低温下城市生活污水处理厂的调试运行

低温下城市生活污水处理厂的调试运行尉国红，侯巧玲，罗国强，关云峰，张　璐（北京城建环保投资发展股份有限公司，北京１０００２２）摘　要：以河北大城县污水处理厂为例，探讨了低温对城市生活污水生物处理效果的影响，结果表明：在温度为２０～２５℃的范围内，经过２个月的培养驯化，该生物处理系统运行稳定，出水中各项指标均达到国家一级Ａ排放标准；低温对ＣＯＤ的去除率没有显著影响，但降温对硝化菌有较大的影响，当水温降至１０℃时，硝化效率降至８５％；采取维持较高的污泥浓度、降低污泥负荷、适当增大溶解氧、延长泥龄等措施，当水温进一步降低至６℃时，ＮＨ３Ｎ去除率基本可维持在７５％以上，但是当水温降至５℃以下时，硝化反应几乎停止。关键词：生活污水；低温；硝化菌；硝化效率中图分类号：Ｘ７０３　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７１１５５６（２０１０）０５０００８０４收稿日期：２０１００３０５　　修回日期：２０１００８２６作者简介：尉国红（１９６３—），男，高级工程师，主要从事水污染控制工程方面的研究。Ｅｍａｉｌ：[e-mail]犗狆犲狉犪狋犻狅狀狅犳犕狌狀犻犮犻狆犪犾犛犲狑犪犵犲犜狉犲犪狋犿犲狀狋犘犾犪狀狋犻狀犔狅狑犜犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲ＷＥＩＧｕｏｈｏｎｇ，ＨＯＵＱｉａｏｌｉｎｇ，ＬＵＯＧｕｏｑｉａｎｇ，ＧＵＡＮＹｕｎｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＬｕ（犅犲犻犼犻狀犵犝狉犫犪狀犆狅狀狊狋狉狌犮狋犻狅狀犈狀狏犻狉狅犿犲狀狋犪犾犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀犐狀狏犲狊狋犿犲狀狋牔犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋犆狅．，犔狋犱．，犅犲犻犼犻狀犵１０００２２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＤａｃｈｅｎｇＳｅｗａｇｅＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｌａｎｔｉｎＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ２０～２５℃，ｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｉｓｒｕｎｎｉｎｇｉｎａｓｔａｂｌｅｗａｙａｎｄａｌｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｒｅａｃｈＡｄｉｓｃｈａｒｇｅｓｔａｎｄａｒｄｓａｆｔｅｒ２ｍｏｎｔｈｓｓｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎａｎｄｄｏｍｅｓｔｉｃａｔｉｏｎ．ＬｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｓｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎＣＯＤ，ｂｕｔｉｔｈａｓｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｉｍｐａｃｔｏｎｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａ．Ｗｈｅｎｔｈｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｏｐｓｔｏ１０℃，ｔｈｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｄｒｏｐｓｔｏ８５％．Ｂｙｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｈｉｇｈｓｌｕｄｇｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｌｏｗｅｒｉｎｇｓｌｕｄｇｅｌｏａｄａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｄｉｓｓｏｌｖｅｄｏｘｙｇｅｎ，ｔｈｅＮＨ３Ｎｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｃａｎｂｅｂａｓｉｃａｌｌｙｍａｉｎｔａｉｎｅｄａｔ７５％ｗｈｅｎｔｈｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｆｕｒｔｈｅｒｒｅｄｕｃｅｄｔｏ６℃．Ｂｕｔｗｈｅｎｔｈｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｏｐｓｔｏ５℃，ｔｈｅｎｉｔｒａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎａｌｍｏｓｔｓｔｏｐｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｅｗａｇｅ；ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｎｉｔｒｏｂａｃｔｅｒｉａ；ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ０　引　言温度是影响污水生物处理效果的重要因素之一。自然条件下，污水处理厂水温通常在１５～２５℃之间，在这个温度范围内，温度越高越有利于硝化反应的进行［１］。但北方冬季气温往往较低，对生物处理会产生一定的影响，为此笔者以河北省大城县污水处理厂为例，重点探讨了低温对生活污水中ＣＯＤ和ＮＨ３Ｎ去除效果的影响。１　污水处理厂概况河北省大城县污水处理厂由北京城建环保投资发展股份有限公司以ＢＯＴ特许经营模式投资建设，主要承担大城县城区生活污水和部分工业废水的处理任务。污水处理工艺分为预处理、生化处理和深度处理三个阶段，采用在线监控仪表对水质进行实时动态监控，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ１８９１８２００２）［２］一级Ａ排放标准。该污水处理厂的工艺流程见图１。第１７卷　第５期２０１０年　　９月　　　　　　　安全与环境工程ＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　　　　　　Ｖｏｌ．１７　Ｎｏ．５Ｓｅｐ．　２０１０图１　工艺流程示意图Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ该污水处理厂设计一期工程处理能力为１．５×１０４ｍ３／ｄ，服务人口１０万人，服务面积１０．８ｋｍ２；二期工程处理能力为４．０×１０４ｍ３／ｄ，服务人口１６．６万人，服务面积１６．７ｋｍ２。本次研究按照一期设计规模实施运行。设置厌氧池１座，ＨＲＴ为１．５ｈ；氧化沟１座，设计参数是：污泥龄为１７～２０ｄ，污泥负荷为０．０９ｋｇＢＯＤ５／（ｋｇＭＬＳＳ·ｄ），ＭＬＳＳ为３．５ｇ／Ｌ，ＨＲＴ为１２ｈ，混合液内回流比为１００％。氧化沟内置１３台水下推进器以保证混合液处于悬浮状态，好氧段设置曝气转盘６组（４用２备）向池内供氧，设置内回流控制门１台，污泥泵房设置回流污泥泵和剩余污泥泵各２台（１用１备）。污水处理厂的进、出水设计值见表１。表１　进、出水指标设计值（犿犵／犔）Ｔａｂｌｅ１　Ｄｅｓｉｇｎｖａｌｕｅｏｆｉｎｆｌｕｅｎｔａｎｄｅｆｆｌｕｅｎｔｑｕａｌｉｔｙ（ｍｇ／Ｌ）项目ＢＯＤ５ＣＯＤＳＳＴＮＮＨ３ＮＴＰｐＨ进水１９０３７０１９０４５４０３．０６～９出水≤１０≤５０≤１０≤１５≤５（８）≤０．５６～９２　污水处理厂的启动运行２．１　调试前的准备工作在系统试车前，必须对整个工程进行施工质量检查，验收合格后方可进行单机试车及清水试车，并做好相应记录。在对所有设备进行单机调试和不低于７２ｈ的清水联动试车后即可开始进行生物调试。生物调试前测得污水厂的实际进水水质如表２所示。表２　实际进水污染物浓度（犿犵／犔）Ｔａｂｌｅ２　Ａｃｔｕａｌｗａｔｅｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ（ｍｇ／Ｌ）ＢＯＤ５ＣＯＤＳＳＴＮＮＨ３ＮＴＰｐＨ８０２００１５０４５４０１．５６～９２．２　污泥的培养和驯化接种污泥取自某污水处理厂污泥脱水间，污泥含水率为８０％。由于市政管网的建设滞后，同时管网中有部分河水渗入，导致实际进水污染物浓度偏低。几日后市政管网修筑完毕，污水进水污染物浓度明显上升。经过为期２个月的硝化菌的培养和驯化，各项出水水质均达到国家一级Ａ排放标准，在此期间ＣＯＤ和ＮＨ３Ｎ的去除率见图２、图３。220200180160140120100806040200COD/(mgL)-151015202530354045505560/d100806040200COD/%CODCODCOD图２　培养初期ＣＯＤ进、出水浓度随时间的变化Ｆｉｇ．２　ＣＯＤｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｅａｒｌｙｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ454035302520151050NH-N/(mgL)3-1100806040200-20NH-N/%3NH-N3NH-N3NH-N351015202530354045505560/d图３　培养初期ＮＨ３Ｎ进、出水浓度随时间的变化Ｆｉｇ３　ＮＨ３Ｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｉｍｅｉｎｅａｒｌｙｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ由图２可见，在运行期间ＣＯＤ的去除效果比较稳定，ＣＯＤ去除率能够维持在８０％以上，出水ＣＯＤ满足国家一级Ａ排放标准。