摘要： 研究结果表明：在总HRT不超过8.5h（水解2.5h、厌氧4.0h、微氧2.0h），平均温度为19℃，进水浓度为300 50mg/L时，总COD和SS的去除率分别可达75％和80％以上。总出水COD 、BOD、SS 完全达到国家二级排放标准。微氧单元对厌氧出水中残余有机物去除效果良好，HRT不超过2h，DO控制在0.2~0.5mg/L左右，进水为150mg/L时，去除率可达53％以上。微氧污泥沉降性能良好，SVI＝38.8ml/g。水解－厌氧－微氧工艺在突出低能耗的前提下，达到了较高的有机物去除率，与现有的城市污水处理工艺相比有一定的优越性。 关键词： 城市污水 水解 厌氧 微氧 厌氧后处理 我国水环境污染源的50％～60％为城市污水，城区内大量污废水不经处理直接排入天然水域，造成水环境严重污染【1】。近年来城市污水厌氧处理取得了很大的发展，几种不同的厌氧处理过程，都取得了较好的效果【2】【3】。本研究正是充分利用已取得的成果，最大限度地发挥生物技术的优势，开展多种厌氧单元的工艺组合而提出的一种新型厌氧处理工艺流程。在实验室规模对全流程进行了可行性研究，重点探索了用微氧工艺处理厌氧出水的可行性与工艺条件；在中试规模对水解－厌氧串联工艺处理城市污水进行了考察。研究表明水解—厌氧—微氧联合处理工艺在总停留时间与传统工艺相当的条件下，处理城市污水具有省能、污泥产量低、能有效地控制污泥膨胀等优点。实现了污水污泥同时处理的目的。
1 试验设备和材料
1.1 试验流程 
城市污水水解－厌氧－微氧联合处理工艺试验流程如图1所示。
图1 试验装置及工艺流程图
1.2 试验水质及接种污泥
试验用水为北京市环境保护科学研究院所处小区排出的生活污水，试验水质见表1，接种污泥为北京市密云污水处理厂的剩余污泥。
表1 试验用生活污水水质情况1）
名称
温度(℃)
pH
CODt (mgL-1)
CODf (mgL-1)
SS (mgL-1)
VFA(mgL-1)
最大值
25
8.0
500
320.7
242
87.4
最小值
11.5
7.9
185.5
97.6
70
24.5
平均值
18.25
7.95
346.3
221.2
127
51.3
1）CODt ：总COD； CODf ：滤纸过滤后的COD;
SS ：悬浮物； VFA ：挥发性有机酸。
1.3 测定项目
每日测定COD、VFA、SS。不定期测定MLSS和厌氧污泥活性。
2 试验运行
水解池、厌氧池、微氧池的接种污泥取自北京市密云污水处理厂剩余污泥，由于该厂采用水解－好氧处理工艺，所以水解、厌氧池的污泥几乎不用驯化培养，微氧池的污泥经曝气（DO=2~4mgL-1）两周后，控制曝气量（DO=0.2~0.5mg.L-1）。整个试验完全在环境温度下运行，流程总的HRT为8.5h（水解2.5h、厌氧4h、微氧2h）。微氧单元DO控制在0.2~0.5mg/L。试验经过小试和中试规模的研究，运行稳定，效果较好，达到了试验预期目标。
3 试验结果及讨论
3.1水解－厌氧的运转结果
在中试规模（Q=0.6m3/h）考察了水解－厌氧串联工艺处理城市污水的能力及工艺的运行稳定性。实验运行了8个多月，运行稳定。试验结果见表2及图2，从表2和图2 可以看出，在常温条件下（10～25℃），进水COD在30050mg/L左右时，采用水解（HUSB）―厌氧（UASB〕水解-厌氧串联工艺处理城市污水可以取得50％CODt和70％的SS去除率，且运行稳定。冬季温度下降去除率略有下降，但就总体来说要比一级厌氧去除率要高，厌氧出水的COD值，约在100～200mg/L之间变化，后续微氧处理过程的负担大大地减轻，并且厌氧出水的VFA较低，有利于后续的微氧处理，不会出现污泥膨胀。
表2 水解（HUSB）－厌氧（UASB）两级厌氧运转结果
项目
7～10月(20~26℃)
10～12月(20~13℃)
CODt
CODf
SS
VFA
CODt
CODf
SS
VFA
水解池
进水
出水
去除率%
314.1
225
28.3
187.8
153.1
18.5
127.4
74.9
41.2
48
38.1
363.6
300
17.5
223.6
191.6
14.3
143.2
92.1
51.1
51.8
50.2
厌氧池
进水
出水
去除率%
225
154.9
31.2
153.1
100.9
34.1
74.9
42.1
32.8
38.1
17.1
300
227.3
24.2
191.6
141.8
26
92.1
43.2
49
50.2
36.9
总去除率%
50.6
46.3
67
37.6
36.4
70
图2 水解－厌氧对污染物的去除效果历日变化曲线
