生活污水的低耗高效处理研究

马三剑 刘锋 吴建华 郭维华
（苏州城建环保学院环保应用技术研究所）

　　一般情况下，一人一天排放的生活污水量约为120升，COD浓度约为300～500mg/l，因此生活污水的污染面相当广，而且随着河流、湖泊受污染程度的日益增加，水体的自净作用越来越弱，生活污水如直接排入水体不能得到很好的净化，必定加重水体的受污染程度，因此，城市、乡镇、生活小区等各地方的生活污水治理已势在必行。
　　城市生活污水作为一种低浓度综合污水，其处理方法相当多，可以认为任何一种好氧处理技术都可用于生活污水的处理上，并可保证COD较好地达标，但一般根据可水量的大小及所要求的排放标准不同，采用不同的处理方式。从最初的普通活性污泥法，到A-O、A-A-O、SBR、A-B法、接触氧化法、各种形式的氧化沟，都得到了相当广泛的应用，而且技术上都已成熟。但目前存在的一个较大的难点，城镇污水处理厂一般投资都相当高，而且在建成后运行费用较大，对于一个日处理1万吨城镇生活污水的处理厂，投资约在1500万元左右，年运行费用约为150～200万元，因此很多厂都是建得起，运行不起，处理于半运行状况。为了根本解决这一问题，必需寻求一种投资小、运行费用低、操作简便、处理效果好的技术用于生活污水的治理中，确保已建成的污水处理厂能长期稳定正常运行。我们利用厌氧UASB对生活污水的厌氧处理进行研究，以寻求生活污水利用厌氧处理的可行性。

1 生活污水中试试验

1.1 试验目的
　　（1）观察下水道污水一年中水温的变化规律及受气温变化的影响；
　　（2）观察不同季节、月份下水道污水一天水温、CODcr浓度的变化规律、及与气温变化的影响；
　　（3）探讨生活污水采用厌氧处理的可行性；
　　（4）在不同季节，UASB对生活污水CODcr浓度的去除效率，及运行稳定程度；
　　（5）为生活污水采用UASB进行处理提供设计依据。
1.2试验装置与方法
　　（1）试验装置与流程
　　整套实验装置包括进水系统、UASB反应器、沼气水封及计量系统。UASB反应器为筒体直径1m，总高3m碳钢加工成的反应器，其中反应区容积即有效容积为1.0m³。生活污水自下水道由潜污泵将其送至高位槽（潜污泵以高位槽内的液位计自动控制），再通过流量计自流入UASB反应器中，连续进水，所产沼气经三相分离器后通过反应器顶部导出，先由湿式气体流量计计量沼气产生量，再经水封外排。整个装置置于大气中，UASB外加保温层，实验温度为常温，所采用中试流程见图1。

1.3实验方法
　　（1）生活污水水源水质：
　　中试用生活污水取自我院下水道污水,该污水来源于学生宿舍、食堂、图书馆、豆制品车间等。经过多天取样，每两小时取一次样，测定其一天的水质变化，其平均水质情况见表1。

表1 生活污水一天的水质变化情况表 取样时间 COD_Cr浓度(mg/l) 取样时间 COD_Cr浓度(mg/l) 2：00 92 14：00 279 4：00 121 16：00 253 6：00 130 18：00 342 8：00 374 20：00 261 10：00 243 22：00 304 12：00 362 24：00 134

　　（2）接种污泥：
　　UASB接种污泥为某城市污水处理厂的厌氧消化污泥，菌种添加量为UASB反应器总容积的三分之一（约1m³）。菌种添加后反应器底部污泥层的污泥浓度为100gTSS/l。
　　（3）实验方法：
　　每天记录下水道污水的水温、及气温的数值,两者需同一时间记录，记录时间是在早上8:30～9:00。记录水温时，先将高位槽中的水放空，然后泵抽30分钟(使测定的水温为下水道污水真实的温度)，再记录水温。观察、记录气温也在实验现场（室外），据长时间观察，气温和生活污水水温相接近。生活污水一年的平均月水温变化情况见表2。

表2 生活污水一年的平均月水温变化情况表 日期 水温(℃) 日期 水温(℃) 1月 6～9 7月 29～30 2月 10～11 8月 29～30 3月 10～12 9月 22～26 4月 16～22 10月 22～19 5月 19～22 11月 15～18 6月 23～15 12月 7～11

　　2）每隔两天，在进行1）操作的同时，取UASB进、出水测定CODcr浓度，并计算出CODcr的去除率；
　　3）每隔两个月测定某一天下水道污水的变化规律，每两小时记录水温、气温，并取进水测定CODcr的浓度；

2 实验的启动与运行

　　整个实验分二个步骤进行，在冬季和夏季各进行了三个月，经过反应器的启动、污泥的驯化、负荷的增加等几个过程。
2.1 UASB的启动

因菌种污泥采用的是城市污水处理厂的厌氧消化污泥，同时也放置了较长时间，故先对其进行恢复活性进水。用白糖加自来水配制成COD_Cr为1000mg/l左右的溶液作为进料，停留时间保持24小时，观察其去除率（保持在90%以上）与产气情况，同时记录气温的变化情况，一周后再配成2000mg/l的溶液进料，其余条件不变，持续一个周，去除率与产气率也没有大的发生变化，表明污泥活性良好，后以生活污水直接进料。其产气率与COD去除率效果见图2、图3。

