汪洋 宋忠忠

摘要：采用復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器（ HABR）處理農(nóng)村生活污水，研究了其馴化啟動(dòng)過程。結(jié)果表明：在室溫條件下（20～25℃），控制進(jìn)水平均COD為350 mg/L，逐步縮短水力停留時(shí)間（36h-24h-12h），歷經(jīng)60 d反應(yīng)器啟動(dòng)完成，啟動(dòng)完成時(shí)COD平均去除率達(dá)到73%，出水pH值平均為7.5，污泥顆?；潭妊厮鞣较蜻f減。啟動(dòng)過程中表現(xiàn)出明顯的生物相分離特性。

關(guān)鍵詞：HABR;農(nóng)村生活污水;啟動(dòng)性能;污泥特性

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）6-0039-04

1引言

當(dāng)前，中國(guó)農(nóng)村人口已達(dá)6.6億人口 ，然而中國(guó)農(nóng)村生活污水的處理率僅為7%，大量未經(jīng)處理的污水隨意排放，對(duì)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大威脅，對(duì)農(nóng)村生活污水的有效處理已經(jīng)成為迫切需要解決的重要環(huán)境問題。

厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）是一種新型高效厭氧反應(yīng)器，復(fù)合式厭氧折流板反應(yīng)器（HABR）是在ABR的基礎(chǔ)上，在原有無效部分架設(shè)填料，增大生物量。HABR結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低廉，系統(tǒng)穩(wěn)定，處理效率高。HABR的上述優(yōu)點(diǎn)使其適于處理農(nóng)村生活污水，但目前HABR處理低濃度生活污水的研究還較為少見。該論文以配制的農(nóng)村生活污水為進(jìn)水，研究HABR反應(yīng)器的啟動(dòng)性能。

2材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)裝置

HABR反應(yīng)器使用有機(jī)玻璃制成，總有效容積為70L，共分為5個(gè)隔室，其中，第一隔室和第二隔室為初級(jí)過渡沉淀區(qū)，第三隔室、第四隔室和第五隔室為HABR反應(yīng)區(qū)，其中上流室與下流室的水平寬度比為4：1，折流板底部倒角為45°，在上流室上部加入立體彈性填料，填料高度占上流室有效水深的1/3。采用蠕動(dòng)泵均勻進(jìn)水，在反應(yīng)器中上下折流，經(jīng)出水口排出，氣體采用排水法收集。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

2.2實(shí)驗(yàn)水質(zhì)與運(yùn)行條件

實(shí)驗(yàn)進(jìn)水由蘭州某大學(xué)生活污水為基礎(chǔ)進(jìn)行配置，水質(zhì)指標(biāo)參考農(nóng)村生活污水水質(zhì)，實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)情況見表1。

本實(shí)驗(yàn)接種污泥取白蘭州市某污水廠重力濃縮池.經(jīng)訓(xùn)化成熟后，去除雜質(zhì)靜置2d后，投加到反應(yīng)器3、4、5隔室中，各隔室污泥投加量如表2所示。然后用生活污水填滿各隔室，閑置1d后連續(xù)通水。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，系統(tǒng)各隔室MLSS約為14.8 g·L^-1，MLVSS/MLSS約為0.45。

本實(shí)驗(yàn)所用填料為立體彈性填料，填料先經(jīng)過15d好氧預(yù)掛膜，待填料表面形成一層褐色的生物膜后，放入反應(yīng)裝置中.連續(xù)通水，開始啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行（20--25℃）。

2.3分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定，pH值以Phs-3C型精密pH值計(jì)測(cè)定，SS和VSS采用重量法測(cè)定。

3結(jié)果與討論

本實(shí)驗(yàn)采用低負(fù)荷啟動(dòng)，啟動(dòng)過程共分為3個(gè)階段，第一階段控制HRT為36h，對(duì)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)反應(yīng)器中的污泥性狀進(jìn)行觀察和檢測(cè)。待COD去除率穩(wěn)定后逐步縮短HRT開始第二、第三階段的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的具體結(jié)果如下。

