高无机悬浮物进水对城市污水厂处理效果的冲击影响及机理研究

第33卷第6期2013年6月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.33,No.6Jun.,2013基金项目:深圳水务(集团)有限公司自选课题;国家自然科学基金(No.51174090)SupportedbytheOptionalSubjectsofShenzhenWater(Group)Co.LtdandtheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.51174090)作者简介:邓仁健(1980—),男,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:DENGRenjian(1980—),male,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]邓仁健,张金松,杨靖波,等.2013.高无机悬浮物进水对城市污水厂处理效果的冲击影响及机理研究[J].环境科学学报,33(6):1605-1610DengRJ,ZhangJS,YangJB,etal.2013.Theeffectofhighinorganicsuspendedsolidsshockloadingonfull-scaleWWTPremovalperformance[J].ActaScientiaeCircumstantiae,33(6):1605-1610高无机悬浮物进水对城市污水厂处理效果的冲击影响及机理研究邓仁健1,2,张金松1,3,∗,杨靖波3,曲志军31.哈尔滨工业大学深圳研究生院环境科学与工程研究中心,深圳5180552.湖南科技大学土木工程学院,湘潭4112013.深圳市水务(集团)有限公司,深圳518030收稿日期:2012-09-29　　　修回日期:2013-01-16　　　录用日期:2013-01-17摘要:针对我国南方城市污水厂经常出现的高无机悬浮物(SS)负荷冲击问题,在分析其进水水质特性的基础上,研究了高无机SS负荷冲击对活性污泥系统的污泥特性、污泥活性、出水水质和去除效率等方面的影响.结果表明:高无机SS负荷冲击条件下,剩余污泥的含水率会变小,排泥量是主要的控制参数,应减小冲击初期剩余污泥排放体积;活性污泥的硝化速率、反硝化速率、释磷速率和吸磷速率分别比正常情况下降了30.5%、36.7%、35.0%和28.1%;COD去除效率不会改变,SS、TN和NH+4-N的去除效率会降低,但能够提高TP的去除效率.研究结果可为制定相应的工艺对策和措施奠定基础.关键词:高无机SS;冲击负荷;MSBR工艺;工艺对策文章编号:0253-2468(2013)06-1605-06　　　中图分类号:X703.1　　　文献标识码:ATheeffectofhighinorganicsuspendedsolidsshockloadingonfull-scaleWWTPremovalperformanceDENGRenjian1,2,ZHANGJinsong1,3,∗,YANGJingbo3,QUZhijun31.EnvironmentalScienceandEngineeringResearchCenter,HarbinInstituteofTechnologyShenzhenGraduateSchool,Shenzhen5180552.SchoolofCivilEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan4112013.ShenzhenWater(Group)Co.Ltd.,Shenzhen518030Received29September2012;　　　receivedinrevisedform16January2013;　　　accepted17January2013Abstract:Theeffectofhighinorganicsuspendedsolidsshockloadingonactivatedsludgecharacteristics,sludgeactivity,effluentqualityandremovalefficiencyofafull-scalemunicipalwastewatertreatmentplantwasstudiedbasedonanalysisoftheinfluentwaterqualityinawastewatertreatmentplantinsouthChina.Theexperimentalresultsshowedthatthewatercontentofsurplussludgedecreasedunderhighinorganicsuspendedsolidsshockloading,andthesurplussludgewasthemainparameter.Therefore,thedischargeofsurplussludgevolumeshouldbereducedontheearlystageoftheshockloading.Thenitrificationrate,denitrificationrate,phosphorusreleaserateandphosphorusuptakeratedecreasedby30.5%,36.7%,35.0%and28．