第３ ９卷 ２ ０ １ ２ 第８期
年８月 湖南大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａ１ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｖｏ１．３９，Ｎｏ．８
Ａｕｇ．２ ０ １ ２
文章编号：１６７４—２９７４（２０１２）０８—００６１—０６
低碳源城市污水厂碳源优化利用运行模式研究 付国楷”，张春玲 ，喻晓琴 ，张 智 （１．重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室 ２．同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室
，周 琪 重庆４０００４５； 上海２０００９２）
摘 要：采用中试规模试验，利用物质平衡分析方法，追踪碳源在各个季节不同工艺条 件下的分配和利用情况，以求掌握控制碳源分配的关键性参数，从而建立基于碳源利用的污 水厂优化运行模式．在原水年均ＣＯＤ，ＮＨ４－一Ｎ，ＴＮ和ＴＰ浓度分别为１２９，２５．６，３１．５和 ３．３８ ｍｇ／Ｌ，Ｃ／Ｎ值和Ｃ／Ｐ值分别为４．３和３９．５的条件下，冬季宜采用倒置Ａ ／ｏ工艺， 春季宜选用改良型Ａ ／ｏ工艺，夏季宜选用预缺氧＋倒置Ａ ／ｏ工艺，秋季宜选用低氧／常 氧交替的预缺氧＋倒置Ａ ／ｏ工艺，此时出水带走的ＣＯＤ占系统输入总量的２６．１ ９／６～ ２９．４ ，同化ＣＯＤ比例为２７．５ ～３６．２ ，直接好氧氧化的ＣＯＤ比例为４ ～２２．２ ，用 于反硝化脱氮的ＣＯＤ比例为１４．８ ～３３．６ ，用于聚磷菌超量储磷的ＣｏＤ比例为３．Ｏ５ ６．９ ，出水除总磷指标外，可以达到ＧＢ １８９１８—２００２一级Ｂ标准．碳源分配的优劣可以 作为污水厂工艺筛选和参数调整的重要依据． 关键词：活性污泥法；污水处理；碳源分配；Ａ ／Ｏ工艺；低碳源污水 中图分类号：Ｘ７０３．１ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ Ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ Ｕｒｂａｎ Ｓｅｗａｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎｔｓ
ＦＵ Ｇｕｏ－ｋａｉ”，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｌｉｎｇ ，ＹＵ Ｘｉａｏ—ｑｉｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ ，ＺＨＯＵ Ｑｉ （１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｒｅｇｉｏｎ＇ｓ Ｅｃｏ—Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ。Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５。Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｒｅｕｓｅ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２。Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍａｓｓ ｂａｌａｎｃｅ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏ ｔｒａｃｅ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｉｎ ａ ｐｉｌｏｔ ｓｃａｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｋｅｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ ｕｒｂａｎ ｓｅｗａｇｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔｓ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｏｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＣＯＤ，ＮＨ＋一Ｎ，ＴＮ ａｎｄ ＴＰ ｗｅｒｅ １２９ ｍｇ／Ｌ，２５．６ ｍｇ／Ｌ， ３１．５ ｍｇ／Ｌ ａｎｄ ３．３８ ｍｇ／Ｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ Ｃ／Ｎ ａｎｄ Ｃ／Ｐ ｖａｌｕｅ ｗｅｒｅ ４．３ ａｎｄ ３９．５，ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ａ ／ｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｐｅｒｉｏｄ，ｅｎｈａｎｃｅｄ Ａ ／ｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｉｎ ｓｐｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ， ｐｒｅ—ａｎｏｘｉｃ ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ａ ／ｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｐｅｒｉｏｄ ａｎｄ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｏｘｙｇｅｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａ— ｔｉｏｎ ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ａ ／ｏ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｉｎ ａｕｔｕｍｎ ｐｅｒｉｏｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｃａｓｅ，ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ＣＯＤ ｔｏ ｉｎ－ ｆｌｕｎｅｎｔ ＣＯＤ ｗａｓ ２６．１ ～２９．４ ，ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｎｇ ＣＯＤ ｗａｓ ２７．５ ～３６．２ ９，６，ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ— ｌｙ ｏｘｉｄａｔｉｎｇ ＣＯＤ ｗａｓ ４ ～２２．２ ，ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｎｇ ＣＯＤ ｗａｓ １４．８ ～３３．６％，ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ＣＯＤ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ｆｏｒ ｒｅｍｏｖａｌ ｗａｓ ３．０５ ～６．９ ．Ｔｈｅ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｌｏｔ ｓｃａｌｅ ｒｅａｃｔｏｒ ｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ｔｈｅ