3.1第一階段

第一階段控制HRT為36h，進(jìn)水COD濃度為332.61，-448.49mg/L，采用低負(fù)荷方式啟動(dòng)反應(yīng)器，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行20d，COD去除率和pH的變化如圖2和圖3所示。

由圖2可知，在第一階段實(shí)驗(yàn)初期，反應(yīng)器出水COD濃度較高，COD去除率僅有21.94%，且波動(dòng)較大，這是因?yàn)樵诜磻?yīng)器啟動(dòng)初期，新接種的污泥尚未適應(yīng)廢水水質(zhì)，污泥活性尚未恢復(fù)，反應(yīng)器整體穩(wěn)定性較差。這一階段反應(yīng)器中污泥出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，出水SS較高，水質(zhì)渾濁，經(jīng)分析后認(rèn)為這可能是由于顆粒污泥形成階段，污泥表面產(chǎn)生沼氣，使得污泥密度較輕，在水力負(fù)荷的推動(dòng)下使一部分污泥隨出水流失。反應(yīng)器運(yùn)行8d以后，該現(xiàn)象逐漸消失。

在第一階段實(shí)驗(yàn)后期，COD去除率不斷提升，經(jīng)過20 d的實(shí)驗(yàn).去除率逐漸穩(wěn)定在55%左右，且反應(yīng)器各隔室都出 現(xiàn)了氣泡。由圖2和圖3可知，反應(yīng)器第一隔室對(duì)COD去除率貢獻(xiàn)最大，pH值下降也最明顯，反應(yīng)器后四個(gè)隔室對(duì)COD去除率的貢獻(xiàn)較第一隔室有明顯減小，pH值也有小幅回升。根據(jù)厭氧生物處理的基本理論，大分子有機(jī)物首先在胞外水解酶的作用下水解為小分子物質(zhì)，之后在產(chǎn)酸菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，最后在產(chǎn)甲烷菌的作用下轉(zhuǎn)化為甲烷，二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。由此可以看出，廢水中的有機(jī)物在第一隔室中轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性脂肪酸以及二氧化碳，氫氣等氣體，而產(chǎn)甲烷菌由于繁殖速率緩慢，世代時(shí)間較長(zhǎng)，生存條件較苛刻等原因，導(dǎo)致有機(jī)酸在第一隔室內(nèi)大量積累，使得第一隔室pH產(chǎn)生了明顯的下降。由于負(fù)荷較低，這一階段COD的去除主要以第一隔室為主.后端隔室營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，污泥活性尚未恢復(fù)。

3.2第二階段

第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，控制HRT為24h，進(jìn)水COD濃度為316.05～409.36mg/L，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行20d，COD去除率和pH值的變化如圖4和圖5所示;

結(jié)合圖4和圖5可以看出，第二階段反應(yīng)器經(jīng)過20d的運(yùn)行之后，COD去除率穩(wěn)定在63%左右，反應(yīng)器對(duì)COD的去除主要發(fā)生在第一和第二隔室，其中第一隔室對(duì)去除COD的貢獻(xiàn)最大。第一第二隔室的pH值都有所降低，在之后的隔室中pH值逐漸升高。經(jīng)過分析認(rèn)為，首先，這是由于懸浮性有機(jī)物在第一和第二隔室發(fā)生沉淀而得到去除;其次，有機(jī)物在第一第二隔室中都發(fā)生了水解酸化，大分子有機(jī)物被分解為有機(jī)酸以及二氧化碳、氫氣等氣體，有機(jī)酸的積累使得第一、第二隔室中的pH值出現(xiàn)了明顯的降低。后面三個(gè)隔室中的產(chǎn)甲烷菌利用前端產(chǎn)生的有機(jī)酸生成甲烷，二氧化碳等物質(zhì)，使后端隔室pH值不斷上升。隨著HRT的逐漸縮短以及有機(jī)負(fù)荷的逐步提高，后端隔室污泥活性開始恢復(fù)，去除率得到了一定的提高。

