低浓度废水处理的研究进展

Posted 2023-01-14 反应器

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摘　要　低浓度废水由于碳源不足的特点，对处理中的脱氮除磷效果有着制约作用。综述了低浓度废水处理技术的研究进展，重点介绍了生物膜工艺、序批式活性污泥工艺（SBR）、改良A2/O工艺、人工湿地处理工艺、升流式厌氧污泥床（UASB工艺）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB工艺）、厌氧折流板反应器（ABR工艺）和组合式折流板厌氧反应器（HABR工艺）。

关键词　低浓度；废水；碳源

低浓度废水通常指COD浓度小于1000mg/L的废水[1]，主要包括生活污水和各种稀释的工业废水。由于处理系统长期在低有机负荷状态下运行，无法为微生物提供足够的养分，因此易造成出水水质不达标和能源的浪费[2]。目前，低浓度废水的处理多采用活性污泥法、

接触氧化法和滴滤池等好氧工艺。然而随着能源的日益紧缺，厌氧工艺的不断发展和完善，厌氧处理的优点显得更加突出。越来越多的研究者把目光转向低浓度污水的厌氧处理，无论是实验室小试还是生产性处理都取得了很多成果。

本文综述了低浓度废水处理技术的研究进展，重点介绍了生物膜工艺、序批式活性污泥工艺、改良A2/O工艺、人工湿地处理工艺、升流式厌氧污泥床（UASB工艺）、膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB工艺）、厌氧折流板反应器（ABR工艺）和组合式折流板厌氧反应器（HABR工艺）。

1低浓度废水处理过程中存在的问题

低浓度废水碳源通常不足，给处理中的脱氮除磷带来许多问题。在生物脱氮除磷的结合系统中，厌氧释磷、缺氧反硝化、好氧异养菌代谢要消耗碳源[3]。其中反硝化和释磷对于挥发性脂肪酸的竞争性矛盾尤为突出，通常为了充分释磷，往往首先满足厌氧释磷对碳源的要求，这就会导致后续反硝化碳源的不足，进而影响系统的脱氮效果；或者反之，影响除磷效果。

国内新建的大部分具有脱氮除磷功能的城市污水处理厂，由于配套的城市排水系统通常滞后于城市污水厂的建设，造成进入城市污水厂的污水量或污水水质远低于设计值，在试运行阶段甚至投入生产后正常进行的很长时期内，使污水处理厂处于低负荷运转状态。这些污水处理厂的实际运行结果表明，其总磷、总氮去除率低，尤其是总磷去除效果较差，通常总磷去除率小于50%。因此，对低碳源条件下除磷脱氮工艺的适宜运行条件进行研究，寻求合理的解决方法，是目前城市污水处理领域所面临的重要问题。

2用于低浓度废水处理的主要工艺

一直以来，低浓度的城市生活污水处理技术都是以成熟的好氧处理为核心，包括采用活性污泥法、接触氧化法和滴滤池等好氧工艺，能耗、投资、运行费用都比较昂贵，尤其是国内经济不发达地区，地方财政很难独立支撑每年的污水处理运行费用。厌氧一直以来都被认为受底物限制影响很大，在低浓度下厌氧氧化速率很慢，对废水中的有机COD去除效果不大，厌氧处理低浓度废水仍然能够起到很大的作用。厌氧一直以来都被认为受底物限制浓度影响很大，在低浓度下厌氧氧化速率很慢，对废水中的有机COD去除效果不大，但最近的一些研究表明[4-5]，厌氧处理低浓度废水仍然能够起到很大的作用，甚至能够获得60－70％的处理效果，尤其在处理城镇污水领域，有非常理想的效果。

2.1生物膜工艺

生物膜法具有对低浓度污水适应性较好、耐冲击负荷等优点。向连城[6]等利用曝气生物滤池处理低浓度废水,以悬浮填料为生物载体,进水CODCr浓度为50～150mg/L,实验规模为12～36m3/d。结果表明，采用生物膜法的曝气生物滤池对低浓度废水有较好的处理效果，CODCr的去除率为40%～70%，NH3-N的最大去除率为90%。李红瑛[7]等利用好氧-厌氧膜生物反应器（A/O-MBR）处理学校办公楼的生活废水,发现在污泥浓度为4000～6000mg/L、HRT为19.2h、好氧段溶解氧浓度为1.5～2.5mg/L、污泥回流比为200%～300%的条件下， A/O-MBR对COD和氨氮的去除率良好，平均去除率分别为92.2%和95.9%。

2.2序批式活性污泥工艺（SBR）

用序批式活性污泥法处理城市污水，已经取得了广泛的研究和关注，除了具有传统活性污泥法的优点外，SBR法的重要特点就是其工艺流程简单，运行过程本身就是从厌氧到好氧的交替过程，能够在一个反应装置中实现脱氮除磷。李亚静[8]等利用传统活性污泥法污水处理厂的曝气池，采用厌氧/好氧方式运行的SBR反应器每一周运行5.5h，采用瞬间进水，厌氧段2h，好氧段曝气3h，之后沉淀排水0.5h。每一周期排一定量污泥，维持污泥质量浓度为3500mg/L左右，污泥龄控制在15d。试验结果表明，磷的出水质量低于0.8mg/L，去除率达到92%～98%。