收稿日期：２０Ｉ１－０８－０１ 基金项目：国家“十一五”科技重大专项（２００９ＺＸ０７３１５—００２—０３） 作者简介：付国楷（１９７９一），男，湖南湘潭人，重庆大学讲师，博士 十通讯联系人，Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｕｇｕｏｋａｉ＠１６３．ｃｏｒｎ ６２ 湖南大学学报（自然科学版） ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｇｒａｄｅ Ｂ，ｃｌａｓｓ工ｉｎ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｆｏｒ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎｔ （ＧＢ １ ８９ １ ８—２００２）ａｐａｒｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ．Ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉ— ｚａｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｕｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｄｊ ｕｓｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｍａｓｓ ｂａｌａｎｃｅ；Ａ ／ｏ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｄｅｆｉｃｉｅｎｔ ｃａｒ— ｂｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅ
中国南方一些地区城市污水的有机污染物浓度 偏低，而氮、磷浓度相对较高口］，由于碳源不足而限 制了营养盐去除效率的提高 ］．针对城市污水处理 厂进水有机物比例偏低的问题，可以通过外加碳源， 常用的碳源有甲醇、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等Ｌ３３；另外 通过调节污水厂工艺参数 或改良现有工艺［５ ］， 能够在一定程度上提高营养盐的去除效率．但是现 阶段大多数针对低碳源问题的研究过程和工程实践 都将污水处理工艺作为“黑箱”对待，从相对宏观的 角度来考察污水厂的整体表现，很少从微观的角度， 利用物质平衡的分析方法详细地追踪碳源的具体去 向和利用情况，更没有分析工艺调整对碳源分配和 利用过程的影响．由此在污水厂工程设计和运行过 程中，缺乏精确的指导性参数，无法进行精细化设计 和调控． 本文采用中试规模试验，利用物质平衡分析方 法，追踪碳源在各个季节不同工艺条件下的分配和 利用情况，以求掌握控制碳源分配的关键性参数，从 而建立基于碳源利用的污水厂优化运行模式． １试验材料与方法 １．１试验装置 试验装置由５部分组成：格栅井、生化反应器、 二沉池、鼓风机房和加药系统，如图１所示． Ａ．格栅井；Ｂ．生化反应器；Ｃ．二沉池；Ｄ．鼓风机；Ｅ．加药 罐；Ｉ～Ⅵ．反应器分区编号；１．泵站来水；２．细格网；３．反应器进 水提升泵；４．出水；５．污泥回流泵；６．混合液回流泵；７．排泥阀；８． 反应器搅拌机；９．微孔曝气盘；１０．穿孔曝气管；１１．加药罐搅拌器； １２．加药计量泵． 图１试验装置工艺流程图 Ｆｉｇ．１ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｌｏｗ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ 生化反应器的工区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ｖ区内同时设 置了微孔曝气装置和搅拌装置，可根据工艺需要实 现厌氧、缺氧、低氧或好氧等环境状态．原水分别或 同时进入这三区，污泥回流进入工区，混合液可以回 流至Ⅱ区和Ⅲ区．另外设有加药设备，Ｖ区除了可以 充当后曝气池外，还可以作为物化池使用，但在本研 究过程中未添加化学除磷混凝剂． １．２试验工艺及工况 试验装置具有一池多用、运行灵活的特点，因此 在实验室小试和前期试验结果的基础上Ｌ】］，进一步 优选运行工艺和工况，考察不同季节条件下各工艺 碳源分配的情况． 冬季（１月至３月上旬）选用了预缺氧＋Ａ。／ｏ 和倒置Ａ。／ｏ ２种工艺，采用了４种运行工况．其 中，工况１采用工艺参数为：ＨＲＴ（水力停留时间） ＝１０ ｈ，ＳＲＴ（污泥龄）：＝＝２５ ｄ，ＭＬＳＳ（混合液悬浮固 体浓度）＝３ １２５ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ（挥发性固体浓度）／ ＭＬＳＳ一０．５６，Ｒ（外回流比）一ｒ（内回流比）一 １００ ．工况２采用工艺参数为：ＨＲＴ一１０ ｈ，ＳＲＴ ＝２０ ｄ，ＭＬＳＳ一２ ５３２ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＭＬＳＳ一０．６，Ｒ 一７５ ９，６，ｒ＿￣－－１５０ ．工况３采用工艺参数为：ＨＲＴ一 １０ ｈ，ＳＲＴ一２０ ｄ，ＭＬＳＳ＝１ ７０５ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＭＬＳＳ 一０．６４，Ｒ一１００ ．工况４采用工艺参数为：ＨＲＴ一 ８ ｈ，ＳＲＴ：１８ ｄ，ＭＬＳＳ一２ ７５８ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＭＬＳＳ 一０．６２，Ｒ一１００％． 春季（３月中旬至５月）选用了倒置Ａ ／ｏ、预缺 氧＋倒置Ａ ／Ｏ、改良型Ａ。／ｏ ３种工艺，采用了３ 种工况．其中，工况１采用的工艺参数为：ＨＲＴ一８ ｈ，ＳＲＴ＝１８ ｄ，ＭＬＳＳ＝２ ６９７ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＭＬＳＳ＝ ０．６５，Ｒ＝：＝１００ ．工况２采用工艺参数为：ＨＲＴ＝１０ ｈ，ＳＲＴ一１８ ｄ，ＭＬＳＳ＝２ ４２５ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＭＬＳＳ一 ０．６２，Ｒ一１００ ．工况３采用工艺参数为：ＨＲＴ＝１０ ｈ，ＳＲＴ一１８ ｄ，ＭＬＳＳ一２ ３８７ ｍｇ／Ｌ，ＶＳＳ／ＭＬＳＳ一 ０．６，Ｒ一５０ ，ｒ一１５０ ． 夏季（６月至９月）选用了改良型Ａ ／ｏ和预缺 氧＋倒置Ａ ／ｏ ２种工艺，采用了２种工况．其中， 工况１采用的参数为：ＨＲＴ一８ ｈ，ＳＲＴ一１５ ｄ，