3.2 微氧单元的运转结果
在实验室规模对全流程进行了可行性研究，重点探索了用微氧工艺处理厌氧出水的可行性与工艺条件；本试验采用的厌氧出水水质情况见表3，从表3可以计算出，厌氧出水COD中包含40％以上的悬浮物和胶体性COD，这部分COD采用简单的沉淀很难去除。本研究利用胶体物质可以被微生物快速吸附和微氧条件下有机物的降解规律【4】，采用微氧工艺对水解-厌氧的出水进行处理。试验装置为有污泥回流的完全混合反应器，反应器内径为9.0cm的有机玻璃柱，柱高150cm，污水由底部进入，在柱底进行曝气。微氧单元的HRT为2h，DO 控制在0.2~0.5mg/L。试验连续运行5个月，运行稳定，效果较好。
（1）实验结果
试验结果见图3和表4，表4为平均结果。从表4 可以看出，经过厌氧处理的城市污水只需简短的微氧处理，总COD就可以降至70 mgL-1左右，溶解性COD低于30mgL-1。
图3 微氧单元对污染物去除效果的历日变化曲线
表4 微氧单元平均运转结果 / mgL-1
名称
进水
出水
去除率
CODt
150
70.4
53%
CODf
87.5
24.1
77.0%
SS
58.7
42.7
27.6%
（2） 微氧污泥性能分析
系统运行稳定后，微氧污泥性能良好，微氧污泥的SVI值的变化情况见图4。平均值为38.8 mlg-1 ，VSS/SS＝47％。污泥性状介于厌氧絮状污泥和好氧污泥之间，污泥粘性不及好氧污泥，颜色为灰黑色。污泥生长较慢，生长率(VSS/COD)平均约为0.061，污泥龄约为30d，所以污泥剩余量很少，降低了污泥处理费用。在试验运行的半年中，没有污泥膨胀现象。
图4 试验中污泥的SVI 值变化情况
（3） 微氧工艺与好氧工艺的比较
作为厌氧后处理工艺，微氧工艺与好氧工艺相比，曝气量减少，微氧工艺的气水比仅为1：4，从而大大减少曝气电耗。另外微氧工艺中污泥生长量为0.061kg/kgd左右，污泥产量低，节省了污泥处理费用，且微氧工艺有效地控制了污泥膨胀。但微氧污泥不及好氧污泥粘性好，有细小的悬浮物不易沉降。
3.3 本工艺与现有城市污水厌氧处理工艺的比较
目前主要的城市污水厌氧工艺流程有以下两种：
（1）水解－好氧处理工艺；
（2）厌氧－好氧处理工艺。
本工艺是在总结了以上两种处理工艺的优点和缺点的基础上，而提出的一种新的城市污水厌氧处理工艺，与以上两种工艺相比有以下优点：
〔1〕在总HRT相当的条件下，微氧单元的气水比为1：4，DO控制在0.2~0.5mg/L，进一步减少了好氧阶段的曝气量；
〔2〕采用水解－厌氧串联工艺VFA很低，后续的微氧单元避免产生污泥膨胀，且微氧负荷已很低，进一步减少能量消耗；
〔3〕进水中的悬浮物大部分被水解反应器截留，后续的厌氧反应器进水可生化性、污泥活性、稳定性及沉淀性皆好，厌氧污泥SVI平均为40mlg-1，VSS/SS=45.5%。
4 结论
（1）通过试验研究，用水解－厌氧－微氧处理城市污水在总停留时间不超过8.5小时（水解2.5h，厌氧4.0h，微氧2.0h）的条件下，进水COD浓度在300±50mg/L时，CODt和SS的去除率分别达到75%和80％以上，出水中的CODt，SS分别低于70mg/L和30mg/L。达到了国家二级排放标准中相应指标的要求，这是一种省能的城市污水处理新工艺。
（2）本工艺与“水解－好氧”“厌氧－好氧”工艺相比，在总停留时间相当的情况下，微氧工艺的气水比为1：4左右，DO为0.2～0.5mg/L，减少好氧阶段的曝气量。在本实验室条件下，整个系统每日仅从微氧池排出少量的污泥，污泥产率VSS/COD约为0.018，更进一步降低了能耗与污泥的处理费用。
（3）微氧工艺对厌氧出水中的残余有机物去除效果良好。本试验中，停留时间不超过2h，气水比为1：4，溶解氧为0.2~0.5 mgL-1，进水COD平均为150 mgL-1时，出水CODt为70mgL-1，去除率可达53%以上。
参考文献：
1 蒋展鹏等. 城市污水强化一级处理的研究进展， 中国给水排水，1998，14（5）：28~32
2 贺延龄. 《废水的厌氧生物处理》 中国轻工业出版社 1998, 469~490
3 Collivignarelli. Anaerobic-Aerobic Treatment of Municipal Wastewaters With Full-Scale Uoflow Anaerobic Sludge Blanket and Attached Biofil Reactors, Wat.sci.tech.,1990,22:475-482,
4王凯军. 生活污水厌氧后处理工艺研究－微氧升流式污泥床反应器.中国给水排水，1998，14（3）：20~23