2.2 UASB的运行（污泥的驯化、负荷的增加）
　　整个实验分为二个周期，夏季在6～8月进行，冬季在11～1月进行，两次实验都采取了同样的步骤，并进行了相同项目的分析监测。
　　因生活污水的COD浓度较低，故只以水力负荷的改变作为实验的操作依据。实验进行始终维持UASB连续进水，初期进水量0.5m³/d，容积负荷为0.2kg/(m³.d)，水力负荷为0.03m³/(m².h)，稳定运行二周，然后提高进水水量至1.0m³/d，其余条件不变，稳定运行二周，随后再按0.5m³/d的程度每二周增加一次水负荷，至进水水量为3m³/d，水力负荷为0.16m³/(m².h)，水力停留时间为8小时，实验停止。两周期实验的去除率、产气率与实验时间的关系曲线见图4、图5。

　　从图中可看出：在夏季，三个月厌氧处理效率一直保持在80%左右，产气率为0.25 L/gCOD_Cr去除左右，基本没有发生大的变化；在冬季，三个月厌氧去除效率在75%左右，产气率为0.15 L/g COD_Cr去除左右，也没有发生大的变化。在实验进行中，每次的负荷增加都不会对厌氧反应器的运行造成大的波动。

3 结果与讨论

　　此次实验是研究常温厌氧对生活污水的处理情况，故自始至终反应器的进水温度均为下水道来水温度，因此在实验中仍表现出来许多需值得注意的方面。
3.1 pH值
　　pH值在厌氧消化中对产甲烷菌有较大的影响，一般适宜范围大致为6.5～7.8之间，且不允许有大的波动，当pH值低于6.5时，甲烷菌就会受到抑制，使得反应器发生酸化。生活污水pH一般为中性，而且比较稳定，没有大的波动，在没有非常大的水力冲击的情况下，进水不太会对反应器造成大的影响，能维持反应器内的pH值基本稳定。在处理水量增加到3m³/d时，出水pH值仍在7.0以上。在实际工程运行中，由于生活污水的水量非常大，进水的pH值波动更小，pH值对反应器的影响更小。
3.2营养物的添加
　　生活污水中所含的各种物质比较齐全，含有微生物生长需的各种营养成份，因此在进水中无需加入微量元素，微生物也能正常生长，且能长期稳定，夏季运行后的厌氧反应器，经几个月停止运行，在冬季二次启动微生物也没有出现大的变化。
3.3有机容积负荷与水力负荷
　　本实验由于生活污水的COD浓度较低，有机容积负荷的变化较小，因此对厌氧反应器的运行很大程度上由水力负荷控制。当厌氧反应器进水量由0.5m³/d增加到3m³/d后，有机负荷由0.2kg/(m³.d)增加到1.2kg/(m³.d)，水力负荷由0.03m³/(m².h)增加到0.16m³/(m².h)，在每次增加负荷时去除率都没有发生下降，由此可知，在一定程度内，逐步地提高负荷不会对反应器产生影响，实验中其最大水力负荷达到0.16m³/(m².h)，厌氧反应器水力停留时间为8小时。
3.4产气率
　　产气率在厌氧反应器的运行中，对于厌氧生物的活性及反应器的运行状况的好坏也是一个重要的监测指标。一般情况下，产气率与COD去除率有着相同的关系，去除率下降，产气率也表现为降低，但因废水在反应器中有一定的滞留时间，而产出的气体在很短的时间内既可测定，因此厌氧产气率较COD的去除率更能快速地反应厌氧的运行情况^[1]。产气率小说明产甲烷细菌少或活性弱，反应器有可能会出现酸化（表现为厌氧出水挥发性脂肪酸浓度增高，厌氧降解反应受到抑制），因此在产气率下降时一定要注意反应器内各项指标的变化。实验中厌氧产气率一直在0.15～0.25L/g COD去除左右，并一直保持稳定，反应器运行平稳。
3.5温度
　　夏季，UASB进水水温为20～25℃，COD去除效率为85%，产气率为0.25L/g COD去除，冬季，UASB进水水温为10℃左右，COD去除效率为75%，产气率为0.15 L/g COD去除。由此可见，UASB进水温度对反应器的运行有一定的影响：温度下降，COD去除率下降，产气率同时下降。因此，利用厌氧处理生活污水，进水应有一定的温度（在20℃以上最佳），所以，应用厌氧处理生活污水一般只能在南方适用。

4 后处理的建议

　　厌氧出水不能达到生活污水的排放要求，且水中含有一定的气味，水色较深，因此，必须在厌氧处理后增加一级好氧后处理，保证排放水的达标率。
　　可采用的好氧处理有很多种，也有很多已直接应用于生活污水的处理，但一般其运行费用都较高。经厌氧处理后的生活污水中有机物含量已较低，如再用常规曝气方法作为后处理，投资及能源浪费都较大。因此选用无需动力消耗的依靠重力流自动旋转布水的滴滤床技术作为后处理，既能进一步对厌氧出水中的有机物进行降解，保证出水达标，又无需消耗动力^[2]。
　　利用厌氧——滴滤床的处理工艺已在豆制品加工废水、啤酒生产废水、乳品加工废水等工业污水处理上成功应用，出水都达到国家一级排放标准。

5 结论与建议

　　（1）实验证明，用UASB处理生活污水是可行的，在常温下运行，水力停留时间为8小时，COD去除率能达到75～85%；
　　（2）从厌氧反应器的冬季二次启动表明：厌氧菌种能够在一定条件下长时间保存，再启动时只需较合适的环境，在短时间内即可恢复活性；
　　（3）在工程应用中，利用厌氧反应器处理生活污水，与所选用的反应器类型、结构及所应用地方的气温有很大的关系，一般在南方应用较好；
　　（4）建议采用好氧滴滤床技术作为厌氧处理生活污水的后处理工艺，无需增加运行费用，且出水能很好地保证达标率。

参考文献

　　1 贺延龄. 《废水的厌氧生物处理》北京：中国轻工业出版社，1998，50～52
　　2 张自杰等.《排水工程》 中国建筑工业出版社，2000，201～210