污泥濃縮池磷釋放及去除措施

　　污泥濃縮池是污水處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要功能單元。污泥濃縮池的濃縮方法主要分為重力濃縮、氣浮濃縮和機(jī)械濃縮。目前，國(guó)內(nèi)以重力濃縮為主，占71.5%，機(jī)械濃縮和氣浮濃縮分別占21.4%和7.1%。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014―2016)中的規(guī)定：當(dāng)采用生物除磷工藝進(jìn)行污水處理時(shí)，不應(yīng)采用重力濃縮。這是因?yàn)槲鬯锍坠に囀强烤哿拙诤醚鯒l件下超量吸磷形成富磷污泥，通過排出富磷污泥來達(dá)到生物除磷的目的。重力濃縮池的水力停留時(shí)間長(zhǎng)，污泥在池內(nèi)會(huì)發(fā)生厭氧釋磷，如果將污泥水直接回流至污水處理系統(tǒng)，將增加污水處理的磷負(fù)荷，降低生物除磷的效果。然而，周玉紅等對(duì)比研究了A2/O和MBR工藝剩余污泥濃縮過程中磷釋放的差別，指出24h內(nèi)上清液磷濃度仍小于進(jìn)水總磷濃度，因此采用脫氮除磷工藝的污水廠也可以采用污泥濃縮池來濃縮剩余污泥，濃縮過程中磷的釋放對(duì)污水處理不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，并且與機(jī)械濃縮相比，在脫水效果、脫水PAM用量方面有一定優(yōu)勢(shì)。李振華研究了濃縮時(shí)間對(duì)濃縮效果、磷釋放及去除的影響，指出控制污泥二次釋磷的關(guān)鍵在于選擇合適的污泥沉降時(shí)間，當(dāng)將污泥沉降時(shí)間控制在48h以內(nèi)時(shí)，磷不會(huì)大量釋放，基本穩(wěn)定在可控范圍。

　　盡管如此，多數(shù)情況下采用脫氮除磷工藝的污水廠在重力濃縮過程中產(chǎn)生的污泥水應(yīng)進(jìn)行除磷后再返回水處理構(gòu)筑物進(jìn)行處理。若濃縮池控制不當(dāng)，剩余污泥的厭氧釋磷會(huì)使上清液中總磷濃度升高，上清液回流至污水處理廠進(jìn)水頭部繼續(xù)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，這是污水處理廠磷負(fù)荷過高的重要原因之一，也是整個(gè)污水處理系統(tǒng)磷去除效率低下的原因之一。何康生等通過分析廣州市大坦沙污水處理廠污泥濃縮池上清液、脫水機(jī)濾液、回流泵房集水井磷濃度，探討污泥處理過程中磷的釋放規(guī)律，并研究了不同化學(xué)藥劑的除磷效果，比選出了合適的化學(xué)藥劑及其最佳投加量。結(jié)果表明，所選用的化學(xué)除磷藥劑對(duì)濃縮池上清液和脫水機(jī)濾液中TP去除強(qiáng)弱的順序?yàn)椋毫蛩徜X>聚合氯化鋁>聚合氯化鐵〉石灰。其中，硫酸鋁是最佳的化學(xué)除磷藥劑。丁大勇在回流水中投加氯化鐵、硫酸鋁、聚合氯化鋁等混凝劑，進(jìn)行了污泥濃縮、脫水濾液除磷試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)硫酸鋁的效果最好，也最經(jīng)濟(jì)。當(dāng)回流水中TP的濃度為20mg/L左右時(shí)，硫酸鋁的投加量達(dá)40mg/L即能獲得80%以上的除磷效果，同時(shí)還能去除40%左右的COD。

　　鑒于目前我國(guó)仍有大量的脫氮除磷工藝污水處理廠采用重力濃縮池，而有關(guān)重力濃縮池磷釋放的控制措施仍比較缺乏的現(xiàn)狀，筆者以南方某脫氮除磷工藝污水處理廠污泥濃縮池為例，考察了停留時(shí)間對(duì)磷釋放的影響，以及投加PAC和曝氣對(duì)上清液中磷釋放的控制效果，以期為污泥濃縮池的工藝控制提供參考。

