摘要： BC法是生物处理(高负荷活性污泥)与化学处理(絮凝和除磷)相结合的污水处理工艺，其最显著特点是流程中投加化学絮凝剂(三氯化铁)，其余则与普通活性污泥法类似。生产性试验(2×104 m3 /d)证明，BC法具有曝气时间短、投药量少、处理效果好、活性污泥沉降性能好、泥龄短、除磷等特点，特别适用于我国南方低浓度城市污水。BC法具有比普通曝气法更优越的技术经济 性能，系统中的铁循环可显著减少化学药剂的投加量。
关键词： 污水处理 活性污泥 化学絮凝 化学除磷 生产性试验
Treatment of Municipal Wastewater with Biological/Chemical (BC) Process
Abs tract：The marked feature of this process is the addition of chemical flocculant (ferric chloride) and the rest is similar to the conventional activated sludge process.A fullscale test (2×104 m3/d) verified that BC process has the characteristics of short aeration time and sludge age,low chemical dosage,high treatment efficiency,well settlement of activated sludge.It operates well especially for the low concentration municipal wastewater of the southern cities in China.The technical and economical performance of BC process was better than that of conventional process.The circulation of iron salt could reduce chemical dosage.
Keywords: wastewater treatment;activated sludge;chemical flocculation;chemical phosphorous removal;fullscale tes曝气 时间也短。在高负荷活性污泥法中，由于微生物处于对数增长期，增殖速度较慢的丝状菌难以在系统内存留，从而有效控制了污泥膨胀。高负荷活性污泥法能够显著节省投资和运行费，但迄今未得到广泛应用 ，其原因主要在于高负荷运行条件下活性污泥的生物絮凝作用不足，出水含有较多的游离菌体和其他悬浮物，使得BOD5和其他指标皆去除不充分，难以达到二级处理的排放要求。发展 的同时，污水化学处理技术也在不断发展，其主要特点是投资省、运行稳定、操作灵活、除磷效果好，但不能去除溶解性有机污染物，出水水质也难以达到二级处理的排放要求，运行费用往往偏高。曝气 池关小到原来的1/4，污水厂其余设施不变；在同步削减试验中则将初沉池、曝气 池和二沉池皆关小到原来的一半，其余不变。试验期间污水厂照常运行，只是在曝气 池前或曝气 池后增添了投加三氯化铁的设施。4 m3 /d，采用普通活性污泥法工艺，鼓风微孔曝气 ，生产性试验流程略。1 机理分析 影响 。方法 ，可将污水中的污染物分离为可沉组分、胶体组分、超胶体组分和溶解组分，这些组分的粒径、在总污染物中所占比例、成分和耗氧速率见表1。
组分 溶解 胶体 超胶体 可沉 粒径(μm) ＜0.1 0.1～1 1～100 ＜100 COD(%) 25 15 26 34 TOC(%) 31 14 24 31 脂肪(%) 6 51 24 19 蛋白质(%) 5 25 45 25 碳水化合物(%) 58 7 11 24 生化耗氧速率K1 0.39 0.22 0.09 0.08
由表1可见，溶解组分、胶体组分与超胶体组分、可沉组分相比，耗氧速率明显高得多，说明易于生化降解，特别是溶解组分的耗氧速率最高，大约是超胶体组分和可沉组分的4～5倍。研究 者认为，城市污水中60%以上的污染物是非溶解性的，只有30%左右的污染物是溶解性的。正如Culp指出，生物处理方法能在1 h或更短的时间内去除污水中的全部溶解性BOD。Ericsson指出，非溶解性有机污染物在好氧生物处理过程中几乎未发生变化，在厌氧生物处理过程中也只有胶体部分被处理，其他部分仍未发生变化。曝气 时间，但聚集非溶解性污染物可以利用化学絮凝，并不一定单独依靠生物絮凝。正如Culp指出，产生可沉淀絮体所需的生物絮凝作用不能在短时间内完成，然而化学絮凝能使固体迅速转化为可沉淀状态。曝气 时间节约的费用补偿；产泥量与传统活性污泥法相差不大。
