摘要：介紹了高碑店污水處理廠一期工程曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)試與評(píng)價(jià)，著重探討了前置缺氧選擇器的生物機(jī)理，結(jié)果表明，采用前置缺氧選擇器可以抑制絲狀菌的過渡增長(zhǎng)，改善污泥性能，防止污泥膨脹。

關(guān)鍵詞：曝氣池 推流式 選擇器 F/M 污泥膨脹

北京高碑店污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為近期100萬(wàn)m3/d，遠(yuǎn)期250萬(wàn)m3/d，近期100萬(wàn)m3/d分為兩期建設(shè)，一期工程50萬(wàn)m3/d，已于一九九三年十月竣工投產(chǎn)，二期工程50萬(wàn)m3/d，于一九九九年八月竣工。

該處理廠采用前置缺氧段活性污泥法工藝，即在推流式曝氣池前設(shè)置缺氧段(占生物處理池總?cè)莘e的1/12)，其目的是改善污泥性質(zhì)，防止污泥膨脹。一期工程投產(chǎn)以來，已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近五年，取得了預(yù)期的良好效果。

高碑店污水處理廠一期工程(以下簡(jiǎn)稱高碑店污水處理廠)工藝流程如下圖所示：

·污水處理工藝流程：

·污泥處理工藝流程：

高碑店污水處理廠一期工程曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)如下表所示：

表1 高碑店污水處理廠一期工程曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)流量Q	50萬(wàn)m3/d	曝氣池Nv	0.43kgBOD5/m3d
總變化系數(shù)Kz	1.1	曝氣池HRT	8.38hr
最大設(shè)計(jì)流量Qmax	55萬(wàn)m3/d	曝氣池MLSS	2000～3000mg/L
缺氧段HRT	41.9min	污泥回流比R	50～100%
曝氣池Ns	0.14kgBOD5/kgVSSd	水溫	13.9～14.5℃(冬)25.2～25.6℃(夏)

經(jīng)過五年運(yùn)行，處理效果如表2所示：

表2 處理效果表*

項(xiàng) 目	BOD5(mg/L)	CODCr(mg/L)	SS(mg/L)
原污水	180～220	400～500	300～400
處理出水	7.67～10.8	24.6～35.2	11～20.2
去除率(%)	95.3～95.0	93.9～93.0	96.3～95

*摘自“北京市高碑店污水處理廠(一期工程)水環(huán)境效益調(diào)查 分析 ”(1996年12月)

為給高碑店污水處理廠遠(yuǎn)期工程提供更加合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，于1996年～1997年在現(xiàn)場(chǎng)通過測(cè)定等手段，考察了一期工程曝氣池運(yùn)行效果，對(duì)曝氣池主要設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試與評(píng)價(jià)，并試圖探討前置缺氧段的生物機(jī)理。

1 試驗(yàn) 內(nèi)容 、 方法 與裝置

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

·測(cè)定曝氣池耗氧速率;

·測(cè)定曝氣池內(nèi)溶解氧分布;

·測(cè)定曝氣池內(nèi)氨氮硝化程度;

·測(cè)定曝氣池內(nèi)污泥負(fù)荷、污泥齡及污泥產(chǎn)率的變化 規(guī)律 ;

·觀察生物相。

1.2 試驗(yàn)方法與裝置

高碑店污水處理廠曝氣池分為兩系列，每系列6池，總計(jì)12池，每池為三廊道，每廊道長(zhǎng)95米，寬9米，總長(zhǎng)285米。

曝氣池進(jìn)水端設(shè)置缺氧段，長(zhǎng)24米，其后261米為好氧區(qū);缺氧區(qū)為總長(zhǎng)的1/12，相當(dāng)于停留時(shí)間42分鐘。

本測(cè)定選用7號(hào)曝氣池，測(cè)定點(diǎn)布置如圖1所示：圖中A、B、C、D、E、F為取樣點(diǎn)。A點(diǎn)：表示缺氧段特性;B點(diǎn)：表示缺氧向好氧過渡點(diǎn)的特性;C、D、E點(diǎn)：表示第一、二、三廊道好氧區(qū)內(nèi)不同DO濃度點(diǎn)的特性;F點(diǎn)：表示曝氣池出水特性;

