UASB组合工艺处理生活污水研究进展

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使能耗消耗最小和处理效果最优，可根据进水水质、水量以及环境温度（尤其是 冬 季 低 温 条 件 下），合 理 设 置这些参数．另外，还可以通过改变 ＲＢＣ 的组数来实现．在运行过程中，需要经常对工艺中轴承、马达进 行 维护以免出现故障造成转盘上富集过多的生物膜影响反应器性能 ，这同时也增加了运行费用 ． ［２４］ ２．３ ＵＡＳＢ－ 悬 挂 海 绵 式 反 应 器 （ＵＡＳＢ－ＤＨＳ）组 合 工 艺
第１５卷 第３期 ２０１６ 年 ０５ 月
来自百度文库
杭 州 师 范 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｎｇｚｈｏｕ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－２３２Ｘ．２０１６．０３．００９
３０ ℃，水力停留时间（ＨＲＴ）维持５ｈ以上，一 个 运 行 一 年 半 的 生 产 规 模 ＵＡＳＢ－ＡＳ 系 统 的 出 水 水 质 优 良 （ＣＯＤ 和 ＴＳＳ分别为４６和８ｍｇ／Ｌ），并且该 过 程 几 乎 不 受 环 境 条 件 的 影 响．Ｔａｗｆｉｋ 等 在 ［１３］ ２０ ℃ 下，用 ＨＲＴ 为２６ｈ的 ＵＡＳＢ－ＡＳ系统处理含４ ５００ｍｇ／Ｌ ＣＯＤ 的乳制品生产废水与生活污水的混合物，ＣＯＤ、 ＢＯＤ、油和油脂的 去 除 率 分 别 为 ９８．９％、９９．６％、９８．９％，出 水 符 合 埃 及 的 排 放 标 准 （ＣＯＤ 为 ８０ ｍｇ／Ｌ， ＢＯＤ 为 ６０ｍｇ／Ｌ，总悬浮物固体 ＴＳＳ为６０ｍｇ／Ｌ，粪大肠杆菌群 ＦＣ 为１０５／１００ｍＬ）．该工艺的缺陷是大 肠杆菌的去除效果较差，这与 Ｍｕｎｇｒａｙ等 的 ［１４］ 研究结果类 似，他 们 发 现 好 氧 处 理 如 活 性 污 泥 法 的 出 水 含 有大量大肠杆菌群（ＥＣ）和 ＦＣ．因此，需要后续处理或附加步骤（如消毒）解决该问题． １．２ ＵＡＳＢ－ 序 批 式 活 性 污 泥 法 （ＵＡＳＢ－ＳＢＲ）组 合 工 艺
ＵＡＳＢ－ＴＦ 组合工艺占地面积小、无需设置二沉池、能耗较低、运行灵活，适用于发展中国家的城 市 生 活污水处理．研究表明，当有机负荷 为 ０．４ｋｇ ＢＯＤ／（ｍ／ｄ）、水 力 负 荷 （ＨＬＲ）为 １０ ｍ３／（ｍ／ｄ）时，ＵＡＳＢ－ ＴＦ 系统出水符合巴西当地 ＢＯＤ、ＣＯＤ 和 ＴＳＳ排放标准．然而，现有的 ＵＡＳＢ－ＴＦ 系统中异养型微生物 可 能占主导地位，导致氨氮的去除率仅为１３％～２７％［１８］．为 提 高 氨 氮 和 有 机 物 的 去 除 率，可 降 低 ＵＡＳＢ－ＴＦ 的有机负荷至０．２５ｋｇ ＢＯＤ／（ｍ／ｄ）以下，或者增加 ＴＦ 的高度从而提高对有机物的去除能力．
２ 生物膜法后处理组合工艺
与 活 性 污 泥 法 相 比 ，生 物 膜 法 因 为 操 作 简 单 、抗 冲 击 负 荷 、剩 余 污 泥 少 等 特 点 ，适 用 于 中 小 型 污 水 处 理 厂 ．并 且 ，在 污 染 物 浓 度 较 低 的 情 况 下 ，载 体 上 的 生 物 膜 以 及 微 生 物 能 够 和 水 质 保 持 充 分 的 接 触 ，取 得 良 好 的处理效果．因此，生物膜法可以很好地用于 ＵＡＳＢ 反应器出水的后处理． ２．１ ＵＡＳＢ－ 生 物 滤 池 （ＵＡＳＢ－ＴＦ）组 合 工 艺
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杭 州 师 范 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）
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行进一步的消化处理．这个系统的独特之处是 ＵＡＳＢ 替代了传统 ＡＳ系统中的初沉池 ． ［６］ ＵＡＳＢ－ＡＳ具有 较 高 的 ＣＯＤ、ＢＯＤ 和 污 泥 浓 度 （ＴＳＳ）去 除 率［１１－１２］．Ｍｏｔｔａ 等［１２］研 究 表 明，在 １５～