2.3改良A2/O工艺处理低浓度废水

杨殿海[9]等对传统A2/O工艺进行改进，采用了后置反硝化系统以及厌氧池碳源分流技术和回流污泥预缺氧反硝化技术，以提高系统的脱氮除磷效果。研究结果表明：在进水COD≥300mg/L，TN为40.3mg/L，TP为3.82mg/L时，对TN、TP及COD的去除率分别可达到70%、86%和88%；当COD≤300mg/L时，对TP的去除效果较差，但对TN和COD的去除率仍分别可达60%和85%；而且试验期间，污泥沉淀性能良好。王琪[10]等提出以培养反硝化除磷菌(DPB)为优势菌种,对常规A2/O工艺进行三方面的改进,增加中间沉淀池、改变原回流路线的始终段同时增加一条新的回流路线、在好氧段投加软性填料。改良后的工艺对旅游区化粪池预处理后的污水进行试验，试验结果表明：进水流量Q为10L/h，污泥回流量为0.3Q时，TP去除率为94.2%，氨氮去除率为93.6%，硝酸盐氮去除率为91.3%。在不投放外加碳源的同时，使氨氮的去除率同步达到90%以上的高效水平。

2.4人工湿地处理工艺

作为一种低投资、低能耗、低成本的污水处理系统，人工湿地已广泛应用于处理各种性质的废水。章铌[11]等利用粗砂、粉煤灰、细煤渣、活性炭和空心砖砖块作为基质，再按适当的比例配成填料处理柱，进行处理低浓度生活污水的研究。经过两个阶段的试验研究表明：粉煤灰和细煤渣配合使用去除COD的效果最好，达到了70%。粉煤灰和空心砖块配合使用去除NH3-N和TP的综合效果最好，分别达到了89%和81%。

2.5升流式厌氧污泥床（UASB工艺）

李平[12]等利用UASB-好氧工艺处理低浓度城市污水，对UASB的实际处理效能进行了考察。结果表明，在试验的进水水质条件下，当UASB的水力停留时间为6h时，系统对COD和BOD5的平均率分别为50%和60%，对TP的去除率为15%～38%。当HRT由5.67h延长到10h时，出水VFA浓度会随之降低，而pH值则始终稳定在6.5～7.5，系统对COD和BOD5的去除率分别增加9%和19%，对溶解性COD和BOD5的去除率分别增加25%和24%。

2.6膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB工艺）

和UASB相比，EGSB反应器的高径比要大的多，因此微生物厌氧代谢产生的气体能够以较大的表观流速通过反应器，保证了颗粒污泥能够以高浓度均匀存在于反应器的绝大部分位置，大大提高传质速率和微生物浓度，减少抑制剂的抑制作用。王凯军[13]等以水解反应器对城市污水进行预处理，去除SS并提高COD的溶解性和可生化性后，出水进入EGSB反应器。在温度8-12℃时，HRT仅2小时，EGSB可以获得60%的COD去除率。Mario T.Kato[14]等在温度30℃时用EGSB处理进水浓度为100-200mg/L的污水,容积负荷达到12gCOD/L·d,去除率为80%。Salih[15]等配置COD为500-800mg/L的污水，在10-12℃的温度下用EGSB进行处理，HRT为1.6h，COD去除率可以达到90%。

2.7厌氧折流板反应器（ABR工艺）和组合式折流板厌氧反应器（HABR工艺）

ABR反应器是20世纪80年代以来发展的一种高效厌氧处理工艺，其实质是一系列升流式污泥悬浮反应器，具有结构简单，生物截留能力强，处理效果好，运行管理方便等优点。

Alette A. M.Langenhoff[16]等研究指出，在进水浓度低（COD为500mg/L）时，发酵菌、产酸菌、产甲烷菌在不同隔室中的选择性累积不会发生。在相同的HRT（10h）下，温度35℃下，HRT缩短到2.85h，进水COD为500mg/L，去除率可达到80%。陈琰等[17]对厌氧折流板反应器在中温条件下处理低浓度废水的是试验结果表明：在进水COD浓度为500mg/L、水力停留时间为3～12h时，COD的平均去除率可达84%，出水COD浓度可降至75mg/L。沈耀良[18]等利用ABR反应器对COD浓度为500mg/L的低浓度废水，将水力停留时间分别控制在12h、9h、6h及3h时，出水浓度均能达到50～70mg/L以下，COD去除率在80%～90%之间；COD浓度为700mg/L和1000mg/L时，水力停留时间为12h、9h、6h时，出水也可以达到100mg/L以下，COD在85%～95%之间，即使HRT降为3h，去除率仍可达到70%以上。

组合式折流板厌氧反应器是在折流板厌氧反应器的下部增设污泥床，用增加生物量的办法来提高系统的净化能力。傅嘉媛[19]等利用组合式折流板厌氧池处理城镇污水，中试结果表明，以HABR处理城镇污水，若容积负荷控制在1～2KgCOD/（m3·d），COD去除率可达70%～80%，出水COD和SS的浓度可达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的二级标准。

3结语

目前，我国的城市污水处理厂进水浓度普遍偏低，碳源不足，脱氮效率难以保证。以好氧活性污泥法为主的城市污水处理技术虽然对污染物的去除率高,但占地面积大、基建投资及运行费用高。然而随着能源的日益紧缺，厌氧工艺的不断发展和完善，低浓度废水的厌氧处理具有能耗低，占地少，管理简便等优点，在生活污水的处理方面有着广阔的应用前景。在国内实际上也已经有众多运用业绩，包括传统的化粪池实际上就是一个厌氧消化工艺。由于低浓度废水的排放量比较大，对其进行加热和保温能耗也较高，所以目前对低浓废水厌氧处理的研究，大多注重中低温下厌氧反应器的运行性能。同时，因为单独的厌氧处理对氮、磷等营养元素基本上没有什么去除能力，也不能很好地除去病菌，所以厌氧处理系统后面还应该增设好氧处理。

参考文献

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[19]傅嘉媛,董发开.组合式折流板厌氧池处理城镇污水[J].中国给水排水,2003,19(13):1-4 作者: 欧阳勇,罗建中,陈宝才,王莎