1.2.1 耗氧速率測(cè)定

在曝氣池各測(cè)點(diǎn)取混合樣進(jìn)行曝氣，待溶解氧濃度達(dá)到6mg/1時(shí)，停止曝氣，立即裝人3000ml三角瓶中滿水密封，然后用磁力攪拌器攪拌(見圖2)，待DO濃度降至5mg/1時(shí)開始記錄，每隔0.5分鐘記錄一次DO濃度，直到DO濃度降至0.5mg/1時(shí)停止。通過分析DO隨時(shí)間的變化獲得耗氧速率數(shù)值。

1.2.2 溶解氧測(cè)定

本測(cè)定采用美國(guó)科爾·帕默儀器公司產(chǎn)品YSI—58型(便攜)溶解氧測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定測(cè)點(diǎn)為圖1中A、B、C、D、E、F點(diǎn)。

1.2.3 氨氮測(cè)定

本測(cè)定采用納氏試劑分光光度比色法。

主要測(cè)樣為原水及圖1中B、D、F點(diǎn)。

1.2.4 生物相觀察

在曝氣池A、B、C、D、E、F六個(gè)測(cè)點(diǎn)分別取混合液，待沉淀后取其活性污泥置于光學(xué)顯微鏡下觀察，照像顯微鏡為菜司公司BAI型。

1.2.5 化驗(yàn)方法

·MLSS：重量法

·BOD5：生化培養(yǎng)法(5天，20℃)

·CODcr：重鉻酸鉀法

·NH3—N：納氏比色法

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 處理廠運(yùn)行情況考察

本運(yùn)行考察分別在夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12～1月)進(jìn)行，運(yùn)行結(jié)果詳見表3“高碑店污水處理廠水質(zhì)運(yùn)行數(shù)據(jù)表”，從表3中可看出：

·秋、冬季原水CODCr，BOD5，SS均較穩(wěn)定，原水平均BOD5濃度為144～196mg/l，平均CODCr濃度為323～446mg/l，平均SS濃度為317～539mg/l，除SS略高于原設(shè)計(jì)值外，其余均在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)。

·夏季原水水質(zhì)變化較大，進(jìn)水濃度均較低，B0D5濃度為44～170mg/l，CODcr濃度為77～294mg/l，SS濃度為56～292mg/l。

·夏、秋、冬三季中，二沉池出水均較穩(wěn)定。平均BOD5濃度達(dá)4.67～7.8mg/l，平均CODcr濃度達(dá)20.3～44.6mg/l，平均SS濃度在14～23mg/l，均達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)《GB8978-96》一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 污泥運(yùn)行情況

本測(cè)定分別在秋冬兩季進(jìn)行，運(yùn)行數(shù)據(jù)詳見表4，從表4可以看出，剩余污泥排放量平均為8798～11969m3/d，而剩余污泥量設(shè)計(jì)值為8910～14256m3/d，污泥產(chǎn)率為0.9，因此設(shè)計(jì)值與實(shí)測(cè)值基本一致。

表3 高碑店污水處理廠水質(zhì)運(yùn)行數(shù)據(jù)表

表4 高碑店污水處理廠污泥運(yùn)行數(shù)據(jù)表

日期	剩余污泥排放量(m3/d)		回流污泥量(千m3/d)		污泥回流比(%)
	范圍	平均	范圍	平均	范圍	平均
1996.09	3020－25740	11969	273－465	390	65－90	67
1996.10	3240－17280	10937	245－367	341	42－72	62
1996.11	3960－17280	11327	101－346	276	50－68	56
1996.12	4320－17280	11479	259－346	268	/	/
1997.01	4320－17280	8798	173－259	252	40－60	58

2.1.3 污泥負(fù)荷與污泥齡

從表3可以看出夏、秋、冬季污泥負(fù)荷在0.05～0.13kgBOD5/kgVss.d，而設(shè)計(jì)負(fù)荷為0.14kgBOD5/kgVss.d，實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值基本吻合。

根據(jù)實(shí)測(cè)污泥濃度、剩余污泥量及池容可以 計(jì)算 出污泥齡為3.5～5.4天，也與設(shè)計(jì)污泥齡4～6天基本一致。

2.2 耗氧速率

活性污泥耗氧速率綜合反映了活性污泥的凈化能力，它與污水性質(zhì)、所選用的工藝流程、工藝參數(shù)、運(yùn)行條件等密切相關(guān)。測(cè)定耗氧速率可間接地反映曝氣池的運(yùn)行狀況，并可為曝氣池設(shè)計(jì)提供可靠的參數(shù)依據(jù)。