2 生产性试验 2.1 高负荷试验
2.1.1 运行参数
高负荷试验的运行参数见表2。
项目 流量4 m3/d) 曝气 时间(h)气水比 投药量(mgFe/L) 回流比(%) 泥龄(d) 混合液特性
BOD5 负荷
SVI(mL/g) MLSS(g/L) MLVSS(g/L) 容积负荷[kgBOD5 /(m3 ·d)] 污泥负荷[kgBOD5 /(kgMLVSS·d)] 最大 2.28 2.2 3 6.5 83 2.4 110 2.9 1.8 1.2 1.0 最小 1.07 1.0 1 3.0 36 0.4 61 1.3 0.9 0.1 0.1 平均 1.51 1.6 2 4.7 53 1.5 95 2.1 1.3 0.8 0.6
由表2可见，曝气 时间的平均值为1.6 h，比普通曝气 法的4～12 h短得多，仅为其40%～13%，也仅为该厂设计曝气 时间的约1/3。气水比也比普通曝气 法的9～12小得多。投药量比一般化学处理所需的40～200 mgFe/L小得多，仅为其12%～2%。试验中曾在曝气 池前或后投药，发现效果无明显变化。回流比平均53%，处于普通曝气 法回流比的25%～50%的上限。泥龄平均1.5 d，比普通曝气 法的5～15 d短得多。曝气 法在100 mL/g左右是接近的，说明污泥沉降性能良好。MLSS平均2.1 g/L，在普通曝气 法MLSS的1.5～3 g/L范围内。MLVSS平均1.3 g/L，占MLSS的62%，与普通曝气 法接近而稍低，这是投加了化学絮凝剂的缘故。BOD5容积负荷处于普通曝气 法的0.4～0.9 kgBOD5/(m3·d)的上限。污泥负荷比普通曝气 法的0.2～0.4 kgBOD5/(kgMLVSS·d)高，是该厂设计污泥负荷0.3 kgBOD5/(kgMLVSS·d)的两倍。曝气 池的初沉出水BOD5较低，使试验的负荷受到限制。若不考虑浓度低于平均值的少部分数据，则容积负荷为1.0 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，高于普通曝气 法；污泥负荷为0.7 kgBOD5/(kgMLVSS·d)，是普通曝气 法的近两倍。
项目 COD(mg/L) BOD5 (mg/L) SS(mg/L) 进水 初沉出水 二沉出水 进水 初沉出水 二沉出水 进水 初沉出水 二沉出水 最大 844 279 119 318 100 30 750 170 39 最小 246 147 53 92 22 4 121 64 2 平均 400 201 79 169 69 15 230 100 16 去除率(%) 49.66 80.34 59.41 90.86 56.61 93.23 60.94 77.47 84.40
由表3可见，BC法高负荷试验期间的出水COD平均79 mg/L，BOD5平均15 mg/L，SS平均16 mg/L，说明出水水质良好，达到国家排放标准要求。曝气 法的范围内。曝气 法所没有的除磷能力。试验期间进水氨氮并不超标，出水氨氮更少，可见BC法与普通曝气 法一样也具有去除氨氮的能力。5 ，是普通曝气 法污泥产量0.4～0.6 kgMLSS/kgBOD5 的2.4～1.6倍。似乎BC法污泥产量比普通曝气 法多得多，其实并非如此，增加的仅仅是剩余污泥，而量大得多的初沉污泥并未增加。曝气 法多465～299 kg/d。但是，当时排放初沉污泥1 963 kg/d，加上剩余污泥800 kg/d，总共2 763 kg/d，所以增加的剩余污泥仅占总污泥量的17%～11%，增加量并不明显。BC法生产性试验结束一年多以后，污水厂每天的排泥量一直与试验期间相似，并未显著减少，再次证实BC法当时增加的污泥量的确并不明显。2.2.1 运行参数同步削减试验的运行参数见表4。
项目 流量(104 m3 /d) 曝气 时间(h)气水比 投药量(mgFe/L) 回流比(%) 泥龄(d) 混合液特性 BOD5 负荷 SVI(mL/g) MLSS(g/L) MLVSS(g/L) 容积负荷[kgBOD5 /(m3 ·d)] 污泥负荷[kgBOD5 /(kgMLVSS·d)] 最大 1.93 3.5 5 5.1 56 3.4 100 2.3 1.4 0.9 0.9 最小 1.37 2.5 3 3.6 40 1.3 71 1.4 0.9 0.2 0.2 平均 1.51 3.2 4 4.6 47 2.1 86 1.6 1.0 0.4 0.4
