河北建筑工程学院能源与环境工程学院张家口075000
摘要：通过利用不同生化池泥水混合物及剩余污泥对某城区污水处理厂初沉池进行生物强化处理试验，得出生物强化处理初沉池污水中COD、NH3-N的处理效果。在生物强化处理初沉池污水中，剩余污泥添加比为50%，沉降时间为30min时，对初沉池污水中COD、NH3-N的去除效果最好，与初沉池原去除率相比较，在最佳添加比与沉淀时间的试验条件下，COD去除率提升了40.02%，NH3-N去除率提升了18.76%。因而将污水厂剩余污泥回流至初沉池，不仅可以增强二级处理预处理，有效减少污泥量，而且有利于降低基建费用。
关键词：生物强化；初沉池；COD；NH3-N
0引言
随着我国水资源紧缺和水环境污染的加剧紧张和恶化，使得环保部门不得不加强污水处理厂出口水质排放要求。传统的一级处理包括粗细格栅和初沉池，初沉池主要利用物理沉降可有效的去除污水中的悬浮态颗粒物，以及一部分悬浮态有机物[1]。生物初沉池强化处理的本质就是直接利用微生物及其代谢产物作为吸附剂和絮凝剂，通过对污染物质的物理吸附、化学吸附和生物吸附等作用，把一部分微小的颗粒物质、胶体物质及溶解物质转化为生物絮体的组成部分，并通过絮凝沉降作用而去除[2]。目前，国内对于污水处理工艺强化预处理的文献显有报道[3-4]。试验研究了不同生化池中泥水混合物以及剩余污泥对初沉池处理效果的生物强化作用，为污水处理工艺不同污泥回流处理效果及一级处理强化方法奠定基础。
1.试验背景
1.1某城区污水处理厂概况
某城区污水处理厂于2004年5月21日开工建设，2006年8月建成完工通水，2009年完成脱氮除磷升级改造项目，完工后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级（A）标准。污水处理厂服务范围为某市主城区的全部生活污水和工业废水，服务范围内主要工业污染源为制药总厂、烟厂、棉纺厂、煤机厂等工业公司。全厂污水处理工艺采用改造A/A/O+投加悬浮填料+砂滤工艺，有脱氮除磷的功能，具有生产过程连续性的特点。污水经生物池处理后，进入二沉池沉淀，出水经二氧化氯消毒后出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级（A）标准，约30%的排水进入再生水处理厂作为生产用水进行再处理后供热电作为冷却水，其余经退水渠排入洋河，设计处理规模10万m3/d。污水处理厂悬浮填料好氧池将回流部分污泥至缺氧池、二沉池的一部分污泥用回流污泥泵打回厌氧池进行回流以提高A/A/O反应池中活性污泥的性能，剩余污泥则由剩余污泥泵排至污泥贮池，随后送至污泥浓缩脱水间进行机械脱水，脱水后外运卫生处置，污泥浓缩池和污泥脱水间产生的脱水液进入污水处理系统处理。污水处理厂生产工艺流程如图1所示。根据历年监测数据资料统计，污水处理厂进水水质相关指标见表1。
图1某城区污水处理厂工艺流程
表1进水水质指标
1.2某城区污水处理厂生物强化试验简介
本小试试验针对某城区污水处理厂满负荷运行时，且在维修单条工艺线中生化好氧池底部曝气设备的情况下，既要保持较高的水处理量，又要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准的问题，对初沉池处理效果进行生物强化，从而减轻二级处理的污染物负荷，保证污水处理厂出水水质达标排放。
2某城区污水处理厂初沉池去除效果强化试验
本次试验初沉池去除效果强化主要是在静态试验条件下，将不同生化池的泥水混合物以及剩余污泥按一定比例添加至初沉池入水口水样中，以增强初沉池对水中化学需氧量和氨氮的去除作用，并与原工艺中初沉池对化学需氧量和氨氮的去除效率进行对比。
2.1试验方案
分别取缺氧池、厌氧池的泥水混合物以及剩余污泥作为试验强化污泥，取初沉池入水口污水作为试验水样。将泥水混合物按照水样体积的10%、20%、30%、40%、50%比例与一定体积（300mL）的水样进行混合，分别记录沉降时间为5、15、20、25、30分钟的污泥体积并计算沉降比，同时测定初沉池入水口水样及出水口水样中化学需氧量和氨氮的含量及去除率，以沉降时间为30分钟时，水样中化学需氧量（COD）及氨氮（NH3-N）去除率作为测试指标。
2.2检测方法
化学需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）均采用哈希水质分析仪及哈希专用试剂进行测定。化学需氧量测定：取2mL水样，加入COD哈希专用试剂管中，摇匀，在提前预热至150℃的BDR消解器中加热120min，冷却至室温，将试剂管外部擦拭干净，放置哈希分光光度计中进行测定。氨氮测定：取0.1mL水样，加入NH3-N哈希专用试管中，分别向试管中加入含有氨水杨酸盐试剂粉包和氨氰尿酸盐试剂粉包，强烈摇晃至粉末溶解，静置20min后，放置哈希分光光度计中进行测定。
以去离子水代替水样作空白实验，将入水口水样不加泥水混合物以及出水口水样作为不加泥水混合物的去除效率作为对比实验。
3生物强化效果分析
3.1泥水混合物强化去除COD效果
