城市污水除磷處理工藝
混合型城市污水進水負荷波動較大且水質復雜，其包含工業廢水和生活污水（工業廢水所占比例為60%~80%，生活污水占20%~40%），典型的特點為污水中COD偏高。加之目前國家環境標準對污水處理廠出水水質的要求越來越高，采用傳統的污水處理工藝處理混合型城市污水，難以達到排放標準的要求。
水解酸化能較大程度地提高污水的可生化性，可為后續的微生物降解有機污染物創造良好的條件，不僅縮短了反應時間，也降低了處理能耗〔201502091">1〕；氧化溝具有較長的水力停留時間、較低的有機負荷和較長的污泥齡，可結合推流和完全混合的特點，有利于克服短流和提高緩沖能力，并具有明顯的溶解氧濃度梯度，其應用前景廣闊〔201502092">2,201502093">3,201502094">4〕。目前，城市污水處理廠很少采用水解酸化反應器作為前置構筑物，同時也基本沒有對氧化溝進行厭氧強化、溶解氧和污泥回流的調控。水解酸化-厭氧-改良Carrousel氧化溝工藝是較為創新的嘗試，其可有效緩解混合型城市污水水質波動的劇烈負荷沖擊，更好地保障后續除磷工藝的高效穩定運行〔201502095">5〕。
本研究采用“水解酸化-厭氧-改良氧化溝”工藝，并通過對水解酸化、氧化溝水力停留時間及污泥回流比的調控，考察了其對混合型城市污水中COD和TP的去除效果，以期為工程設計積累技術參數，以及為污水廠升級改造提供技術支持。
1試驗材料與方法
1.1試驗水質與接種污泥
試驗原水為某城市大型污水處理廠曝氣沉砂池出水，其為混合型城市污水，相比一般的城市生活污水其COD較高，約為350~1250mg/L，TP約為3.5~11.5mg/L，TN約為20~60mg/L，碳氮比較低，水中污染物成分復雜。試驗接種污泥為該污水處理廠剩余污泥。
1.2監測指標及方法
TP：哈希測定法（8114_PhosphorusReac）；COD：哈？焖贉y定法（OxyCOD_8000）；DO：哈希DO儀測定法；水溫：溫度計法。
1.3裝置與流程
工藝流程如圖1所示。
圖1工藝流程
水解酸化池、厭氧池、改良Carrousel氧化溝及二沉池均由不銹鋼板焊接而成。水解酸化池為復合折流式水解酸化反應池，由反應區和沉淀區組成；厭氧池由2個單元格組成，混合液由頂部溢流出水；改良Carrousel氧化溝設置為八廊道形式；二沉池內有斜板輔助沉淀，斜板傾角為60°〔201502096">6〕。
試驗原水由泵抽送至高位水箱，后重力流入水解酸化反應器，先后經過水解酸化反應器的反應區和沉淀區，在沉淀區由泵抽送上清液進入厭氧池底部。厭氧池溢流出水進入改良Carrousel氧化溝，由微孔曝氣器進行曝氣。改良Carrousel氧化溝出水進入二沉池，沉淀后上清液排放，部分污泥回流至厭氧池，剩余污泥排放。
組合工藝運行期間，控制水解酸化反應器HRT約為3h，改良氧化溝HRT約為11h，污泥回流比約為1，DO維持在2~4mg/L。
2結果與分析
2.1COD去除情況及分析
系統進水COD約為350~1250mg/L，已超過南方及華北地區一般生活污水的平均COD值，其原因是該污水廠的進水中混合有大量的工業廢水，導致進水負荷波動較大，COD平均值升高。組合工藝運行期間，COD的去除情況如圖2所示。
圖2COD去除情況
由圖2可知，出水COD約為10~120mg/L，平均出水COD約為54.9mg/L，平均COD去除率約為90.1%。盡管進水COD波動較大，但總體去除效果波動不大，說明該系統能夠抵抗一定的沖擊負荷，具有良好的COD去除效果。多點強化氧化溝系統中的水解酸化池和厭氧池屬于厭氧反應器，能夠去除少部分COD，而改良Carrousel氧化溝是去除COD的主要場所〔201502097">7〕。
COD的去除受溫度影響較大，水溫會影響微生物同化和代謝有機物的速度。水溫﹥20℃時，系統COD去除率一般在90%以上；水溫＜15℃時，系統COD去除率約為80%左右。溫度低時可通過加大曝氣量或其他強化措施使出水水質得以改善〔201502098">8〕。
2.2TP去除情況及分析
組合工藝運行期間，TP的去除情況如圖3所示。
圖3TP去除情況
由圖3可知，進水TP約為3.5~11.5mg/L，波動幅度較大，出水TP約為0.2~1.9mg/L，平均TP去除率約為86.4%，出水平均TP達到GB18918—2002的一級B標準；旌闲统鞘形鬯休^大比例的工業廢水，其含有大量的磷酸鹽，又由于水量、水質變化等原因，出現夏秋季節的進水平均TP低于冬春季節的現象。在夏秋季節污水水溫高，整個系統的TP去除率高于冬春季節。