2.2.1 耗氧速度隨季節(jié)的變化情況

表5中列出了夏、秋、冬不同季節(jié)沿曝氣池池長(zhǎng)變化的耗氧速率和比耗氧速率值。其中冬季氣溫0.8～1.3℃，水溫13.9～14.5℃;秋季氣溫14.2～23℃，水溫19.8～21.8℃;夏季氣溫32～36℃，水溫25.2～25.6℃。圖3、圖4分別表示不同氣溫下耗氧速率和比耗氧速率沿池長(zhǎng)的變化曲線。

由上述表5、圖3、圖4可以看出：冬季比耗氧速率最大值(A點(diǎn))為0.1125mgO2/g.min，最小值(F點(diǎn))為0.0683mgO2/g.min，而秋季該值最大(A點(diǎn))為0.2462mgO2/g.min，最小(F點(diǎn))為0.1549mgO2/g.min，說明耗氧速率隨溫度增加而增大。

但是從表5中還可以看出，夏季最大比耗氧速率(A點(diǎn))為0.2351mgO2/g.min，最小值(F點(diǎn))為0.1184mgO2/g.min，均小于秋季同值;這是因?yàn)楹难跛俾食芩疁?影響 外，還與其它因素有關(guān)。表1中1997年7～8月進(jìn)水BOD5為83～92mg/L，CODCr165～197mg/L，明顯低于秋季進(jìn)水BOD5為188～196mg/L，CODCr為357～446mg/L，說明耗氧速率還與污泥負(fù)荷有關(guān)，在一定條件下，污泥負(fù)荷低，耗氧速率也隨之降低。

2.2.2 需氧量沿池長(zhǎng)的變化

從圖3、圖4中可看出，推流式曝氣池的耗氧速率沿池長(zhǎng)逐漸降低，因而需氧量也逐漸減少，經(jīng)測(cè)定及分析，第一、二、三廊道需氧量分別占曝氣池總需氧量的40%，32%，28%，即三廊道需氧量比為1：0.8：0.7。

另外，需氧量與污泥齡及污泥負(fù)荷有關(guān)，本測(cè)定在泥齡3.5～5.4天，污泥負(fù)荷為0.05～0.13kgBOD5/kvVSS.d條件下，去除1kgBOD5需氧量為1.56～1.2kgO2，平均值為1.43kgO2/kgBOD5。

2.3 溶解氧分布

供氧充分與否直接影響好氧生物處理過程中生物降解速率和處理效果。該廠曝氣池采用漸減曝氣方式，即曝氣頭設(shè)置密度呈遞減狀，經(jīng)測(cè)定，在表3所列供氧量條件下，溶解氧沿池長(zhǎng)變化如圖5所示，由圖5可以看出，曝氣池人口處DO濃度低于0.5mg/1，然后逐漸上升，至第二廊道達(dá)2.34mg/1左右，進(jìn)入第三廊道后又逐漸低至0.6～1.0mg/1左右。從表3還可以看出，此時(shí)，二沉池出水BOD5達(dá)4～7mg/1，CODCr達(dá)20～30mg/1，SS達(dá)14～23mg/1，完全滿足二級(jí)處理出水要求。

2.4 氨氮硝化

曝氣池中氨氮去除受污水中pH、水溫、堿度、CODCr等影響。本測(cè)定沿池長(zhǎng)取不同測(cè)點(diǎn)，測(cè)定水溫為13.9～25.6℃，pH7.2～7.75，堿度330～241mg/1。測(cè)定結(jié)果見圖6，從圖6中可以看出：秋季原水NH3-N21mg/l，出水可達(dá)3.4mg/l;冬季原水NH3-N32.4mg/1，出水可達(dá)0.93mg/1;原設(shè)計(jì)值為30mg/1，實(shí)測(cè)曝氣池氨氮去除率為84%，硝化效果良好。

2.5 生物相觀察

正常運(yùn)行條件下，曝氣池內(nèi)生物種類繁多，且較活躍，主要有原生動(dòng)物和后生動(dòng)物，如鐘蟲、楯纖蟲、聚縮蟲、獨(dú)縮蟲、鞘居蟲、輪蟲等(見圖7：生物相照片)，生物相沿池長(zhǎng)變化不大，但冬季生物數(shù)量較秋季為少。