　　1、材料與方法

　　1.1 污水廠污泥處理概況

　　我國(guó)南方某縣城市生活污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力為2x10⁴m3/d，采用CAST工藝，污水處理工藝流程如圖1所示。2012年―2018年主要進(jìn)水水質(zhì)如下：COD，BOD5、SS、NH₄⁺-N、TN、TP濃度范圍分別為63~649，25.8~235，48~412，8~55，12.7~66.2，0.19~14.84mg/L，相應(yīng)的均值為174，67.2，168、21.4、26.6、3.15mg/L；pH值在7.02-7.87之間變化，平均為7.65。出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　剩余污泥采用先重力濃縮后機(jī)械脫水的模式，由污泥泵從生化池輸送至污泥濃縮池，通過重力濃縮將污泥含水率由99.2%-99.6%降至97%~98%，后進(jìn)入帶式脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，將含水率降至80%以下。濃縮池中的上清液和脫水機(jī)濾液回流至污水廠前端的構(gòu)筑物進(jìn)行重新處理。自2012年至2018年5月，隨著城市建設(shè)過程中雨污分流程度的不斷提高。進(jìn)水總磷濃度呈逐年升高趨勢(shì)。為了減輕污水處理系統(tǒng)的磷負(fù)荷，從污泥濃縮池及后續(xù)污泥脫水環(huán)節(jié)著手，研究如何增加磷在污泥中的聚積量，通過科學(xué)控制污泥濃縮池的運(yùn)行來提高系統(tǒng)的除磷效率。

　　1.2 試驗(yàn)方法

　　1.2.1 停留時(shí)間對(duì)釋磷的影響

　　取新鮮剩余污泥10L，污泥濃度為28g/L左右，置于試驗(yàn)裝置中，期間間隔2h搖勻沉淀(底部污泥層釋放的磷與上清液中磷充分混合)后取上清液分析磷酸鹽濃度，試驗(yàn)持續(xù)68h，重復(fù)4次。

　　1.2.2 投加PAC對(duì)釋磷的影響

　　該試驗(yàn)與1.2.1節(jié)同步進(jìn)行，取相同新鮮剩余污泥10L，污泥濃度為28g/L左右，置于相同試驗(yàn)裝置中，投加一定量的PAC(10g)，溶解混合均勻后靜置，期間間隔2h搖勻沉淀，取上清液分析磷酸鹽濃度，試驗(yàn)持續(xù)68h，重復(fù)4次。

　　1.2.3 曝氣對(duì)釋磷的影響

　　取新鮮剩余污泥10L，污泥濃度為16g/L左右，置于容器內(nèi)，靜沉30min后通過JBEO660充氧泵進(jìn)行曝氣，曝氣強(qiáng)度為4I/min，每隔30min對(duì)DO進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采樣分析上清液中磷酸鹽濃度。

　　1.2.4 脫水環(huán)節(jié)磷的變化

　　在濃縮池不投加PAC和投加PAC兩種情況下，分別取帶式脫水機(jī)濃縮段和壓榨段濾液與進(jìn)帶機(jī)前污泥上清液中磷酸鹽濃度進(jìn)行對(duì)比。重復(fù)試驗(yàn)7次。

　　1.3 分析項(xiàng)目與方法

　　污泥濃度：重量法;磷酸鹽/總磷：鋁酸鞍分光光度法;DO：WTWOxi33lO便攜式溶氧儀。

　　2、結(jié)果與討論

　　2.1 停留時(shí)間對(duì)濃縮池磷釋放的影響

　　新鮮剩余污泥在68h內(nèi)的釋磷情況如圖2所示。隨著濃縮時(shí)間的延長(zhǎng)，污泥中的磷逐漸釋放，在0~4h內(nèi)，上清液中磷的濃度變化不大，釋磷速率較慢，平均釋放速率為0.117mg/(gMLVSS-h)，說明剛排放出的剩余污泥中攜帶部分溶解氧，在一段時(shí)間內(nèi)還形不成釋放磷所需要的厭氧環(huán)境，所以釋放較慢。隨著濃縮時(shí)間進(jìn)一步加長(zhǎng)，水中的溶解氧消耗殆盡，環(huán)境越來越接近厭氧，磷釋放現(xiàn)象也越來越明顯。在4~68h磷濃度從12.98mg/L升至160mg/L，平均釋磷速率為0.157mg/(gMLVSS-h)，明顯大于前4h的釋磷速率。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)上清液中的磷酸鹽濃度明顯高于李振華通過靜態(tài)試驗(yàn)測(cè)得的濃縮池剩余污泥沉降72h時(shí)的磷濃度(62.10mg/L)。這一方面是由于不同工藝的剩余污泥的釋磷特性存在差異，另一方面可能是由于試驗(yàn)過程中每隔2h的攪拌過程促使剩余污泥再懸浮，促進(jìn)了剩余污泥中的磷釋放，加速了剩余污泥間隙水中磷的擴(kuò)散。由此可見，該廠活性污泥具有較強(qiáng)的釋磷能力，若控制得當(dāng)可充分發(fā)揮污泥的聚磷能力，從而提高系統(tǒng)的生物除磷效果。

