張皓 李紹平 李宗明 張莉紅 王可君

摘要：采用微氧水解酸化—好氧SBBR工藝處理校園生活污水，研究了微氧條件下水解酸化的效果及其工藝參數(shù)，并與單獨好氧處理進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：微氧水解酸化對校園生活污水的處理優(yōu)于厭氧水解酸化，其最佳曝氣量為0.2L/h;與單獨好氧SBBR相比，微氧水解酸化—好氧SBBR工藝可節(jié)省4h左右的曝氣時間，很大程度地節(jié)約了運行電耗。

關(guān)鍵詞：校園生活污水;微氧水解酸化;SBBR工藝

中圖分類號：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0076-03

1 引言

校園生活污水具有水量波動較大，用水高峰期集中，水質(zhì)穩(wěn)定等特點，其中污染物以有機(jī)物為主，可生化性較強(qiáng)，故選取生化處理工藝。一般傳統(tǒng)的生化處理工藝是厭氧和好氧并被廣泛的應(yīng)用于工程中，厭氧水解酸化是厭氧消化的前兩個階段，用于將復(fù)雜的大分子和特殊的有機(jī)化合物降解為小分子和揮發(fā)性脂肪酸（VFAs）等簡單可溶性化合物。最新研究發(fā)現(xiàn)，水解酸化過程可以在微好氧條件下進(jìn)行，在反應(yīng)器中加入少量氧氣（空氣），稱為微好氧水解酸化（MHA）[1]。研究表明，兼性水解和產(chǎn)酸細(xì)菌在微氧條件下代謝活性增強(qiáng)，微曝氣的另一個好處是可以加速外酶的產(chǎn)生，這些外酶可以對緩慢降解的有機(jī)物進(jìn)行降解[2]。張原潔[3]指出有水解作用的微生物（如桿菌）在微氧反應(yīng)器中的含量是在厭氧反應(yīng)器中的1.25倍，說明在水解酸化工藝段通入一定量的氧氣能有效提高水解酸化效率。但有研究發(fā)現(xiàn)過量的氧氣會對酸化產(chǎn)生抑制[4]。因此，本研究采用微氧水解酸化一好氧SBBR處理校園生活污水，分析了微氧水解酸化的處理效果及其工藝參數(shù)，同時與單獨好氧SBBR工藝進(jìn)行了對比研究，不僅可以降低厭氧水解酸化臭味提高校園生活污水回收利用率，又能減少能耗。為校園生活污水處理提供新的選擇。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

原水取自蘭州交通大學(xué)校園生活污水，水質(zhì)參數(shù)如表1所示。

本實驗接種污泥取自甘肅省蘭州市安寧區(qū)七里河污水處理廠缺氧段，所用填料為海綿鐵和本課題組自主研發(fā)的納米凹凸棒土復(fù)合親水性聚氨醋泡沫微生物固定化載體[5]，聚氨醋泡沫表面粗糙多孔，比表面積為1800m²/m³，孔隙率為98%，投加載體大小為2cm×2cm×2cm。

2.2 實驗裝置

采用2個有機(jī)玻璃材質(zhì)的反應(yīng)器進(jìn)行平行對照實驗，反應(yīng)裝置如圖1所示。反應(yīng)器主體內(nèi)徑為100mm，高度為450mm，有效容積為4L。均裝填聚氨酷，填充比為50%，污泥接種濃度為10g/L，其中1#敞開運行，2#密閉運行;反應(yīng)器運行周期為12h，換水比為1/2。采用好氧預(yù)掛膜啟動法啟動反應(yīng)器，運行3周后，反應(yīng)器中聚氨酯泡沫的表面均有一層黑色的薄膜，且COD的去除率可穩(wěn)定達(dá)到40%以上，啟動完成，開始實驗。

2.3 分析方法

本實驗過程中各水質(zhì)指標(biāo)及相關(guān)參數(shù)的分析測定均按照《水和廢水檢測分析方法》（第五版）中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 微氧水解酸化處理效果

