城市污水除磷处理工艺
混合型城市污水进水负荷波动较大且水质复杂，其包含工业废水和生活污水（工业废水所占比例为60%~80%，生活污水占20%~40%），典型的特点为污水中COD偏高。加之目前国家环境标准对污水处理厂出水水质的要求越来越高，采用传统的污水处理工艺处理混合型城市污水，难以达到排放标准的要求。
水解酸化能较大程度地提高污水的可生化性，可为后续的微生物降解有机污染物创造良好的条件，不仅缩短了反应时间，也降低了处理能耗〔201502091">1〕；氧化沟具有较长的水力停留时间、较低的有机负荷和较长的污泥龄，可结合推流和完全混合的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，并具有明显的溶解氧浓度梯度，其应用前景广阔〔201502092">2,201502093">3,201502094">4〕。目前，城市污水处理厂很少采用水解酸化反应器作为前置构筑物，同时也基本没有对氧化沟进行厌氧强化、溶解氧和污泥回流的调控。水解酸化-厌氧-改良Carrousel氧化沟工艺是较为创新的尝试，其可有效缓解混合型城市污水水质波动的剧烈负荷冲击，更好地保障后续除磷工艺的高效稳定运行〔201502095">5〕。
本研究采用“水解酸化-厌氧-改良氧化沟”工艺，并通过对水解酸化、氧化沟水力停留时间及污泥回流比的调控，考察了其对混合型城市污水中COD和TP的去除效果，以期为工程设计积累技术参数，以及为污水厂升级改造提供技术支持。
1试验材料与方法
1.1试验水质与接种污泥
试验原水为某城市大型污水处理厂曝气沉砂池出水，其为混合型城市污水，相比一般的城市生活污水其COD较高，约为350~1250mg/L，TP约为3.5~11.5mg/L，TN约为20~60mg/L，碳氮比较低，水中污染物成分复杂。试验接种污泥为该污水处理厂剩余污泥。
1.2监测指标及方法
TP：哈希测定法（8114_PhosphorusReac）；COD：哈希快速测定法（OxyCOD_8000）；DO：哈希DO仪测定法；水温：温度计法。
1.3装置与流程
工艺流程如图1所示。
图1工艺流程
水解酸化池、厌氧池、改良Carrousel氧化沟及二沉池均由不锈钢板焊接而成。水解酸化池为复合折流式水解酸化反应池，由反应区和沉淀区组成；厌氧池由2个单元格组成，混合液由顶部溢流出水；改良Carrousel氧化沟设置为八廊道形式；二沉池内有斜板辅助沉淀，斜板倾角为60°〔201502096">6〕。
试验原水由泵抽送至高位水箱，后重力流入水解酸化反应器，先后经过水解酸化反应器的反应区和沉淀区，在沉淀区由泵抽送上清液进入厌氧池底部。厌氧池溢流出水进入改良Carrousel氧化沟，由微孔曝气器进行曝气。改良Carrousel氧化沟出水进入二沉池，沉淀后上清液排放，部分污泥回流至厌氧池，剩余污泥排放。
组合工艺运行期间，控制水解酸化反应器HRT约为3h，改良氧化沟HRT约为11h，污泥回流比约为1，DO维持在2~4mg/L。
2结果与分析
2.1COD去除情况及分析
系统进水COD约为350~1250mg/L，已超过南方及华北地区一般生活污水的平均COD值，其原因是该污水厂的进水中混合有大量的工业废水，导致进水负荷波动较大，COD平均值升高。组合工艺运行期间，COD的去除情况如图2所示。
图2COD去除情况
由图2可知，出水COD约为10~120mg/L，平均出水COD约为54.9mg/L，平均COD去除率约为90.1%。尽管进水COD波动较大，但总体去除效果波动不大，说明该系统能够抵抗一定的冲击负荷，具有良好的COD去除效果。多点强化氧化沟系统中的水解酸化池和厌氧池属于厌氧反应器，能够去除少部分COD，而改良Carrousel氧化沟是去除COD的主要场所〔201502097">7〕。
COD的去除受温度影响较大，水温会影响微生物同化和代谢有机物的速度。水温﹥20℃时，系统COD去除率一般在90%以上；水温＜15℃时，系统COD去除率约为80%左右。温度低时可通过加大曝气量或其他强化措施使出水水质得以改善〔201502098">8〕。
2.2TP去除情况及分析
组合工艺运行期间，TP的去除情况如图3所示。
图3TP去除情况
由图3可知，进水TP约为3.5~11.5mg/L，波动幅度较大，出水TP约为0.2~1.9mg/L，平均TP去除率约为86.4%，出水平均TP达到GB18918—2002的一级B标准。混合型城市污水含有较大比例的工业废水，其含有大量的磷酸盐，又由于水量、水质变化等原因，出现夏秋季节的进水平均TP低于冬春季节的现象。在夏秋季节污水水温高，整个系统的TP去除率高于冬春季节。