　　結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)控制情況，該污水廠污泥濃縮池新排入的剩余污泥的停留時(shí)間不宜超過4h.在4h內(nèi)將濃縮后的剩余污泥輸送入污泥脫水系統(tǒng)能夠最大程度地減少剩余污泥中磷的釋放，從而提高污泥脫水環(huán)節(jié)對(duì)磷的去除效率。當(dāng)前污水處理廠污泥濃縮池的池容設(shè)計(jì)普遍較大，實(shí)際生產(chǎn)中通常是定期將剩余污泥排入污泥濃縮池，導(dǎo)致污泥濃縮池通常處于?{液位運(yùn)行，延長(zhǎng)了剩余污泥在濃縮池中的停留時(shí)間，增加了剩余污泥中磷的釋放。因此，實(shí)際運(yùn)行中一方面應(yīng)控制濃縮池的運(yùn)行液位，縮短剩余污泥在濃縮池的停留時(shí)間，盡量減少磷的釋放。污泥脫水系統(tǒng)開機(jī)前2h將剩余污泥排放至污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，排放量以脫水系統(tǒng)開機(jī)一次可處理的量為宜。另一方面，需要采取合理的措施控制上清液中磷的含量，盡量降低上清液和后續(xù)污泥脫水濾液重新進(jìn)入進(jìn)水頭部的磷含量，降低系統(tǒng)的磷負(fù)荷。在后續(xù)試驗(yàn)中考察了投加PAC及曝氣對(duì)上清液中磷含量的影響。

　　2.2 投加PAC對(duì)濃縮池磷釋放的影響

　　新鮮剩余污泥投加PAC后磷釋放的情況如圖3所示?？梢钥闯觯都右欢康腜AC后，磷釋放速度明顯放緩，在0~4h平均釋磷速率為0.045mg/(gMLVSS-h)，在0~8h平均釋磷速率為0.036mg/(gMLVSS-h)，均明顯低于不投加PAC條件下0~4h的平均釋磷速率即0.117mg/(gMLVSS?h)。剩余污泥靜置沉淀8h后，磷的釋放速率明顯加快，在8~68h從7.34mg/L升至138.37mg/L，平均釋磷速率為0.150mg/(gMLVSS?h)，與不加PAC條件下4~68h的平均釋磷速率即0.157mg/(gMLVSS?h)相當(dāng)。新鮮剩余污泥的PAC投加量為0.1g/g干泥時(shí)，磷釋放時(shí)間較相同條件下不投加PAC的延遲了4h。因此，當(dāng)剩余污泥不能及時(shí)進(jìn)入脫水系統(tǒng)脫水，或污泥濃縮上清液中磷含量較高時(shí)，可投加一定量的PAC來延緩剩余污泥中磷的釋放，PAC的最佳投加量則需做進(jìn)一步的研究。

　　2.3 曝氣對(duì)濃縮池磷釋放的影響

　　在濃縮池的日常運(yùn)行管理中，通常會(huì)通過底部曝氣對(duì)濃縮池進(jìn)行攪拌，在曝氣的情況下又會(huì)發(fā)生好氧吸磷作用。圖4所示為剩余污泥在靜沉4h后以4L/min的曝氣強(qiáng)度對(duì)污泥進(jìn)行曝氣時(shí)對(duì)上清液中磷酸鹽含量的影響。當(dāng)剩余污泥快速釋磷開始即新鮮污泥靜置4h時(shí)，打開曝氣開關(guān)，剩余污泥中的聚磷菌以溶解氧為電子受體，以體內(nèi)貯存的PHA為電子供體進(jìn)行吸磷反應(yīng)。曝氣30min后，濃縮池中的溶解氧濃度達(dá)到3.54mg/L，上清液中的磷酸鹽濃度從5.93mg/L快速降至1.32mg/L，下降了77.7%，平均吸磷速率為1.10mg/(gMLVSS?h)。之后上清液中的磷酸鹽濃度下降速度變緩，曝氣90min時(shí)，磷酸鹽濃度為0.89mg/L，基本恢復(fù)至初始水平。說明該污水處理廠的活性污泥具有較強(qiáng)的厭氧釋磷和好氧吸磷能力，利用這一特點(diǎn)可在工藝流程中增加回流污泥好氧吸磷環(huán)節(jié)，從而降低進(jìn)入生化系統(tǒng)的磷負(fù)荷。