由图３可见：培养初期出水ＮＨ３Ｎ浓度略高于进水ＮＨ３Ｎ浓度，可能由于氨化作用的发生使水中有机氮转化为ＮＨ３Ｎ所致；约５ｄ后出水ＮＨ３Ｎ浓度低于进水ＮＨ３Ｎ浓度，但是去除率仅为１％左右，直到第５０ｄＮＨ３Ｎ去除率上升至７５％，第６０ｄＮＨ３Ｎ去除率为９９％；当出水ＮＨ３Ｎ浓度达０．５５ｍｇ／Ｌ，至此生物处理系统完成了硝化菌的培养。在为期２个月的硝化菌培养过程中，温度变化不大，基本维持在２０～２５℃的范围内，在此温度范围内硝化菌保持了良好的活性。２．３　降温对生物处理系统的影响进入１２月气温逐渐下降，生物活性降低，微生９第５期　　　　　　尉国红等：低温下城市生活污水处理厂的调试运行　　　　　　物生长缓慢，这在一定程度上影响了生物处理系统的正常运行。降温过程中ＣＯＤ的变化过程见图４。250200150100500COD/(mgL)-116151413121110/1009080706050403020100COD/%CODCODCOD图４　水温对ＣＯＤ去除率的影响Ｆｉｇ．４　ＥｆｆｅｃｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎＣＯＤｒｅｍｏｖａｌ由图４可见：水温对ＣＯＤ去除效果的影响并不显著，在温度逐渐降低的过程中，出水ＣＯＤ基本稳定。这是因为降解有机物的异养菌对温度的敏感性较低［３］，当水温低至１０℃时，仍有８６％的ＣＯＤ去除率，但出水ＣＯＤ浓度仅为２７ｍｇ／Ｌ。生物硝化反应一般可以在４～４５℃的温度范围内进行，亚硝化菌最佳生长温度为３５℃，硝化菌的最佳生长温度为３５～４２℃，温度不但影响硝化菌的比增长速率，而且影响硝化菌的活性，不同温度下亚硝化菌的最大比增长速率μ犖如表３所示［４］。表３　不同温度条件下亚硝化菌的最大比增长速率μ犖Ｔａｂｌｅ３　ＭａｘｓｐｅｃｉｆｉｃｉｎｃｒｅａｓｅｒａｔｅｏｆμＮｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ温度／℃μ犖１００．３０２００．６５３０１．２０由表３可见：μ犖与温度的关系遵从Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ方程，温度每升高１０℃，μ犖值增加１倍。水温对ＮＨ３Ｎ去除率的影响见图５。由图５454035302520151050NH-N/(mgL)3-1NH-N3NH-N3NH-N316151413121110/100806040200NH-N/%3图５　水温对ＮＨ３Ｎ去除率的影响Ｆｉｇ．５　ＥｆｆｅｃｔｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎＮＨ３Ｎｒｅｍｏｖａｌ可见：当水温大于１１℃时，ＮＨ３Ｎ去除率大于９２％，当水温低至１０℃时，ＮＨ３Ｎ去除率迅速降至８５％，出水ＮＨ３Ｎ浓度迅速由２．６８ｍｇ／Ｌ升至６．５５ｍｇ／Ｌ。由此可见，低温对硝化菌的影响显著，随着水温的下降，硝化菌活性大大降低，ＮＨ３Ｎ去除率明显降低。３　低温条件下的强化脱氮措施为了缓解降温给生物处理系统带来的不利影响，采取了如下一系列措施强化硝化效果。（１）提高溶解氧浓度。低温下硝化菌的活性减弱，适当提高溶解氧浓度可以部分补偿硝化菌由于温度降低而引起的活性下降，有助于硝化反应的进行［５］。因此当温度降至１２℃以下时，将氧化沟溶解氧浓度由２ｍｇ／Ｌ调至２．５～３ｍｇ／Ｌ。（２）延长污泥龄并适当降低污泥负荷。硝化菌对温度变化较为敏感，且其比增长速率低、世代周期长，为了保证活性污泥系统良好的硝化效果，必须有较长的泥龄［６］。一般温度每降低１℃，硝化菌比增长速率降低１０％，因此要维持与常温期间相同的硝化菌浓度，温度每降低１℃时污泥龄需相应提高１０％［５］。该厂在温度低于１０℃以下时，运行中将泥龄调至大于１４ｄ。另外，延长污泥龄的同时相当于增大了污泥浓度降低了污泥负荷，当污水处理厂在低温条件下运行时，污泥浓度基本稳定在３０００～４０００ｍｇ／Ｌ，污泥负荷低于０．０５ｋｇＢＯＤ５／（ｋｇＭＬＳＳ·ｄ）。采取以上强化脱氮措施后，水温对ＮＨ３Ｎ去除率的影响见图６。45403530252015105010987654/100806040200NH-N/%3NH-N/(mgL)3-1NH-N3NH-N3NH-N3图６　采取强化措施后的ＮＨ３Ｎ去除效果Ｆｉｇ．６　ＥｆｆｅｃｔｏｆＮＨ３Ｎｒｅｍｏｖａｌｗｈｅｎｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎ由图６可见：采取一系列强化脱氧的措施后，当温度持续降低时，生物处理系统能保持较好的硝化０１　　　　　　　　　　　　　　　　　安全与环境工程　　　　　　　　　　　　　　第１７卷效果。如当温度≥６℃