为了实现更好的出水水质，对 ＴＦ 系统中填 料 的 种 类 进 行 考 虑，其 中 在 较 低 的 有 机 负 荷 条 件 下，海 绵 材料是一个很好的选择［１９］．最近，Ｇｕｉｌｌéｎ等 研 ［２０］ 究 了 一 种 新 型 反 应 器———海 绵 床 滴 滤 器，该 反 应 器 主 要 填充柱状海绵填料，同时通过空气对流实现反应过程中所需的氧气．海绵床滴滤器也可用于 ＵＡＳＢ 后 处 理 过 程 来 提 高 出 水 水 质 ．但 是 ，在 运 行 过 程 中 具 体 的 操 作 条 件 等 需 要 进 一 步 的 探 索 ．此 外 ，还 可 以 通 过 反 冲 洗去除填料表面截留的悬浮物以及老化的生物膜来提高反应器的性能 ．滤料的 填 充 和 运 行 过 程 中 滤 料 表 面冲洗增加了建设和维护成本 ． ［２１］ ２．２ ＵＡＳＢ－ 生 物 转 盘 （ＵＡＳＢ－ＲＢＣ）组 合 工 艺
１ 活性污泥法后处理组合工艺
活 性 污 泥 法 是 一 种 “简 单 ”而 “功 能 强 大 ”的 污 水 处 理 方 法 ．“简 单 ”是 指 活 性 污 泥 法 的 设 备 简 单 ，一 个 曝 气池、一个沉淀池，再加上回流，即可组 成 活 性 污 泥 系 统；“功 能 强 大”则 意 味 着 已 开 发 多 种 规 格 型 号 的 系 统 ，用 于 满 足 不 同 的 需 求 ，脱 氮 除 磷 并 去 除 有 机 物 ． １．１ ＵＡＳＢ－ 活 性 污 泥 法 （ＵＡＳＢ－ＡＳ）组 合 工 艺
Ｖｏｌ．１５ Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２０１６
ＵＡＳＢ 组合工艺处理生活污水研究进展
陈倩倩，陈 辉，郭 琼，王慧中，金仁村
（杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州３１００３６）
摘 要：归纳了升流式厌氧污泥床反应器和一些后处理工艺（活性 污 泥 工 艺、生 物 滤 池、生 物 转 盘、稳 定 塘、 人工湿地等）相组合处理生活污水的研究进展．总结了 各 种 组 合 工 艺 的 运 行 条 件 、处 理 效 果 和 存 在 的 问 题．并 指 出 ，今 后 污 水 处 理 应 该 朝 着 资 源 回 收 和 节 约 能 源 的 方 向 发 展 ．
ＵＡＳＢ－ＡＳ系统由 ＵＡＳＢ、连续流曝气池和沉淀池组成．沉淀池用于收集活性污泥，返回到 ＵＡＳＢ 进
收 稿 日 期 ：２０１５－０７－３０ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１２７８１６２）；“十 二 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 （２０１２ＢＡＣ１３Ｂ０２）． 通信作者：金仁村（１９７９—），男，教授，博士，主要从事环境生物技术和水污染控制工程研究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｒｃｚｊｕ＠ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｍ
生物转盘法对有机物有较好的去除效果，与 ＵＡＳＢ 联合可进一步提高出水水质．目前，生物转盘技术 在 国 内 外 已 广 泛 应 用 于 生 活 污 水 和 工 业 废 水 的 处 理 等 ，尤 其 在 小 城 镇 污 水 处 理 方 面 有 着 广 阔 的 应 用 前 景 ． 在温度高于２２ ℃的条件下，实际废水在 ＵＡＳＢ 中进行厌氧处理后进入一级 ＲＢＣ（ＨＲＴ 为２．５ｈ，ＯＬＲ 为 １４．５ｇ ＣＯＤ／（ｍ／ｄ））去除 ＣＯＤ（最终出水中 ＣＯＤ 为７６ｍｇ／Ｌ）、部分氨和乙基纤维素 ． ［２２－２３］
盘片的材质会影响出水效果，Ｔａｗｆｉｋ 等 发 ［２４］ 现，在 氨 和 乙 基 纤 维 素 的 去 除 方 面，聚 氨 酯 圆 盘 比 聚 苯 乙烯圆盘更有效．此外，转盘转速、转盘浸没百分比和水力停留时间都会 影 响 有 机 物 去 除 效 果，因 此，为 了
第３期
陈倩倩，等：ＵＡＳＢ 组合工艺处理生活污水研究进展