3.1.1 水力停留時間的影響

從圖2可以看出，厭氧水解酸化對COD，SS有較好地去除效果;對TN有一定的去除作用，但效果不顯著;對TP、NH₃-N沒有去除作用。對COD的去除主要是懸浮性COD和污泥吸附的膠體性COD[6]。HRT的變化對NH₃-N的影響可能原因，一是HRT過長，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)缺氧，硝化細(xì)菌無法將NH₃-N轉(zhuǎn)化為NO₂^-和NO₃^-;二是微生物同化和吸附的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為的氨氮。出水TP濃度均有所增大，可能是因為厭氧釋磷。此外，水解酸化大大提高了校園生活污水的可生化性，當(dāng)HRT=1d時，B/C的增幅最大，由0.46增長為0.64，增幅為0.18。

3.1.2 曝氣量的影響

由圖3可知，水解酸化反應(yīng)器中通入氧之后，對COD、SS、TN、NH₃-N都有較好的去除效果，對TP的去除效果依然很微弱。當(dāng)曝氣量為0.2L/h，COD的去除率達(dá)到最大值72.53%，可能是因為溶解氧增多會使兼性菌的生理代謝功能得到強(qiáng)化，提高水解酸化效率，但溶解氧濃度達(dá)到一定濃度后，對厭氧菌有一定的抑制作用[7]。

在曝氣量由0.1L/h增大到0.2L/h時，氨氮去除率出現(xiàn)了顯著的增長，增幅為37.11%，這是因為有氧存在時，NH₃-N在亞硝化菌和硝酸菌的作用下轉(zhuǎn)化為NO₂和NO₃所致。曝氣量對TN的去除可能是因為發(fā)生同步硝化反硝化的作用[8]，但微氧水解酸化總氮的去除機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。

可以看出微氧水解酸化能夠提高廢水的可生化性，當(dāng)曝氣量分別為0.1L/h和0.2L/h時，微氧水解酸化出水的B/C值相較于厭氧水解酸化出水的B/C值分別提高了0.09和0.1。

3.1.3 溫度的影響

由圖4可見，在不同溫度條件下，微氧水解酸化對COD、NH₃-N、TN、TP、SS均有一定的去除作用。溫度的變化，對COD的去除有較顯著的影響，當(dāng)溫度由15℃升高到20℃時.COD去除率由53.33%增加到68.97%;對NH₃-N的去除影響不大;對TN、TP的去除均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，而對SS的去除呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。主要是因為隨著溫度的升高，微生物的生長速率及對基質(zhì)代謝的速率也相應(yīng)地增加，同時優(yōu)化了生化反應(yīng)的流向，加快了微生物對有機(jī)廢物的吸收和轉(zhuǎn)化，從而提高了反應(yīng)器對有機(jī)物的去除效率[9]。

3.2 好氧SBBR處理效果

從圖5可以看出，反應(yīng)時間越長，校園生活污水中COD、NH₃-N、TN、TP去除效果越好。兩種工藝的出水均可達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)，相比好氧SBBR工藝單獨處理校園生活污水，微氧水解酸化/好氧SBBR工藝處理曝氣時間可減少4h左右，通常情況下鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)的曝氣能耗就可以占到水廠總能耗的40%～50%，因此微氧水解酸化/好氧SBBR組合工藝可以大大節(jié)省運行電耗，減小工藝的運行費用。

4 結(jié)論

（1）厭氧水解酸化的最佳水力停留時間為1d，污水的可生化性得到很大的改善，B/C由0.46增大的0.64;微量的曝氣能夠強(qiáng)化水解酸化對污染物的去除效果，微氧水解酸化的最佳曝氣量為0.2L/h。

（2）相比單獨好氧SBBR處理校園生活污水時，微氧水解酸化一好氧SBBR工藝中系統(tǒng)出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中一級A標(biāo)準(zhǔn)好氧曝氣時間縮短4h左右，可減少運行中的電耗。

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收稿日期：2019-10-09

基金項目：高寒地區(qū)鐵路生活污水處理工藝研究（編號：KYY2017032（17-18））

作者簡介：張皓（1964-），男，高級工程師，主要從事鐵路污水處理工作。