表5高碑店污水處理廠秋、冬、夏季耗氧速率沿池長(zhǎng)變化表

項(xiàng)目?jī)?nèi)容日期	池長(zhǎng)(m)	耗氧速率(mgO2/1.min)		比耗氧速率(mgO2/1.min)
		范圍	平均
1996.9.10－1996.10(秋季)	12/(A)	0.3757－0.4985	0.4561	0.2462
	24/(B)	0.4296－0.5964	0.5244	0.2031
	90/(C)	0.3822－0.4759	0.4342	0.1749
	142.5/(D)	0.3642－0.4159	0.3893	0.1636
	214/(E)	0.3494－0.3986	0.3888	0.1566
	285/(F)	0.3659－0.3932	0.3693	0.1549
1997.1.10－1997.1.2(冬季)	12/(A)	0.2204－0.2638	0.2415	0.1125
	24/(B)	0.283－0.3123	0.3026	0.1056
	90/(C)	0.2643－0.2858	0.2747	0.00925
	142.5/(D)	0.2415－0.2866	0.2698	0.0909
	214/(E)	0.2593－0.2652	0.2644	0.0812
	285/(F)	0.1425－0.2406	0.2135	0.0683
1997.7.15－1997.8.(夏季)	12/(A)	0.3569－0.3923	0.3736	0.2351
	24/(B)	0.3777－0.4253	0.3849	0.2148
	90/(C)	0.2809－0.3666	0.3258	0.1752
	142.5/(D)	0.2467－0.2950	0.2707	0.1539
	214/(E)	0.2397－0.2842	0.2648	0.1356
	285/(F)	0.2380－0.2712	0.2526	0.1184

3 結(jié)論與 分析

① 采用前置缺氧段(缺氧選擇器)活性污泥法工藝可以抑制絲狀菌的過度增長(zhǎng)，防止污泥膨脹。

污泥膨脹是自活性污泥法問世以來，一直困擾著人們的最大難題之一。美國(guó)有1/2污水廠由于出水懸浮物過高而不能達(dá)標(biāo);荷蘭40～50%城市污水廠存在污泥膨脹 問題 ;德國(guó)315座活性污泥處理廠中，45%存有絲狀菌過度增長(zhǎng)狀況;英國(guó)調(diào)查了65座污水處理廠其中27座年平均SVI高于200;我國(guó)幾乎所有城市污水處理廠都存有一定程度的絲狀菌膨脹現(xiàn)象。可見活性污泥法工藝中污泥膨脹是一個(gè)世界范圍的普遍問題。

污泥膨脹有絲狀菌膨脹和非絲狀菌膨脹，造成各種類型的污泥沉降性能不良的多數(shù)原因，是由于絲狀菌過度增長(zhǎng)，因此，抑制絲狀菌過度增長(zhǎng)是防止污泥膨脹的主要途徑。

生物選擇器是 應(yīng)用 生物競(jìng)爭(zhēng)的原理，人為地在曝氣池中造成某種有利于選擇性地 發(fā)展 菌膠團(tuán)細(xì)菌的生態(tài)環(huán)境，使菌膠團(tuán)細(xì)菌迅速增長(zhǎng)，抑制絲狀菌過度增殖，從而控制污泥膨脹。

其具體 方法 是在推流式曝氣池前段設(shè)置一個(gè)停留時(shí)間比曝氣池短得多的區(qū)段，稱為生物選擇器。在生物選擇器內(nèi)，起始原污水的基質(zhì)濃度很高，可局部提高F/M比值，在此環(huán)境下，菌膠團(tuán)細(xì)菌迅速攝取、轉(zhuǎn)化并貯存污水中大部分可溶性有機(jī)物，奪取了絲狀菌的營(yíng)養(yǎng)源，成為優(yōu)勢(shì)菌，在后續(xù)的曝氣池中，由于絲狀菌缺少營(yíng)養(yǎng)而受到抑制，菌膠團(tuán)細(xì)菌卻可繼續(xù)氧化內(nèi)源貯存物而得到增殖，因而抑制了絲狀菌增長(zhǎng)，控制了污泥膨脹的發(fā)生。

根據(jù)選擇器內(nèi)部運(yùn)行條件不同，可分為好氧型、缺氧型和厭氧型，本設(shè)計(jì)采用缺氧型選擇器，即在推流式曝氣池前設(shè)置為總池容1/12的缺氧段，相當(dāng)水力停留時(shí)間42分鐘。該缺氧選擇器除需保持較高的基質(zhì)濃度梯度外，菌膠團(tuán)細(xì)菌在有硝酸鹽存在的缺氧條件下，有比絲狀菌高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)的基質(zhì)利用率和硝酸鹽還原速率，由于高碑店污水廠好氧水力停留時(shí)間8.38hr硝化較安全，回流污泥中硝酸鹽濃度較高，缺氧段內(nèi)有足夠的硝酸鹽，因此菌膠團(tuán)細(xì)菌得以迅速增長(zhǎng)，至使絲狀菌受到抑制。從該廠1997、1998年運(yùn)行數(shù)據(jù)(見表6、表7)可以看出，曝氣池SVI值始終維持在40～112之間，其中絕大部分SVI值低于100，證明了推流式曝氣池前段設(shè)缺氧選擇器改善污泥沉降性能控制污泥膨脹，是合理的和成功的。近年來，開始提倡氧化溝處理工藝前增設(shè)缺氧選擇器的方法，回流污泥可按不同比例投加到生物選擇器，其目的也是根據(jù)進(jìn)水有機(jī)物濃度變化，調(diào)整投加回流污泥量，提高其原水F/M比，控制污泥膨脹。