为使污水达到排放标准，有必要对厌氧 反 应 器 的 出 水 进 行 后 处 理，即 采 用 厌 氧－好 氧 组 合 工 艺 处 理 生 活污水［１０］．近 几 年 来，随 着 研 究 者 对 污 水 后 处 理 研 究 的 深 入，出 现 了 一 些 新 型 的 后 处 理 方 法．本 文 对 几 种 ＵＡＳＢ－后处理工艺处理生活污水时的运行 条 件、工 艺 优 缺 点、处 理 效 果 以 及 工 艺 技 术 和 经 济 参 数 进 行 了 总 结 ，为 生 活 污 水 的 高 效 和 深 度 处 理 提 供 参 考 ．
ＵＡＳＢ－ＳＢＲ 系统由于运行稳定、易管理，可用 于 发 展 中 国 家 的 生 活 污 水 处 理．此 外，可 根 据 当 地 污 水 排放标准和 ＵＡＳＢ 出水水质对系统中的溶解氧浓度、ｐＨ 和氧化还原电位进行实时监控，依据这些参数的 变化来调整 ＳＢＲ 的运行过程，缩短反应周期，提高处理能力，实现节能减耗 ． ［１７］
ＤＨＳ系统是由日本长冈技术科学大学 Ｈａｒａｄａ教授团队研 究 发 明 的 一 种 新 型 技 术．基 于 海 绵 材 料 的 多孔性和较大的比表面积，溶解氧 浓 度 从 其 表 面 到 内 部 逐 渐 减 少．因 此，利 用 ＵＡＳＢ－ＤＨＳ 系 统 处 理 城 市 生活污水时，受溶解氧浓度的影响，分层实现有机物、氨和硝酸盐的去除［２５］．Ｔａｎｄｕｋａｒ等［２６］在处 理 城 市 生 活污水时对中试规模的 ＵＡＳＢ－ＤＨＳ系统和 ＡＳ进行比较，经过３００ｄ的运行发现，两个系统对 ＢＯＤ 的 去 除率均在９０％以上，但 ＡＳ中剩余污泥的产量是 ＵＡＳＢ－ＤＨＳ的１５倍；另外，ＵＡＳＢ－ＤＨＳ系统在去除病菌 方面的性能也超过 ＡＳ；同时，ＵＡＳＢ－ＤＨＳ系统不 需 要 进 行 曝 气．因 此，ＵＡＳＢ－ＤＨＳ 系 统 是 一 种 经 济 可 行 的处理城市生活污水的技术，但是在推广应用时仍存在着工艺放大的问题 ． ［２７］
关 键 词 ：生 活 污 水 ；ＵＡＳＢ；活 性 污 泥 工 艺 ；生 物 滤 池 ；人 工 湿 地 中 图 分 类 号 ：Ｘ７０３ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７４－２３２Ｘ（２０１６）０３－０２７１－０６
随 着 中 国 经 济 发 展 ，城 镇 化 速 度 加 快 ，城 市 人 口 增 多 ，生 活 污 水 的 排 放 量 日 益 增 加 ．如 何 高 效 处 理 生 活 污 水 、避 免 生 活 污 水 对 水 体 造 成 污 染 成 为 一 个 热 门 的 研 究 方 向 ．厌 氧 生 物 处 理 具 有 诸 多 优 势 ，如 成 本 低 、操 作简单、能耗和污泥产量低，因此在城市生活污水处 理 方 面 潜 力 巨 大［１－４］．此 外，厌 氧 处 理 过 程 能 够 将 废 水 中的能量以沼气的形式回收，同时实现大部分有机物 的 去 除．但 对 废 水 中 的 Ｎ、Ｐ 等 营 养 元 素 和 病 原 生 物 （病毒、细菌、原生动物和寄生虫等）的去除效果较差［５］；另 外，在 发 展 中 国 家 和 气 候 波 动 的 条 件 下（如 亚 热 带地区）厌氧过程的应用存在一定的局限性［６］．用于厌 氧 过 程 的 反 应 器 种 类 繁 多，诸 如 升 流 式 厌 氧 污 泥 床 （ＵＡＳＢ）、膨胀颗粒污泥 床 （ＥＧＳＢ）、复 合 式 厌 氧 流 化 床 （ＵＢＦ）和 厌 氧 折 流 板 反 应 器 （ＡＢＲ）等［７－８］．其 中 ＵＡＳＢ 反应器是厌氧过程中最常用的反应器构型 ． ［９］
李亮等 发 ［１５］ 现，用 ＵＡＳＢ 工艺处理城市 生 活 污 水，ＨＲＴ 为 ３ｈ 时，ＣＯＤ 去 除 率 达 ６１．７％ ～８２．３％， 出水 ＣＯＤ 达到国家二级排放标准，但氮和磷的去除效果不佳；对 ＵＡＳＢ－ＳＢＲ 组 合 系 统 进 行 实 验，结 果 表 明水中的氨氮、总氮和总磷得到了有效去除，并且由于 ＳＢＲ 中的静置阶段使得固、液相有效分离，出水 ＳＳ 浓度较低．另外，ＵＡＳＢ－ＳＢＲ 组合工艺和单一的 ＳＢＲ 系统相比，组合工艺可以使投资 和 运 行 成 本 最 小 化， 厌 氧 预 处 理 的 应 用 将 分 别 使 污 水 处 理 场 地 、剩 余 污 泥 的 产 生 及 需 氧 量 减 小 ４０％ 、５８％ 和 ６２％ ［１６］．