脉冲喷流复合厌氧污泥床技术及应用

郭秀忠，陈益兵，陈文运，曾德仙

（福建省洁维环保科技有限公司，福州 350003）

脉冲喷流复合厌氧污泥床技术及应用

郭秀忠，陈益兵，陈文运，曾德仙

（福建省洁维环保科技有限公司，福州 350003）

介绍了脉冲喷流复合厌氧污泥床技术用于低浓度有机废水处理的实验室及中试效果，以及在农村生活污水处理项目中的应用，结果表明：以该技术为核心的生活污水生物处理系统，在HRT为6～10h，即有机物容积负荷为0.93～0.52kgCOD/m3·d时，COD去除率可稳定达到35%以上，氨氮和总磷去除率可达到17%～25%，具有优化处理系统、强化处理效果、降低后续好氧段能耗及占地面积的特点。

脉冲喷流复合厌氧污泥床技术;农村生活污水;生物处理系统

厌氧生物处理技术作为污水生物处理的重要方法，具有不需要曝气、节约能耗、剩余污泥产生量少、不需要管理维护等优点。厌氧生物处理技术在生活污水等低浓度有机废水处理方面的研究较多，但应用较少，而随着我国对社会主义新农村建设中农村环境问题的日益重视，农村生活污水的处理在农村环境整治中就显得尤为重要，需要研究开发符合农村特点的低成本、无动力或微动力、免维护或少维护的厌氧污水处理技术。

1 脉冲喷流复合厌氧污泥床技术

1.1 技术原理

将少量待处理污水经污水泵加压后由厌氧反应器底部布设的穿孔布水管以脉冲喷流方式进入，使接种污泥和正常进入的污水充分混合的同时，并使微生物处于悬浮状态，上部加装Jwell高效生物膜载体并自行接种挂膜，使厌氧反应器在高度上分割为下部悬浮污泥层，上部高效生物膜相结合的复合厌氧反应器，以强化厌氧生物技术处理污水的同时，还可以大量富集厌氧微生物、避免污泥流失。技术原理见图1。

图1 脉冲喷流复合厌氧污泥床技术原理图

1.2 试验装置

试验装置如图2所示，其中厌氧段、好氧段和沉淀池有效容积分别为86.4L、75.2L和48L，厌氧段挂膜面积0.7m2，好氧段挂膜面积0.824m2，进水85%经计量泵由反应器底部进入，15%经脉冲系统进入，出水经集水槽进入好氧段，后经沉淀池进行泥水分离后排出。

图2 试验装置示意

1.3 试验条件

该试验于2010年7月至11月完成，以一居民住宅小区化粪池出水为处理对象，研究了整个处理系统和各处理单元在不同水力停留时间下（4～15h）对其中主要污染物（COD、氨氮和总磷）的去除效果以及填料载体的挂膜情况，本次仅讨论厌氧段试验情况。试验运行历时120d（其中接种驯化一个月），其中厌氧接种污泥取自祥坂污水处理厂污泥消化池，接种浓度9.42g/L，初始水力停留时间（HRT）15h，冲水量为进水量的15%，试验用水水质详见表1。

表1 试验用水水质

由表1可知，在试验历时的120d中，该小区化粪池出水COD浓度变化不大，且在生活污水正常范围内，而氨氮和总磷浓度变化较大，且较生活污水浓度偏高。

1.4 试验效果分析

在充分驯化的情况下，脉冲喷流复合厌氧反应器于不同HRT条件下对COD的去除效果见图3。可以看出，随着HRT由4h逐渐延长至15h，COD去除率由9.4%提高至47.2%，总体呈上升趋势。与其它厌氧生物处理技术（包括厌氧折板反应器、UASB）用于生活污水的研究结果相比，脉冲喷流复合厌氧反应器对COD的去除率并不高，这是由于化粪池出水氨氮和总磷浓度均较生活污水浓度高很多，且通常还认为高浓度氨氮对微生物有抑制作用，进而影响到其对有机物的降解。