1%,respectively,comparingtonormalconditions.TheCODremovalefficiencykeptconstanttheSS,TNandNH+4-Nremovalefficiencywerereduced,andtheTPremovalefficiencywasimprovedunderthesamecondition.Theprocessandcountermeasuresincludingimprovingthegas/waterratio,adjustingtheSBRtankrunmodel,reducingthesludgedischargevolumeandthesludgedewateringwithoutcoagulantcouldimprovetheremovalperformancesoftheactivatedsludgesystem.Theresultofthestudycouldbeusedasabasisforsolvingtheproblemofhighinorganicsuspendedsolidsshockloading.Keywords:highinorganicsuspendedsolids;shockloading;modifiedsequencingbatchreactor(MSBR)process;processcountermeasures1　引言(Introduction)城市污水厂的进水负荷变化对处理效果、运行控制有着重要的影响(刘艳臣,2008),许多学者利用小试实验研究了NH+4-N(Drzewickietal.,2011)、有机物(Drzewickietal.,2011,Huetal.,2011)和环　　境　　科　　学　　学　　报33卷有毒物质(吴永昌,2010)等污染物冲击负荷对处理效果的影响,而对高悬浮物(SS)冲击负荷的研究很少.我国南方许多城市的污水管网为合流制,因而污水厂进水呈现高SS、低COD的特点(付小平等,2008).与此同时,随着城市面积的不断扩大,污水管网范围内的工程建设活动增加,一些施工单位将基坑排水、渣土车洗车废水等含有高浓度无机物的废水非法排入城市污水厂管网,不仅造成了城市污水管网的堵塞,而且严重影响了城市污水厂的正常运行.由于实际污水厂存在取样困难、重要数据缺少或者缺乏代表性等方面的原因(Puigetal.,2010),因此,有关高无机SS负荷冲击对城市污水厂处理效果、污泥特性等方面影响评价的研究鲜有报道.基于此,本文以某实际污水厂为研究对象,针对运行过程中多次突然持续升高的无机SS冲击负荷问题,以系统处理功能稳定为目标,在分析高无机SS水质特征的基础上,系统研究该情况对污泥脱水性能、污泥活性、出水水质及去除效率等方面的冲击影响及机理,以期为采取相应的工艺对策和措施提供参考.2　实验装置和方法(Experimentalapparatusandmethods)2.1　实验污水厂该城市污水厂采用7池MSBR工艺,其工艺原理和运行方式详见文献(Dengetal.,2012).污水厂处理规模为12.0×104m3·d-1,分为3组,受水量限制,实际运行两组,旱季单组处理水量在2.8×104~3.5×104m3·d-1之间.设计总水力停留时间为14.3h,设计好氧水力停留时间为5.6h,好氧池无机械搅拌器(利用曝气搅拌),其他处理单元均设有浮筒搅拌器.处理后水质要求达到一级B标准后排入附近水体.该污水厂于2011年6月和12月分别出现高无机SS负荷冲击问题,在第1次高无机SS负荷冲击问题的基础上,本文对第2次高无机SS负荷冲击问题进行研究.2.2　实验方法根据以往的经验、进水中无机SS浓度变化和工艺调整策略,分3个阶段进行分析总结:第1阶段,正常进水且系统脱氮除磷效果稳定(0~7d);第2阶段,高无机SS进水且系统处理效果不稳定(8~23d);第3阶段,进水趋于正常阶段且系统处理趋于稳定(24~30d).正常进水时该污水厂按照“A/O+SBR”方式运行,主要工艺运行参数为:浓缩污泥回流比0.5,平均气水比为4.8∶1(DO为2~4mg·L-1),污泥浓度为2200~2600mg·L-1,污泥龄为10d左右,SBR池按照“缺氧40min+曝气50min+预沉淀30min+出水120min”的方式运行.实验运行的第7d晚上发现高无机SS(黄泥水)进水,第10d,出水NH+4-N、TN和SS升高,MLVSS很低.经过分析后,第11d对运行参数进行如下调整:①提高曝气强度,将气水比由4.8∶1提高至5.8∶1;②将MSBR工艺的SBR池按照“缺氧0min+曝气80min+预沉淀40min+出水120min”的方式运行;③减少剩余污泥排放体积;④污泥脱水不投加混凝剂并将污泥脱水液回流至进水处.第23d,进水SS趋于正常进水,出水水质基本稳定,将SBR池的运行方式调整为“缺氧30min+曝气50min+预沉淀40min+出水120min”,污泥脱水的混凝剂按正常情况下一半的量投加,其余运行参数不变.2.3　分析方法每天取进出水的24h混合样测定pH、SS、COD、TN、NH+4-N和TP等指标;每天取好氧池的瞬时污泥样测定SV、SVI30、MLSS、MLVSS;每天取污泥脱水前后的瞬时样测定含水率和有机物含量;进水加测总铁和铝离子含量,以上所有的分析方法均采用国家标准方法(国家环保总局,2004).每个星期加测剩余污泥脱水后TP含量,测试方法见文献(中国人民共和国建设部.2006);取第5、15和30d好氧池的污泥进行活性测试,相关测试方法见文献(Garcetal.,2010).相关的进水量、出水量、排泥量、曝气量、溶解氧均来自在线监测仪.3　结果及讨论(Resultsanddiscussion)3.1　进水水质特征进水污染物的负荷变化和组成情况会影响污水厂处理系统的去除效率和稳定性(Puigetal.,2010).实验期间该污水厂进水水质特征和组成见表1.由表1可知,不同时间段进水中SS浓度变化非常大,高SS进水期间(第2阶段),SS的平均浓度为(748.9±499.9)mg·L-1,远超过一般城市污水厂SS的设计值(150~300mg·L-1),为正常时期SS浓度(147.2±48.8mg·L-1)的5.1倍,可见SS冲击负