由表4可见，曝气 时间仍比普通曝气 法短得多，也比该厂设计曝气 时间短。气水比也仍比普通曝气 法小得多。投药量基本同高负荷试验，仍比一般化学处理小得多。回流比基本同高负荷试验，仍处于普通曝气 法的上限。泥龄比普通曝气 法短得多。SVI平均86 mL/g，优于普通曝气 法，说明污泥沉降性能良好。MLSS平均1.6 mg/L，仍在普通曝气 法的范围内。MLVSS平均1.0 g/L，占MLSS的63%，基本同高负荷试验。BOD5 容积负荷平均0.4 kgBOD5 /(m3·d)，处于普通曝气 法的下限。BOD5 污泥负荷平均0.4 kgBOD5 /(kgMLVSS·d)，处于普通曝气 法的上限，仍高于该厂设计污泥负荷。同步削减试验期间负荷受到限制，因为雨季而进水浓度低。
项目 COD(mg/L) BOD5(mg/L) SS(mg/L) 进水 初沉出水 二沉出水 进水 初沉出水 二沉出水 进水 初沉出水 二沉出水 最大 666 298 98 268 136 23 339 136 27 最小 205 139 39 30 31 6 99 74 10 平均 361 207 80 105 65 13 203 107 17 去除率(%) 42.59 77.75 37.60 87.80 47.13 91.68 61.24 80.45 84.27
由表5可见，同步削减试验期间的出水COD平均80 mg/L，BOD5平均13 mg/L，SS平均17mg/L，基本同高负荷试验，而且出水水质更好。曝气 法的处理水平和城市污水二级处理要求。3 分析 和讨论 曝气 时间短、投药量少、处理效果好、活性污泥沉降性能好、泥龄短、具有除磷能力等优点，特别适用于我国南方低浓度城市污水。曝气 时间3.2 h条件下，污泥呈褐色，沉降性能良好，对投药是否正常不太敏感；当曝气 时间缩短到1.6 h，污泥偏黑色，沉降性能与投药关系密切，投药正常则沉降性能良好，一旦投药停止，则沉降性变差。这就说明，在曝气 时间较长时，活性污泥的生物絮凝作用较强，所以对化学絮凝不太依赖；若曝气 时间很短，活性污泥的生物絮凝作用已不足，故此时化学絮凝剂的投加必不可少。曝气 池后，Fe3 离子经过逐步水解，最后形成Fe(OH)3 沉淀。由于曝气 池内处于富氧状态，三价铁不可能被还原为Fe2 离子。Fe(OH)3 与活性污泥一起进入二沉池和污泥回流系统后，由于污泥处于缺氧状态，Fe(OH)3 可能被还原成Fe(OH)2 ，而Fe(OH)2 的溶解度比Fe(OH)3 大得多，所以将会有Fe2 离子出现。还原溶出的Fe2 离子可能随回流污泥再次循环进入曝气 池，在好氧环境中又被氧化为Fe3 离子，这个过程相当于不投药的化学絮凝，对处理效果有利。系统中的铁随剩余污泥排放而减少，BC法投加三氯化铁补充了处理系统中铁的减少部分。生产性试验和以前的小试、中试观察到的投药点位置对出水效果影响 不大的现象，其原因正是铁循环。另一方面，还原溶出的Fe2 离子也可能随二沉池出水排出，与空气接触后又被氧化，最终成为Fe(OH)3 沉淀，使出水SS增高，对处理效果不利，而且也不利于铁循环。一般说来，出水中Fe2 离子的出现与投药量和污泥浓度有关。投药量过大和污泥浓度过高有利于Fe2 离子生成，一旦未能在曝气 池中将其全部氧化，则出水中就会出现Fe2 离子；在适当的投药量(5 mgFe/L左右)和污泥浓度(3 g/L左右)条件下未见出水中Fe2 离子出现。因此，过大的投药量和过高的污泥浓度对BC法并非有利。4 技术经济 分析 4 m3 /d的BC法和普通曝气 法污水厂的系列设计，并按照正规工程概算程序进行经费估算，然后对二者的费用状况进行比较。曝气 法更优越的技术经济性能。对于(2、5、10)×104 m3 /d规模的城市污水处理厂，在处理效果相同(其实BC法由于除磷而更优)的条件下，BC法比普通曝气 法节约工程总投资16%、11%、11%，节约总成本15%、14%、10%，节约占地面积12%、17%、17%。地价越高，电价越高，药价越低，规模越大，与普通曝气 法相比，BC法越经济。5 结论 曝气 时间短、投药量少、处理效果好、活性污泥沉降性能好、泥龄短、可除磷等优点，特别适用于我国南方低浓度城市污水。曝气 法更优越的技术经济性能，而且地价越高，电价越高，药价越低，规模越大，BC法就越经济。
中国 市政工程西南设计研究 院陈为庄、巫宇峰、刘影、李震雷、廖怀军、李永红、李强、曹征模、王志军参加研究工作，蛇口工业 区公用事业室污水处理厂为生产性试验作出了很重要的贡献，作者再次表示衷心感谢。参考 文献 ：废水 技术研究[C].北京：中国建筑工业出版社，1992，291-299.
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