3.3第三階段

第二階段實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)一步縮短水力停留時(shí)間，控制HRT為12h，進(jìn)水COD濃度為317.56～419.90mg/L，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行20d，COD去除率和pH值的變化如圖6和圖7所示。

由圖6可知，隨著HRT的進(jìn)一步縮短，有機(jī)負(fù)荷進(jìn)一步提高，COD的去除率也逐步得到提升，經(jīng)過第三階段20d的運(yùn)行，COD去除率最終穩(wěn)定在73%左右。在第三階段前5d，COD去除率出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)，這是因?yàn)樗ω?fù)荷過大導(dǎo)致污泥受到?jīng)_擊使得反應(yīng)器穩(wěn)定性下降，也可能是HRT過短導(dǎo)致廢水與污泥接觸不充分因而未能快速恢復(fù)活性所致。

由圖7可知，pH值在前兩個(gè)隔室內(nèi)連續(xù)下降，第二個(gè)隔室內(nèi)pH值降到最低，后三個(gè)隔室中pH值逐漸升高。這說明前兩個(gè)隔室中有機(jī)物發(fā)生水解酸化，后三個(gè)隔室中微生物利用有機(jī)酸產(chǎn)生甲烷。

與第二階段相比，后三個(gè)隔室的處理效果得到了進(jìn)一步提升，這是因?yàn)殡S著HRT的縮短，廢水通過反應(yīng)器各個(gè)隔室的速度更快，使得反應(yīng)器處理重心后移，這充分體現(xiàn)了HABR反應(yīng)器抵抗沖擊負(fù)荷的能力，在運(yùn)行工況發(fā)生突變后，反應(yīng)器也能夠正常運(yùn)行。

3.4顆粒污泥特性

通過觀察發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器啟動(dòng)階段開始時(shí)接種的污泥成黑色絮體狀，較粘稠，有明顯的臭味，經(jīng)過60d的啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)器中出現(xiàn)明顯的顆粒污泥，第三格室中的污泥呈現(xiàn)明顯的顆?；?，粒徑較大，顆粒較松散。第四和第五格室中的污泥粒徑較小，顆粒較密實(shí)。圖8是反應(yīng)器啟動(dòng)完成后，反應(yīng)器各隔室顆粒污泥的粒徑分布情況，從圖8中可以看出，第3隔室粒徑在0.45mm以上的顆粒污泥占污泥總量的86.36%，第4隔室為72.86%，第5隔室為65.67%，污泥顆?；潭妊厮鞣较虺尸F(xiàn)明顯的遞減，這可能是由于前端隔室有機(jī)物充足.使得前端隔室中污泥顆?；潭群糜诤蠖烁羰遥@可以說明有機(jī)負(fù)荷同污泥顆?；潭瘸尸F(xiàn)一定的正相關(guān)性。

通過顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)器第一和第二隔室中主要分布螺旋菌和弧菌，第三隔室以短桿菌為主，第四隔室中主要分布球菌和絲狀菌，第五隔室中分布著大量的絲狀菌。鏡檢的結(jié)果，反映出HABR反應(yīng)器中菌種多樣性良好，菌種沿水流方向分布合理，使得微生物種群在水流方向上的不同隔室中順次實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相分離，也使得反應(yīng)器抵抗沖擊負(fù)荷的能力得到了提升，同時(shí)也提升了反應(yīng)器的處理能力。

4結(jié)論

（1）反應(yīng)器中接種厭氧污泥，對(duì)填料進(jìn)行好氧預(yù)掛膜，采用低負(fù)荷啟動(dòng)，逐漸縮短水力停留時(shí)間，歷經(jīng)60d啟動(dòng)成功，COD去除率達(dá)到73%，出水pH值在7.5左右。

（2） HABR系統(tǒng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，在運(yùn)行條件發(fā)生突變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效果也較為穩(wěn)定，最終反應(yīng)器成功啟動(dòng)。

（3）啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)完成后，污泥顆?；潭妊厮鞣较虺拭黠@遞減，分級(jí)現(xiàn)象顯著。鏡檢的結(jié)果表明反應(yīng)器沿水流方向不同隔室微生物出現(xiàn)相分離。