶解性有機(jī)污染物，出水水質(zhì)也難以達(dá)到二級(jí)處理的排放要求，運(yùn)行費(fèi)用往往偏高。
　　當(dāng)代污水處理技術(shù)的最重要發(fā)展趨勢(shì)就是生物處理與化學(xué)處理的結(jié)合，二者相互補(bǔ)充，顯然是最合理的工藝流程。BC法正是這種生物處理(高負(fù)荷活性污泥)與化學(xué)處理(絮凝和除磷)相結(jié)合的城市污水處理技術(shù)。
　　“八五”期間在蛇口污水廠進(jìn)行了大規(guī)模生產(chǎn)性試驗(yàn)，主要包括高負(fù)荷試驗(yàn)和同步削減試驗(yàn)。高負(fù)荷試驗(yàn)的目的是考查BC法在高負(fù)荷條件下的性能，同步削減試驗(yàn)則是為了考查蛇口污水廠利用BC法擴(kuò)容改造的可能性。在高負(fù)荷試驗(yàn)中，曝氣池關(guān)小到原來(lái)的1/4，污水廠其余設(shè)施不變；在同步削減試驗(yàn)中則將初沉池、曝氣池和二沉池皆關(guān)小到原來(lái)的一半，其余不變。試驗(yàn)期間污水廠照常運(yùn)行，只是在曝氣池前或曝氣池后增添了投加三氯化鐵的設(shè)施。
　　蛇口污水廠設(shè)計(jì)流量為2×10⁴ m³/d，采用普通活性污泥法工藝，鼓風(fēng)微孔曝氣，生產(chǎn)性試驗(yàn)流程略。

1 機(jī)理分析
　　城市污水中所含污染物是由不同粒徑大小的非溶解性組分和溶解性組分構(gòu)成的。不同粒徑的污染物組分具有不同的性質(zhì)，適用不同的去除機(jī)理。因此，污水的可處理性能強(qiáng)烈依賴于污染物顆粒的粒徑分布特性，處理過(guò)程的各種機(jī)理(如沉淀、傳輸、吸附、擴(kuò)散和生化等)，皆受到污染物粒徑的直接影響。
　　如果依次用沉淀、離心和過(guò)濾的方法，可將污水中的污染物分離為可沉組分、膠體組分、超膠體組分和溶解組分，這些組分的粒徑、在總污染物中所占比例、成分和耗氧速率見(jiàn)表1。

　　由表1可見(jiàn)，溶解組分、膠體組分與超膠體組分、可沉組分相比，耗氧速率明顯高得多，說(shuō)明易于生化降解，特別是溶解組分的耗氧速率最高，大約是超膠體組分和可沉組分的4～5倍。
　　各種污水處理單元技術(shù)的有效性受到污染物粒徑分布的強(qiáng)烈影響，同時(shí)，處理技術(shù)又會(huì)改變粒徑分布。沉淀能有效去除＞50 μm的污染物，過(guò)濾能有效去除粒徑＞30 μm的污染物，化學(xué)絮凝適用于0.1～10 μm污染物的凝聚，活性污泥適用于處理＜10 μm的污染物。
　　由于大分子和較大有機(jī)顆粒被分解酶降解的過(guò)程主要是在細(xì)菌表面進(jìn)行，所以該過(guò)程與粒徑直接相關(guān)。在好氧生物處理中，＞0.1 μm的顆?；疚幢唤到?；在厭氧生物處理中，＜1 μm的顆?？杀唤到?，＞100 μm的顆?；疚幢唤到?。
　　許多研究者認(rèn)為，城市污水中60%以上的污染物是非溶解性的，只有30%左右的污染物是溶解性的。正如Culp指出，生物處理方法能在1 h或更短的時(shí)間內(nèi)去除污水中的全部溶解性BOD。Ericsson指出，非溶解性有機(jī)污染物在好氧生物處理過(guò)程中幾乎未發(fā)生變化，在厭氧生物處理過(guò)程中也只有膠體部分被處理，其他部分仍未發(fā)生變化。
　　值得注意的是，溶解性有機(jī)污染物被微生物吸收(生物合成)的速度較快，而這些物質(zhì)在微生物體內(nèi)的氧化分解則相當(dāng)慢。對(duì)于污水處理而言，其目的是取得凈化的出水，因此，只需要生物合成，并不需要徹底氧化分解。另一方面，保持微生物良好的生物絮凝能力則需要較長(zhǎng)的曝氣時(shí)間，但聚集非溶解性污染物可以利用化學(xué)絮凝，并不一定單獨(dú)依靠生物絮凝。正如Culp指出，產(chǎn)生可沉淀絮體所需的生物絮凝作用不能在短時(shí)間內(nèi)完成，然而化學(xué)絮凝能使固體迅速轉(zhuǎn)化為可沉淀狀態(tài)。
　　傳統(tǒng)生物處理重在氧化分解，BC法重在分離。Culp曾對(duì)生物化學(xué)聯(lián)合處理流程進(jìn)行分析，認(rèn)為該流程能夠顯著提高去除有機(jī)物和磷的能力；化學(xué)絮凝劑不僅不會(huì)損害活性污泥的處理功效，而且提高了沉降性能，使運(yùn)行更加穩(wěn)定，污泥更易脫水；藥劑費(fèi)用可以被縮短曝氣時(shí)間節(jié)約的費(fèi)用補(bǔ)償；產(chǎn)泥量與傳統(tǒng)活性污泥法相差不大。

