何圣兵¹，王寶貞¹，王琳¹，崔洪升²?
( 1.哈爾濱工業大學 市政環境工程學院，黑龍江哈爾濱 150090；2.中國市政工程華北設計研究院，天津300074)

　　摘　要：以微生物隱性生長能夠降低污泥產量的理論為基礎，采用厭氧—好氧生物膜工藝進行污水和污泥的組合處理。系統對COD、NH₄⁺-N和TN的平均去除率分別為89.99%、85.14%和70.06%，同時獲得了較低的剩余污泥產率(0.204gMLSS/gCOD)。與傳統工藝相比，剩余污泥產量降低了約2/3，減輕了后續污泥處理工序的負荷。
　　關鍵詞：厭氧—好氧生物膜工藝；污水、污泥組合處理；剩余污泥產率；隱性生長
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)09-0039-03

　　在城市二級污水處理廠中，剩余污泥的處理及最終處置是一個很重要的問題，其處理費用約占整個污水處理廠運行費用的50%～60%。對于生物污泥的理想解決方案是開發出一種無泥化工藝，在實際情況中比較現實且能夠實現的方法就是在污水處理的同時使污泥的產量最小化，以期最大限度地降低污泥的產量和處置費用。
　　在污水處理系統中影響剩余污泥產率的因素較多，如水溫、DO、原水水質、營養物質含量、污泥負荷、污泥齡以及處理工藝和運行方式等。AbbassiB發現主體溶液中的DO濃度對剩余污泥的產量有較大的影響。Neijssel和Tempest報道在間歇運行方式下污泥產率系數較低。LeeNM采用兩段式好氧生物反應器來削減剩余污泥產量，第一階段反應器主要利用細菌降解污水中的溶解性有機物，第二階段反應器采用懸浮填料作為原生動物的附著載體，用于捕食第一階段反應器的分散細菌，兩段工藝平均污泥產率為0.049gTSS/gCOD。還有研究表明，微生物在基于自身細胞溶解的隱性生長方式下生長能夠降低剩余污泥的產生量。筆者以此理論為基礎，試圖尋找一種簡易、高效、合理的工藝來處理污水和污泥的組合，以期在取得高質量處理出水的同時使系統的剩余污泥產量最小化。

1 方案

　　試驗采用厭氧—好氧生物膜技術來進行污水和剩余污泥的合并處理，其理由如下：
　　① 污水處理中普遍存在脫氮的要求，所以應將厭氧和好氧處理相結合；
　　② 好氧出水中的脫落生物膜可回流至厭氧池進行穩定，以期最大限度地降低剩余污泥產量，在好氧池中加入填料也是基于減少剩余污泥量的目的；
　　③ 在厭氧池中采用攪拌機攪拌(污泥處于懸浮狀態)可使反硝化細菌均勻分布在整個厭氧池內。同時，污泥懸浮有利于控制泥齡和檢測污泥濃度。

2 裝置和方法

　　試驗裝置如圖1所示。

　　貯水箱與平衡水箱用鋼板制成，容積分別為300L和50L。厭氧和好氧生化池尺寸均為16cm×16cm×64cm(有效容積為16.3L)。斜板二沉池容積為8.5L，斜板的安裝角度為70°，生化池和二沉池用有機玻璃加工而成。
　　試驗用水采用人工配制，原料為淀粉、蔗糖、蛋白胨、NH₄Cl和KH₂PO4，用量按C∶N∶P≈100∶10∶1的比例投加。重點考察工藝的除C、N性能。
　　污水在厭氧池中污水區的停留時間為4.5h，在好氧池中的水力停留時間為6h，硝化液回流比為100%，二沉池剩余污泥回流至厭氧池的污泥區，回流比為5%，在厭氧池中的停留時間為64h。好氧池中DO的濃度維持在3mg/L左右，厭氧和好氧生物膜反應池的水溫均保持在26℃。