表6 1998年1～10月月平均SVI值

月份	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
SVI	56	68	68.6	77.3	68.1	60.7	70	48.9	112	50.6

② 曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)測(cè)運(yùn)行參數(shù)基本一致(見表8)，可以認(rèn)為設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇是合理的。

表7 測(cè)定期間SVI值(1997.7～8)

日期	SVl	日期	SVl	日期	SVl	日期	SVl
1997.8.1	44.0	1997.8.20	55.7	1997.7.1	63.5	1997.7.15	59.3
1997.8.2	44.3	1997.8.21	45.7	1997.7.2	58.0	1997.7.16	69.2
1997.8.3	48.1	1997.8.22	48.3	1997.7.3	64.0	1997.7.17	62.5
1997.8.5	39.6	1997.8.25	45.3	1997.7.4	20.5	1997.7.18	66.2
1997.8.7	40.3	1997.8.26	44.2	1997.7.5	65.7	1997.7.19	69.6
1997.8.8	53.3	1997.8.27	46.0	1997.7.8	47.1	1997.7.20	58.3
1997.8.9	47.5	1997.8.28	43.2	1997.7.9	73.7	1997.7.21	46.5
1997.8.12	49.1	1997.8.29	50.6	1997.7.10	50.4	1997.7.22	48.8
1997.8.14	32.4	／	／	1997.7.11	75.2	1997.7.23	53.0
1997.8.15	51.2	／	／	1997.7.12	82.6	1997.7.24	72.3
1997.8.18	55.3	／	／	1997.7.13	58.4	1997.7.25	52.6
1997.8.19	48.2	／	／	1997.7.14	61.2	1997.7.26	71.9

表8 曝氣池設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)測(cè)運(yùn)行參數(shù)對(duì)照表

項(xiàng)目	設(shè)計(jì)值	實(shí)測(cè)值
曝氣池污負(fù)荷(kgBOD5kg Vss.d)	0.14	0.05～0.13
污泥泥齡(d)	4.13～6.19	3.5～5.4

③ 水溫對(duì)曝氣池耗氧速率有明顯 影響 ，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用冬季低溫污泥負(fù)荷值，保證冬季系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

④ 由于合流制污水廠夏季雨水較多，進(jìn)水B0D5濃度及污泥負(fù)荷較低，導(dǎo)致耗氧速率降低，因此夏季應(yīng)注意鼓風(fēng)機(jī)供氣量的調(diào)節(jié)，避免過量曝氣。

⑤ 推流式漸減曝氣工藝三廊道實(shí)測(cè)需要氧量比例為1：0.8：0.7，可作為 參考 值。

⑥本處理工藝好氧段水力停留時(shí)間為8.38hr，氨氮去除率可達(dá)84%，硝化較安全，回流污泥可為缺氧選擇器提供較充足的硝酸鹽，利于菌膠團(tuán)細(xì)菌的迅速增長(zhǎng)。采用該工藝，應(yīng)考慮足夠的好氧硝化水力停留時(shí)間。

⑦曝氣池生物相觀察表明，生物相種群及數(shù)量沿池長(zhǎng)及隨季節(jié)變化不大，說明曝氣池運(yùn)行狀態(tài)較穩(wěn)定，為活性污泥微生物創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境，有利于微生物的繁殖生長(zhǎng)。

4 建議

本次測(cè)定只是在現(xiàn)有的工況條件下進(jìn)行，若條件允許，建議改變運(yùn)行工況，對(duì)其作進(jìn)一步的測(cè)定與考查。

參考 文獻(xiàn)

[1]須藤隆一著，《廢水處理的生物學(xué)》，1977年

[2]井出哲夫編著，《水處理工學(xué)》，1986年

[3]王凱軍編著，《活性污泥膨脹的機(jī)理與控制論》，1992年