試驗過程中，對系統水解酸化池出水、厭氧反應池出水、改良Carrousel氧化溝出水的TP也進行了監測，結果表明，水解酸化池對TP的去除效果有限，在相對較短的水力停留時間下，占優勢菌群地位的水解細菌和酸化細菌同化作用不明顯，而且由于聚磷菌在厭氧環境下釋放磷，有時還會出現水解酸化出水TP大于進水的情況；厭氧池出水TP則明顯高于進水，這是由于聚磷菌在厭氧條件下釋放磷；氧化溝是TP去除的主要場所，聚磷菌在好氧環境下超量吸磷，起到了除磷的效果。另外，試驗過程中還發現，某段時間內二沉池出水TP大于氧化溝出水TP，其原因是二沉池內聚磷微生物又在厭氧環境下釋放磷，因此，監測到TP出現此情況時，需要視情況排泥或加大排泥量。
2.3試驗運行參數對污染物去除的影響
2.3.1HRT對水解酸化反應器處理效果的影響
試驗期間水解酸化反應器進水流量約為0.4m3/h，通過改變水解酸化反應器的有效容積來調整HRT，考察HRT對水解酸化反應器處理效果的影響，結果如圖4所示。
圖4厭氧水解酸化反應器在不同HRT下對污染物的去除情況
由圖4可知，HRT為3h時，水解酸化反應器對COD的平均去除率最高，約為16.5%。當HRT為4h時，水解酸化反應器對TP的平均去除率最高，約為12.2%；當HRT為3h時，TP平均去除率有所下降，為8.3%，與HRT為2h時的TP平均去除率9.8%相差不大。水解酸化反應器的HRT比一般的厭氧反應器短，故釋磷作用不明顯，同化代謝去除污水中TP的量要大于釋磷的量。綜合考慮COD和TP的去除情況，當HRT為3h時，水解酸化反應器的運行效果最佳。水解酸化反應器對混合型城市污水有較好的預處理效果。
2.3.2HRT對改良氧化溝處理效果的影響
在試驗的前100d時間內改良氧化溝有效池容一直為8.9m3，其HRT為11h。從約100d至試驗結束時間內，采用改變改良氧化溝有效容積的方法來調整HRT，考察HRT對改良氧化溝處理效果的影響，結果見圖5。
圖5改良氧化溝在不同HRT下對污染物的去除情況
由圖5可知，試驗的前100d，改良氧化溝對COD的去除效果比較穩定，COD平均去除率約為91.4%。當HRT改變為9.5、8h時，COD平均去除率約為81.7%，COD去除率下降；當HRT為6.5h時，改良氧化溝對COD的去除效果也較好，平均COD去除率約為90.1%。綜合考慮改良氧化溝的出水水質，當HRT為11h時，出水COD為10~80mg/L，出水COD基本可以達到GB18918—2002的一級A標準；當HRT為6.5h時，出水COD多高于150mg/L；當HRT為8、9.5h時，出水COD＞100mg/L。因此，HRT約為11h時，改良Carrousel氧化溝對COD的去除效果最佳。改良氧化溝對TP的平均去除率在不同的HRT下變化不大，但當HRT約為11h時，出水TP除個別天數外，基本都低于1mg/L，達到GB18918—2002的一級B標準。
綜合考慮COD及TP的去除情況，確定改良氧化溝最佳的HRT為11h。較長的HRT可使微生物有更充足的時間代謝污水中的有機污染物，同時也可以與污染物更充分地接觸。因此，相對較長的HRT有利于改良氧化溝對污染物的去除。改良氧化溝最佳HRT的確定同時要考慮進水水量、進水負荷〔201502099">9〕。
2.3.3污泥回流比對系統污染物去除的影響
試驗的第60~90天保持其他運行參數不變，調整污泥回流比，考察污泥回流比對系統污染物去除的影響，結果如圖6所示。
圖6污泥回流比對系統污染物去除的影響
由圖6可知，污泥回流比對COD的平均去除率影響較小，COD平均去除率基本在90%~94%之間。污泥回流比對TP的去除有一定的影響，回流污泥先進入厭氧反應器釋磷，然后進入改良氧化溝的好氧區超量吸磷。當污泥回流比為1時，除磷效果最佳。除磷和脫氮過程是2個相互矛盾的過程〔2015020910">10〕，污泥回流量小表示活性污泥中聚磷菌的數量少，此時的除磷效果沒有污泥回流量大時好；但污泥回流量過大，又會使較多的硝態氮進入厭氧反應器，反硝化細菌在與聚磷菌的競爭中占據優勢地位，使聚磷菌的生長受到抑制，影響了TP的去除。綜合考慮COD和TP的去除效果，最佳污泥回流比為1。
3結論
采用水解酸化-厭氧-改良Carrousel氧化溝除磷工藝，并通過調控前置水解酸化反應器HRT、氧化溝HRT、二沉池污泥回流比對混合型城市污水進行除磷研究。結果表明，當進水COD為350~1250mg/L，TP為3.5~11.5mg/L時，組合工藝的最佳運行參數：水解酸化反應器HRT為3h，厭氧池HRT為4h，改良Carrousel氧化溝HRT為11h，污泥回流比為1，平均DO為2~4mg/L。在最佳工藝條件下，出水COD、TP平均分別為54.9、0.9mg/L，系統對COD、TP的平均去除率分別可達到90.1%、86.4%以上，出水水質能達到或優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級B標準。
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