3 結果與分析

　　試驗裝置自2000年3月中旬初開始接種污泥，通水約一個月后開始檢測系統的COD、NH₄⁺-N、TN和MLSS。
3.1 對COD 的去除
　　COD的去除效果見圖2。

　　從圖2可以看出，當原水的COD為237～516mg/L(平均為366mg/L)時，出水COD為20～56mg/L(平均為35mg/L)，對COD的去除率為85.54%～94.47%，平均去除率為89.99%。整個厭氧—好氧系統對COD的去除率較高，且穩定性較好(原水的COD變化范圍較大，出水的COD一直＜60mg/L)。在試驗的中、后期，出水中的COD含量有升高的趨勢，其原因可能是系統一直沒有進行外排泥，而老化死亡的污泥在分解時會產生大量不可生物降解的細胞殘留物質。同時隨著污泥濃度的增加，微生物的內源呼吸將加劇，從而又會產生大量的溶解性微生物代謝產物(SMP),使得出水中的COD上升。內源代謝過程總是伴隨著不可生物降解物質的積累和衰老細胞的溶解及其胞質釋放。
3.2 對NH₄⁺-N和TN的去除
　　對NH₄⁺-N和TN的去除效果見圖3、4。

　　從圖3、4可以看出，當原水的NH₄⁺-N為23.89～42.65mg/L時，系統出水NH₄⁺-N為2.57～5.87mg/L，平均去除率為85.14%，這說明好氧池的硝化效果良好。此時，TN由31.7～53.64mg/L降至9.65～15.68mg/L，平均去除率為70.06%。試驗發現，因同化作用而去除的N僅占TN去除量的16%左右，所以可推斷在好氧生物膜反應池中存在著同步硝化反硝化現象。由于高濃度的附著相污泥所造成的好氧—厭氧微環境使得一部分硝態氮在好氧池中直接發生了反硝化，從而使系統具有較好的脫氮性能。在試驗后期由于老化衰亡污泥數量的增加，出水中NH₄⁺-N和TN的含量有所上升。
3.3 污泥濃度的變化
　　在試驗期間每3d左右檢測一下厭氧—好氧系統的污泥(包括厭氧污泥、好氧污泥的懸浮相和附著相)濃度(見圖5)以考察系統的污泥產率(見圖6)。
　　由圖5可見，厭氧池中污泥一直維持在較高濃度(7982～19235mg/L，平均為10249mg/L)，并保持上升趨勢；好氧池中懸浮污泥的濃度較低，并且呈逐漸減少的趨勢(甚至降至300mg/L)。好氧池內絕大部分細菌附著生長在填料上，每10d左右從池中取少量填料，將上面附著的污泥洗脫下來稱重并按照好氧池的體積進行折算，其平均值為13275mg/L。
　　從圖6看出，在試驗期間系統的污泥產率YH在0.149～0.266gMLSS/gCOD之間變化，平均污泥產率為0.204gMLSS/gCOD(未考慮進水SS的影響)。常規的生活污水污泥產率系數YH約為0.6gMLSS/gCOD，與之相比該系統將污泥產量明顯降低了。而且此時排除的剩余污泥有機成分低，性質較為穩定，可不經消化而直接進行脫水處理，從而較大幅度地降低了剩余污泥的處置費用。

4 結論

　　① 采用厭氧—好氧生物膜工藝將污水與污泥合并處理，可以在不影響出水水質的前提下較大程度地降低系統的污泥產率，而且系統在較長時間內不需要排泥，簡化了污泥處理的復雜程度并降低了其處理費用。
　　② 系統在兩個月的運行時間內對COD、NH₄⁺-N和TN均保持了較高的去除率，平均去除率分別為89.99%、85.14%和70.06%。但是在試驗的中、后期出水中的COD、NH₄⁺-N和TN都有升高的趨勢，這是由死亡污泥和處于內源代謝的微生物在反應器內累積造成的，故建議在運行中根據系統的污泥產率情況定期進行適當排泥。

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　　收稿日期：2002-02-15