pH值對水解酸化—A2 O工藝水解單元產酸的影響

樊昌井 邱翼 左寧

針對目前基于各種原理開發的污泥減量技術中存在的氮、磷去除效率低的技術難題，尤其是污泥減量與生物除磷效果不能兼優[1，2]的尖銳矛盾，筆者輔以外排厭氧富磷污水除磷，開發了具有強化除磷脫氮功能的污泥減量HA-A/A-MCO新工藝(Hydrolysis-Acidogenosis-Anaerobic/Anoxic-Multistep Continuous Oxictank)，長期試驗研究發現該工藝具有穩定良好的除磷脫氮和污泥減量效果。本研究目的旨在考察pH值對該工藝水解酸化池發酵產酸的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置及工藝流程

HA-A/A-MCO工藝流程見圖1。該工藝生物處理單元是采用水解酸化、多級串聯接觸曝氣、連續流的除磷脫氮A2/O工藝，由水解酸化池、厭氧釋磷池、缺氧池、多級串聯接觸曝氣池、二沉池、側流除磷池和化學除磷池組成。反應裝置用PVC材料制作，其中水解酸化池有效容積為50L，HRT為2.5 h;厭氧池和缺氧池有效容積均為30L，HRT均為1.5 h;多級串聯接觸曝氣池分成相對獨立的三格:第一格細菌分散培養區有效容積為15L，HRT為0.5h～0.75 h;第二格原生動物生長區有效容積為30L，HRT為1.5h;第三格后生動物生長區有效容積為40 L，HRT為2 h;多級串聯接觸曝氣池池底安裝有微孔曝氣管通過空氣壓縮機充氧，第二、三格填有填充比為 40%的組合式生物填料。側流沉淀池用以提供化學除磷所需的厭氧釋磷上清液，HRT為1 h;二沉池采用輻流式，HRT為1 h。

污水與少量厭氧釋磷污泥導入水解酸化池，完成VFA的轉化和污泥量的減少。水解后富含VFA的清液與缺氧脫氮后的反硝化回流液混合進入厭氧池，在VFA刺激下，強化聚磷菌釋磷獲得高濃度釋磷液。據厭氧釋磷液磷濃度，將13%進水量的釋磷清液導入化學除磷池進行磷的化學固定，產生的化學污泥用于磷回收。釋磷后的混合液與好氧硝化液、回流污泥一起導入缺氧池完成氮的反硝化去除，脫氮后混合液與除磷上清液進入多級串聯接觸曝氣池完成磷的好氧吸收、碳的氧化以及氮的氨化、硝化，該池利用有機物濃度梯度、水利停留時間和溶解氧濃度及生物填料填充比等因素控制范圍的不同提高高等微生物的生長密度、延長食物鏈，利用微型動物的逐級捕食作用減少污泥產量，經多級串聯接觸曝氣池生物反應后的混合液最后經二沉池沉淀出水排放。

運行過程中，裝置進水流量為20 L/h;多級串聯接觸曝氣池三格的DO分別為(0.5～1.0)mg/L，(1.0～1.5)mg/L，(1.0～1.5)mg/L;污泥回流比、硝化液回流比、反硝化脫氮液回流比、厭氧釋磷污泥回流比分別為40%，150%，100%和2%。

1.2 試驗水質及測試方法

試驗用水由重慶大學校園生活污水和自來水再加一定量的淀粉、葡萄糖、奶粉、NH4Cl、無水Na2CO3和KH2PO4配制而成，試驗進水水質及分析方法如表1所示。

表1 試驗水質指標及分析方法

2 試驗結果

2.1 pH值對VFA產生量的影響

本研究用NaOH或HCl調節水解池pH值，研究不同pH條件下水解產酸效果。

圖2為不同pH值條件對水解池VFA產生量的影響結果。從圖2中看出，pH=7～8時，VFA產生量明顯大于pH值 3～6，9～10和不調節pH情況下的值;水解池不調節pH值的原始狀態時，其VFA產生量介于pH=6～7之間;pH=3～6時，相對于其他pH條件產酸量低得多;當pH=7～8時，產酸量明顯增加，尤其當pH=8左右時，VFA取得最大值，339mg/L;水解池不調節pH條件下，水解產生的總VFA量較pH=7～8時稍低，連續測定1個月，運行結果的均值為275mg/L;當pH增至9和10時，產生VFA的量分別為159mg/L和104mg/L，較pH=7～8時的VFA值明顯低得多，這可能是因為pH=9～10的較強堿性環境對污泥中與產酸有關的微生物有一定的毒性作用，抑制、降低其活性，甚至可能殺滅部分產酸微生物。

從圖2的分析結果可以得出:當水解池pH控制在8左右的偏堿性條件時，發酵產生的總VFA量最高，較不調節pH情況下的產酸量高約23%。結合HA-A/A-MCO系統的污水處理效果發現[3，4]，即便在水解池不調節pH值的情況下，系統已經能夠取得理想的同步除磷脫氮效果，各污染物出水指標均滿足GB 18918-2002一級A標準。

從節能以及投加酸、堿等化學藥品可能對后續系統的微生物造成不利影響等方面綜合考慮，認為HA-A/A-MCO系統水解池發酵產酸的pH可以不用調節。

2.2 pH值對乙酸、丙酸產生量的影響

本論文還專門研究了各種短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、正戊酸和異戊酸)對于增強磷釋放效率的影響情況，圖 3反映了磷釋放量與各種有機酸吸收量的比值(ΔP/ΔS)。

從圖3可以看出，乙酸和丙酸的 ΔP/ΔS值最大，且乙酸的ΔP/ΔS值比丙酸的還要高，因而釋磷效果較好;其他脂肪酸正丁酸、異丁酸、正戊酸和異戊酸的ΔP/ΔS值依次減小。試驗結果表明，乙酸和丙酸是增強厭氧釋磷效率、提高生物除磷效果的最佳短鏈脂肪酸，且乙酸比丙酸的作用明顯。因此，通過增加水解池發酵產物中這兩種酸的比例就能夠強化HA-A/A-MCO系統的生物除磷能力。

3 結語

通過考察pH值對HA-A/A-MCO工藝水解酸化池發酵產酸效果的影響發現，水解池不需調節 pH值即可獲得足夠的用于除磷脫氮所需的VFA量，乙酸和丙酸是增強系統厭氧釋磷效率、提高生物除磷效果的最佳短鏈脂肪酸，且乙酸比丙酸的作用明顯。

[1] 吉芳英，左 寧，黃力彥，等.水解酸化—A2O污泥減量工藝的運行性能研究[J].環境工程學報，2010，4(4):795-800.

[2] 左 寧，吉芳英，黃力彥.污泥減量工藝:HA-A/A-MCO的好氧脫氮機制分析[J].中國給水排水，2010，26(5):16-20.

[3] 左 寧，吉芳英，黃力彥，等.污泥減量化工藝:HA-A/A-MCO的除磷性能及磷回收[J].中國給水排水，2009，25(15):29-33.

[4] Yarmolinsky M B.Programmed cell death in bacterial popu lations [J].Science，1995(267):836-837.