试验过程中，对系统水解酸化池出水、厌氧反应池出水、改良Carrousel氧化沟出水的TP也进行了监测，结果表明，水解酸化池对TP的去除效果有限，在相对较短的水力停留时间下，占优势菌群地位的水解细菌和酸化细菌同化作用不明显，而且由于聚磷菌在厌氧环境下释放磷，有时还会出现水解酸化出水TP大于进水的情况；厌氧池出水TP则明显高于进水，这是由于聚磷菌在厌氧条件下释放磷；氧化沟是TP去除的主要场所，聚磷菌在好氧环境下超量吸磷，起到了除磷的效果。另外，试验过程中还发现，某段时间内二沉池出水TP大于氧化沟出水TP，其原因是二沉池内聚磷微生物又在厌氧环境下释放磷，因此，监测到TP出现此情况时，需要视情况排泥或加大排泥量。
2.3试验运行参数对污染物去除的影响
2.3.1HRT对水解酸化反应器处理效果的影响
试验期间水解酸化反应器进水流量约为0.4m3/h，通过改变水解酸化反应器的有效容积来调整HRT，考察HRT对水解酸化反应器处理效果的影响，结果如图4所示。
图4厌氧水解酸化反应器在不同HRT下对污染物的去除情况
由图4可知，HRT为3h时，水解酸化反应器对COD的平均去除率最高，约为16.5%。当HRT为4h时，水解酸化反应器对TP的平均去除率最高，约为12.2%；当HRT为3h时，TP平均去除率有所下降，为8.3%，与HRT为2h时的TP平均去除率9.8%相差不大。水解酸化反应器的HRT比一般的厌氧反应器短，故释磷作用不明显，同化代谢去除污水中TP的量要大于释磷的量。综合考虑COD和TP的去除情况，当HRT为3h时，水解酸化反应器的运行效果最佳。水解酸化反应器对混合型城市污水有较好的预处理效果。
2.3.2HRT对改良氧化沟处理效果的影响
在试验的前100d时间内改良氧化沟有效池容一直为8.9m3，其HRT为11h。从约100d至试验结束时间内，采用改变改良氧化沟有效容积的方法来调整HRT，考察HRT对改良氧化沟处理效果的影响，结果见图5。
图5改良氧化沟在不同HRT下对污染物的去除情况
由图5可知，试验的前100d，改良氧化沟对COD的去除效果比较稳定，COD平均去除率约为91.4%。当HRT改变为9.5、8h时，COD平均去除率约为81.7%，COD去除率下降；当HRT为6.5h时，改良氧化沟对COD的去除效果也较好，平均COD去除率约为90.1%。综合考虑改良氧化沟的出水水质，当HRT为11h时，出水COD为10~80mg/L，出水COD基本可以达到GB18918—2002的一级A标准；当HRT为6.5h时，出水COD多高于150mg/L；当HRT为8、9.5h时，出水COD＞100mg/L。因此，HRT约为11h时，改良Carrousel氧化沟对COD的去除效果最佳。改良氧化沟对TP的平均去除率在不同的HRT下变化不大，但当HRT约为11h时，出水TP除个别天数外，基本都低于1mg/L，达到GB18918—2002的一级B标准。
综合考虑COD及TP的去除情况，确定改良氧化沟最佳的HRT为11h。较长的HRT可使微生物有更充足的时间代谢污水中的有机污染物，同时也可以与污染物更充分地接触。因此，相对较长的HRT有利于改良氧化沟对污染物的去除。改良氧化沟最佳HRT的确定同时要考虑进水水量、进水负荷〔201502099">9〕。
2.3.3污泥回流比对系统污染物去除的影响
试验的第60~90天保持其他运行参数不变，调整污泥回流比，考察污泥回流比对系统污染物去除的影响，结果如图6所示。
图6污泥回流比对系统污染物去除的影响
由图6可知，污泥回流比对COD的平均去除率影响较小，COD平均去除率基本在90%~94%之间。污泥回流比对TP的去除有一定的影响，回流污泥先进入厌氧反应器释磷，然后进入改良氧化沟的好氧区超量吸磷。当污泥回流比为1时，除磷效果最佳。除磷和脱氮过程是2个相互矛盾的过程〔2015020910">10〕，污泥回流量小表示活性污泥中聚磷菌的数量少，此时的除磷效果没有污泥回流量大时好；但污泥回流量过大，又会使较多的硝态氮进入厌氧反应器，反硝化细菌在与聚磷菌的竞争中占据优势地位，使聚磷菌的生长受到抑制，影响了TP的去除。综合考虑COD和TP的去除效果，最佳污泥回流比为1。
3结论
采用水解酸化-厌氧-改良Carrousel氧化沟除磷工艺，并通过调控前置水解酸化反应器HRT、氧化沟HRT、二沉池污泥回流比对混合型城市污水进行除磷研究。结果表明，当进水COD为350~1250mg/L，TP为3.5~11.5mg/L时，组合工艺的最佳运行参数：水解酸化反应器HRT为3h，厌氧池HRT为4h，改良Carrousel氧化沟HRT为11h，污泥回流比为1，平均DO为2~4mg/L。在最佳工艺条件下，出水COD、TP平均分别为54.9、0.9mg/L，系统对COD、TP的平均去除率分别可达到90.1%、86.4%以上，出水水质能达到或优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）的一级B标准。
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