当HRT在6～10h之间变化时，COD去除率在34.3%～38.4%之间微小波动，说明虽然HRT为15h时COD去除率最高，达47.2%，但从池容、占地面积以及投资费用的角度考虑，最佳HRT应为6～10h，此时相应的容积负荷为0.93～0.52kgCOD/m3·d。

图3 COD去除率随HRT的变化情况

在充分驯化后试验历时的90d中，脉冲喷流复合厌氧反应器对氨氮和总磷的去除率分别为15.0%～19.4%和17.1%～17.4%，去除率较低，说明该技术对氨氮和总磷的去除能力有限，主要靠微生物自身生长繁殖的同化作用发挥效果。

1.5 挂膜情况分析

试验运行期间脉冲喷流复合厌氧反应器下部悬浮污泥层污泥浓度以及上部生物膜载体的挂膜量详见表2。可以看出，随着试验运行时间的延长，底部悬浮层污泥浓度由接种时的9.42g/L急剧降至驯化结束时的1.04g/L，后又继续缓慢下降至试验结束时的0.30g/L，相应的上部载体挂膜量则随着试验运行时间的延长逐渐增加，说明：1）试验前期悬浮层污泥的减少一方面由于载体的生物膜接种，另一方面由于负荷较低而进行了内源分解；试验后期悬浮污泥浓度稳定在较低水平且略有提高，说明微生物增长、分解和生物载体接种已达到动态平衡并因负荷的增加而略有提高。2）脉冲喷流复合厌氧反应器用于低浓度的生活污水处理时，发挥主要净化作用的是上部的载体生物膜，而非下部的悬浮污泥絮体。

表2 悬浮污泥层污泥浓度及生物膜载体挂膜量

2 中试情况及效果分析

2.1 中试情况及流程

该技术中试地点位于三明市某中心乡，生活污水处理量400m3/d，重点以脉冲喷流复合厌氧技术对该乡原有生活污水处理系统的厌氧池进行改造优化，其它处理单元基本保持不变，脉冲喷流复合厌氧段水力停留时间8h，脉冲水量为进水量的15%，以Jwell高效生物膜替换其好氧池原有填料，气水比8:1，水力停留时间4h，改造后的处理流程示意如图4。

图4 中试处理流程示意图

2.2 项目改造前工程及运行情况

改造前的厌氧池为未加填料、未经工程布水的简单池型，好氧池加装Biofilm填料（日本），有效容积分别为90.7m3和100.4m3，相应水力停留时间分别为5.4h和6h，好氧池气水比15:1。人工湿地占地面积736m2。系统出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，实际出水氨氮和总磷超标，改造前对进水及厌氧出水水质监测的具体数据见表3。

表3 改造前系统处理效果数据

2.3 中试效果分析

改造后的处理系统经驯化调试后，于2011年5月初至2011年7月共监测水质3次，中试处理效果主要指标见表4。

表4 中试试验效果数据

对比表3和表4可以看出，经改造后厌氧池对各类污染物的去除效果均有不同程度的提高，其中COD的去除率由改造前的20.5%提高至改造后的43.7%，说明去除有机污染物任务由好氧段部分向厌氧段转移，大为减轻了后续好氧段的处理负担；氨氮和总磷的去除率不但较改造前有所提高，而且较实验室小试结果也有所提高，这是基于脉冲喷流复合厌氧污泥床技术下部处于搅拌混合的动态状态，上部挂膜区处于相对静止状态的特点，当处理构筑物放大、处理水量增大时，上部会滋生藻类并发挥了其对氮磷的吸收作用。