　　采用曝氣方式降低污泥濃縮池上清液中磷酸鹽含量，與投加PAC或其他除磷藥劑相比具有對(duì)生化系統(tǒng)毒害作用小、經(jīng)濟(jì)方便和更能保持活性污泥生物除磷能力的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于設(shè)有污泥回流系統(tǒng)的處理工藝，可對(duì)污泥濃縮池(或儲(chǔ)泥池)進(jìn)行技術(shù)改造，增設(shè)剩余污泥池。通過曝氣(最佳曝氣時(shí)間需通過對(duì)活性污泥進(jìn)行好氧吸磷速率測(cè)定后確定)降低上清液中磷酸鹽濃度，從而提高污泥中磷含量，然后使底部污泥進(jìn)入脫水系統(tǒng)進(jìn)行處理。另設(shè)一回流污泥釋磷池.剩余污泥靜置一段時(shí)間后攪拌，靜置時(shí)間需通過測(cè)定污泥釋磷速率來確定，并將上清液(磷酸鹽濃度越高越好)排入剩余污泥池，底部污泥則回流至前端生化段。這對(duì)現(xiàn)有污水處理廠污泥濃縮池改造和新建污水處理廠的工藝設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

　　2.4 脫水環(huán)節(jié)磷酸鹽的變化

　　在濃縮池不投加PAC和投加PAC兩種情況下，取帶式脫水機(jī)濃縮段和壓榨段濾液與進(jìn)帶機(jī)前污泥上清液中的磷酸鹽濃度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，當(dāng)濃縮池不投加PAC時(shí)，進(jìn)入帶式脫水機(jī)前剩余污泥上清液中磷酸鹽與濃縮段和壓榨段濾液中磷酸鹽分別為56.47、54.32、53.10mg/L，進(jìn)入帶式脫水機(jī)前剩余污泥上清液中磷酸鹽比濃縮段和壓榨段濾液中磷酸鹽分別僅高出3.8%和6.0%，說明剩余污泥經(jīng)過帶式脫水機(jī)后污泥中所攜帶的磷未發(fā)生明顯釋放和流失。剩余污泥進(jìn)入脫水機(jī)脫水環(huán)節(jié)，上清液和濾液中磷含量越高意味著泥的磷含量越少，對(duì)整個(gè)污水處理系統(tǒng)除磷不利，因此必須控制進(jìn)入脫水機(jī)前剩余污泥上清液中磷酸鹽的含量。

　　在濃縮池投加PAC后剩余污泥上清液中的磷酸鹽含量從45.16mg/L降低至10.84mg/L，降低了76%。其主要原因是PAC中的鋁離子與磷酸根離子結(jié)合形成了磷酸鹽沉淀。進(jìn)入帶式脫水機(jī)前剩余污泥上清液中磷酸鹽與濃縮段和壓榨段濾液中磷酸鹽分別為10.83、10.33、9.89mg/L，上清液與帶式脫水機(jī)濃縮段和壓榨段產(chǎn)生的濾液中的磷酸鹽濃度相差不大，與未投加PAC的情況相似，即剩余污泥通過帶式脫水機(jī)后污泥中所攜帶的磷酸鹽未發(fā)生明顯釋放和流失。該試驗(yàn)說明污泥濃縮池磷酸鹽固定(從上清液轉(zhuǎn)移固定至污泥中)的量決定了磷去除的多少，在脫水環(huán)節(jié)污泥中的磷不會(huì)釋放至濾液中，上清液中磷酸鹽的含量決定了濾液中的磷酸鹽含量，也決定了回流入系統(tǒng)中磷的負(fù)荷。

　　3、結(jié)論

　?、傥勰酀饪s池中的剩余污泥靜置4h后，釋磷速度顯著加快，剩余污泥排出生化系統(tǒng)后宜在濃縮池停留4h以內(nèi)進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)。

　?、谠谖勰酀饪s池投加一定量的PAC后，快速釋磷時(shí)間可延緩至8h，上清液中的磷酸鹽濃度顯著降低，污泥中磷含量增加，可以提升系統(tǒng)除磷效果。可采取在污泥濃縮池投加PAC的措施延緩磷的釋放，并降低上清液中磷酸鹽濃度。

　?、蹖?duì)污泥濃縮池曝氣30min，當(dāng)溶解氧達(dá)到3mg/L以上時(shí)，上清液中磷酸鹽濃度降低了77.7%。因此，可采取對(duì)污泥濃縮池曝氣的措施來降低其上清液中的磷酸鹽濃度。(來源：云南國(guó)禎環(huán)保科技有限責(zé)任公司，安徽國(guó)禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司)