2 生產(chǎn)性試驗(yàn)
2.1 高負(fù)荷試驗(yàn)
2.1.1 運(yùn)行參數(shù)　　
　　 高負(fù)荷試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

　　由表2可見(jiàn)，曝氣時(shí)間的平均值為1.6 h，比普通曝氣法的4～12 h短得多，僅為其40%～13%，也僅為該廠設(shè)計(jì)曝氣時(shí)間的約1/3。氣水比也比普通曝氣法的9～12小得多。投藥量比一般化學(xué)處理所需的40～200 mgFe/L小得多，僅為其12%～2%。試驗(yàn)中曾在曝氣池前或后投藥，發(fā)現(xiàn)效果無(wú)明顯變化。回流比平均53%，處于普通曝氣法回流比的25%～50%的上限。泥齡平均1.5 d，比普通曝氣法的5～15 d短得多。
　　SVI與普通曝氣法在100 mL/g左右是接近的，說(shuō)明污泥沉降性能良好。MLSS平均2.1 g/L，在普通曝氣法MLSS的1.5～3 g/L范圍內(nèi)。MLVSS平均1.3 g/L，占MLSS的62%，與普通曝氣法接近而稍低，這是投加了化學(xué)絮凝劑的緣故。BOD5容積負(fù)荷處于普通曝氣法的0.4～0.9 kgBOD5/(m3·d)的上限。污泥負(fù)荷比普通曝氣法的0.2～0.4 kgBOD5/(kgMLVSS·d)高，是該廠設(shè)計(jì)污泥負(fù)荷0.3 kgBOD5/(kgMLVSS·d)的兩倍。
　　生產(chǎn)性試驗(yàn)的回流比受到蛇口污水廠設(shè)備能力限制，并使得MLSS和MLVSS也受到限制。生產(chǎn)性試驗(yàn)的BOD5去除容積負(fù)荷和污泥負(fù)荷受到進(jìn)水濃度限制，試驗(yàn)期間適逢雨季，進(jìn)入曝氣池的初沉出水BOD5較低，使試驗(yàn)的負(fù)荷受到限制。若不考慮濃度低于平均值的少部分?jǐn)?shù)據(jù)，則容積負(fù)荷為1.0 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，高于普通曝氣法；污泥負(fù)荷為0.7 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，是普通曝氣法的近兩倍。
2.1.2 主要污染物去除效果
　　高負(fù)荷試驗(yàn)期間的主要污染物去除效果見(jiàn)表3。　　　　　　　　

　　由表3可見(jiàn)，BC法高負(fù)荷試驗(yàn)期間的出水COD平均79 mg/L，BOD5平均15 mg/L，SS平均16 mg/L，說(shuō)明出水水質(zhì)良好，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　相對(duì)于進(jìn)水的去除率，COD平均80%，BOD5平均91%，SS平均93%，達(dá)到城市污水二級(jí)處理要求。相對(duì)于初沉出水的去除率，COD平均61%，BOD5平均77%，SS平均84%，在普通曝氣法的范圍內(nèi)。
　　試驗(yàn)期間進(jìn)水TP在1.6～4.7 mg/L之間，平均3.7 mg/L；出水TP在0.5～1.4 mg/L之間，平均0.9 mg/L，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；TP去除率為76%，可見(jiàn)BC法具有普通曝氣法所沒(méi)有的除磷能力。試驗(yàn)期間進(jìn)水氨氮并不超標(biāo)，出水氨氮更少，可見(jiàn)BC法與普通曝氣法一樣也具有去除氨氮的能力。
2.1.3 污泥產(chǎn)量
　　BC法高負(fù)荷試驗(yàn)期間，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(并考慮到試驗(yàn)前后的MLSS變化)，平均排放剩余污泥800 kg/d，去除BOD5為831 kg/d。由此可以算出污泥產(chǎn)量為0.96 kgMLSS/kgBOD₅，是普通曝氣法污泥產(chǎn)量0.4～0.6 kgMLSS/kgBOD₅的2.4～1.6倍。似乎BC法污泥產(chǎn)量比普通曝氣法多得多，其實(shí)并非如此，增加的僅僅是剩余污泥，而量大得多的初沉污泥并未增加。
　　根據(jù)前述數(shù)據(jù)，BC法剩余污泥比普通曝氣法多465～299 kg/d。但是，當(dāng)時(shí)排放初沉污泥1 963 kg/d，加上剩余污泥800 kg/d，總共2 763 kg/d，所以增加的剩余污泥僅占總污泥量的17%～11%，增加量并不明顯。BC法生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)束一年多以后，污水廠每天的排泥量一直與試驗(yàn)期間相似，并未顯著減少，再次證實(shí)BC法當(dāng)時(shí)增加的污泥量的確并不明顯。

2.2 同步削減試驗(yàn)
2.2.1 運(yùn)行參數(shù)同步削減試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表4?！?/font>