与改造前比较，系统在采用脉冲喷流复合厌氧污泥床处理技术后，在好氧池气水比由原来的15 : 1降至8 : 1，水力停留时间由6h降至4h的条件下，系统处理出水优于改造前并实现达标排放，且去除污染物的主要作用由原系统的好氧池部分转至改造后的脉冲喷流复合厌氧池。说明以脉冲喷流复合厌氧污泥床技术替代生活污水处理系统中的普通厌氧池或调节初沉池，可起到优化处理系统、强化处理效果、降低后续好氧段能耗及占地面积的作用。

3 工程项目实施效果及效益分析

3.1 处理效果分析

脉冲喷流复合厌氧污泥床处理技术于2011年上半年在某镇区生活污水处理项目中应用，该项目设计污水处理量为800m3/d，设计进水水质按常规生活污水，即COD为250mg/L、SS为150mg/L、NH3-N为20mg/L、总磷为5mg/L，脉冲喷流复合厌氧池水力停留时间8h，水量比例15%，微曝气接触氧化池水力停留时间4h、气水比8 : 1。处理工艺流程如图5所示，其中氧化塘为项目区原有设施。处理效果见表5。

图5 技术实施项目处理工艺流程图

表5 项目实施处理效果数据

由表5可以看出，项目系统出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，厌氧段出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级标准，这除了厌氧段本身的处理能力外，也与农村生活污水进水污染物浓度较低有关，且担负了减轻后续工艺有机物处理负担的作用，与中试研究结果基本一致。

3.2 经济效益分析

经工程总结分析，由于脉冲喷流复合厌氧池担负了去除部分有机物及部分营养污染物的重任，使得其后的微曝气接触氧化池较传统好氧池曝气量节约46.7%，占地面积减少1/3～1/2，若出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，则可使三级生化处理系统优化为二级生化处理系统，使系统占地面积进一步大幅减少，进而节约投资费用在30%以上，节约运行费用在40%以上。

4 结论

以脉冲喷流复合厌氧污泥床技术为核心预处理手段的废水生物处理系统，用于低浓度可生化废水处理时（COD＜250mg/L、氨氮＜30mg/L、总磷浓度＜5mg/L的城镇及农村生活污水等）：

（1）在HRT为6～10h，即有机物容积负荷为0.93～0.52kgCOD/m3·d时，COD去除率可稳定达到35%以上，氨氮和总磷去除率可达到17%～25%。

（2）采用该技术后去除有机污染物任务由好氧段部分向厌氧段转移，大为减轻了后续好氧段的处理负担。

（3）可起到优化处理系统、强化处理效果、降低后续好氧段能耗及占地面积的作用，节约曝气量46.7%、减少占地面积1/3～1/2，节约投资费用30%以上，节约运行费用40%以上

（4）采用脉冲喷流复合厌氧污泥床+好氧接触氧化二级生化处理可使出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准。

（5）采用脉冲喷流复合厌氧污泥床+好氧接触氧化+人工湿地（氧化塘）三级生化处理可使出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准。

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Technology and Application of Sludge Bed with Pulse, Cascade, Composite Anaerobe

GUO Xiu-zhong, CHEN Yi-bing, CHEN Wen-yun, ZENG De-xian

(Fujian Jwell Environmental Protection Technology Co., Ltd, Fuzhou 350003, China)

The paper introduces the technology of sludge bed with pulse, cascade, composite anaerobe, which is used for the laboratory of the organic wastewater treatment with low concentration and the effect of reclaimed water, and introduces the application in the project of rural domestic sewage water treatment. The result shows that by taking the technology as the bio-treatment system of domestic sewage water, the removal rate of COD can reach at over 35%, the removal rate of ammonianitrogen and total phosphor can reach at 17%～25% when HRT is 6～10h, i.e. load of organic matter cubage is 0.52kgCOD/m3•d. It bears the characteristics in optimizing treatment system, intensifying treatment result, reducing energy consumption and land area.

technology of sludge bed with pulse, cascade, composite anaerobe; rural domestic sewage water; bio -treatment system

X703

A

1006-5377（2012）07-0038-04