某城区污水处理厂不同生化池泥水混合物以及剩余污泥在静态试验中，沉降时间为30min时，强化去除初沉池入水口水样中化学需氧量（COD）去除效果见图2所示。
图2不同泥水混合物强化去除COD效果
由图2可看出，随着泥水混合物添加比例的增加，水样中COD去除率逐渐增加，当泥水混合物添加比例为50%时，COD去除率最大，剩余污泥、缺氧池和厌氧池泥水混合物生物强化COD去除率分别为78.96%、75.06%和70.06%，相比初沉池COD原去除率分别提高了40.02%、35.02%、43.92%、14.96%。另一方面随着泥水混合物的增加，剩余污泥和缺氧池泥水混合物强化去除COD的效果增加的最为明显，而厌氧池泥水混合物及剩余污泥强化去除COD的效果增加的较为平缓。综上所述，与初沉池COD原去除效率相比，泥水混合物去除COD生物强化作用和效果都十分明显，当泥水混合物从10%增加至50%的过程中，厌氧池泥水混合物的生物强化效果最为稳定。
3.2泥水混合物强化去除NH3-N效果
某城区污水处理厂不同生化池泥水混合物以及剩余污泥在静态试验中，沉降时间为30min时，强化去除初沉池入水口水样中氨氮（NH3-N）去除效果见图3所示。
图3不同泥水混合物强化去除NH3-N效果
由图3可以看出，随着缺氧池泥水混合物、剩余污泥添加比例的增加，初沉池进水水样中氨氮去除率逐渐增加，但缺氧池泥水混合物生物强化效果并未超过原初沉池氨氮去除率。当剩余污泥添加比例为30%以上时，氨氮去除率有较为明显的增加，在剩余污泥比例增加为50%时，氨氮去除率提升至39.18%，比初沉池原氨氮去除率增加了18.76%。厌氧池泥水混合物在添加比例为30%时，氨氮去除率最高达到27.12%，比初沉池原氨氮去除率增加了6.7%，但随着泥水混合物添加比例的增加，氨氮去除率也随之下降。综上所述，与初沉池氨氮原去除效率相比，剩余污泥去除氨氮生物强化作用和效果十分明显，当剩余污泥添加比例从10%增加至50%的过程中，生物强化去除氨氮的效果逐渐上升，且在添加比例为30%以上，氨氮去除效果最为明显，均超过初沉池氨氮原去除效率。
3.3不同生化池污泥沉降性能比较
某城区污水处理厂不同生化池泥水混合物以及剩余污泥在静态试验中，记录不同泥水混合物添加比例时，沉降时间分别为5、15、20、25、30分钟时的污泥沉降体积，记录结果见图4-图6。
图4剩余污泥沉降性能
图5缺氧池污泥沉降性能
图6厌氧池污泥沉降性能
在剩余污泥对初沉池生物强化的研究中，当剩余污泥的添加比为40%-60%时，初沉池对SS、COD等去除效果最佳[5]。试验过程中，在停留时间为1小时后，剩余污泥开始膨胀；停留时间为50min后，缺氧池污泥开始膨胀；停留时间为40min后，厌氧池污泥开始膨胀。由图4、图5、图6可以看出，当沉降时间为30min时，不同泥水添加比例的剩余污泥沉降比分别为10.61%、18.89%、25.64%、30.95%、45.56%；缺氧池污泥沉降比分别为7.58%、9.44%、12.05%、15.48%、19.78%；厌氧池污泥沉降比分别为6.06%、11.11%、11.03%、15.00%、18.44%。
与图2、图3结合对比，水力停留时间为30min时，剩余污泥添加比为50%COD和NH3-N去除效果最好，此时污泥沉降比为45.56%；缺氧池污泥添加比为50%COD和NH3-N去除效果最好，此时污泥沉降比为19.78%；厌氧池污泥添加比为40%、50%时，COD去除效果增加不明显，NH3-N去除效果反而明显下降，因此污泥添加比取30%COD和NH3-N去除效果最好，此时污泥沉降比为18.44%。
4.结论
（1）剩余污泥、缺氧池污泥、厌氧池污泥对初沉池COD、NH3-N去除效果一次下降，剩余污泥的生物强化效果高于缺氧池污泥和厌氧池污泥。
（2）综合COD、NH3-N去除效果，当沉降时间为30min时，三种污泥单独处理最适添加比分别为剩余污泥50%、缺氧池污泥50%、厌氧池污泥30%。
综上所述，某城区污水处理厂剩余污泥对初沉池中COD、NH3-N的去除效果最好，在满负荷运行，且维修单条工艺线中生化好氧池底部曝气设备的情况下，将剩余污泥回流按比例至初沉池，并设计合适的沉降时间，可以满足较高的水处理量出水达标排放的要求。剩余污泥回流至初沉池不仅有利于增加絮凝沉降效果，缩短沉降时间，而且可以减少初沉池容积，减少污水厂基础建设的投资费用。
参考文献：
[1]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2007：14-27.
[2]姚方，姚海雷.生物强化一级处理实验研究[J].环境科技.2010，23（2）：31-33.
[3]丁会请.强化预处理/CAST工艺在岳阳云溪工业园污水厂的应用[J].辽宁化工.2013，43（6）：705-709.
[4]徐婷，王萍.生物絮凝一级强化处理市政污水的研究[J].轻工科技.2012，9：92-93.
[5]陈爱朝，张炯，钱亚芬等.剩余污泥回流至初沉池对A/O污水处理系统的影响[J].中国给水排水.2007：23（12）：93-95.