UCT工艺处理生活污水的实验研究

孙鹏展，吴俊奇，王真杰，刘书敏，贾军峰

(1.北京建筑大学 环境与能源工程学院，北京 100044；2 住房和城乡建设部科技与产业化发展中心，北京 100835；3倍适科技有限公司，北京 100124)

1 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10 g/L。

表1 生活污水的水质

JMP-5000变频潜水泵；CM-05多参数水质测定仪；TU-1810分光光度计；Multi 3620 IDS水质多参数测定仪；Milwaukee pH56笔式酸度计。

1.2 实验方法

工艺流程示意见图1。

图1 工艺流程示意图

实验装置主体由PE材料制成，装置为圆形结构，直径为180 cm，设计处理水量为5 m3/d，水力停留时间(HTR)24 h，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250 L/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8 m3/h，气提转子流量计量程为4 m3/h。调节罐内放置了两台JMP-5000变频潜水泵，最大流量为5 000 L/h，最大扬程为6 m，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3 m3。污泥接种后闷爆8 h后，2 m3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0.21 m3/h，曝气量为8 m3/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1～2 mg/L，SV值为30%～40%。

1.3 分析方法

2 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1～3 d，出水COD平均浓度为55 mg/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3～11 d，出水COD平均浓度为41 mg/L，达到GB 18918—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11 d开始，去除率缓慢上升，最高达96.41%，平均出水浓度为16 mg/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[6]。

图2 对COD的去除效果

图3 对的去除效果

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。

图4 对COD的去除效果

由图4可知，进水COD平均浓度为211 mg/L，出水COD平均浓度为36 mg/L，平均去除率为82.94%，达到GB 18918—2002的一级A排放标准。

图5 对的去除效果

2.2.3 TP去除率 系统对TP的去除效果见图6。

图6 对TP的去除效果

由图6可知，进水TP平均浓度为12.81 mg/L，出水TP平均浓度为5.34 mg/L，平均去除率为58.31%。前21 d进水TP平均浓度为13.30 mg/L，出水TP平均浓度为6.53 mg/L，平均去除率为50.90%；第21 d，系统排放剩余污泥。在22～29 d，进水TP平均浓度为11.46 mg/L，出水TP平均浓度为2.07 mg/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6.53 mg/L 降低到2.07 mg/L，去除率提高了31%左右。第21 d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。

图7 系统流程的TP变化

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2 mg/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7 mg/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3 mg/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[9]。吴昌永等[10]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[11]在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%。

3 结论

(6)对于高氨氮生活污水，需要加大硝化液回流比和增加缺氧区体积，以强化反硝化除磷效果。