微氧水解酸化-SBR工藝處理校園生活污水的研究

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，并與單獨好氧處理進行了對比。結果表明：微氧水解酸化對校園生活污水的處理優于厭氧水解酸化，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工藝可節省4h左右的曝氣時間，很大程度地節約了運行電耗。

關鍵詞：校園生活污水;微氧水解酸化;SBBR工藝

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：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，水質穩定等特點，其中污染物以有機物為主，可生化性較強，故選取生化處理工藝。一般傳統的生化處理工藝是厭氧和好氧并被廣泛的應用于工程中，厭氧水解酸化是厭氧消化的前兩個階段，用于將復雜的大分子和特殊的有機化合物降解為小分子和揮發性脂肪酸（VFAs）等簡單可溶性化合物。最新研究發現，水解酸化過程可以在微好氧條件下進行，在反應器中加入少量氧氣（空氣），稱為微好氧水解酸化（MHA）[1]。研究表明，兼性水解和產酸細菌在微氧條件下代謝活性增強，微曝氣的另一個好處是可以加速外酶的產生，這些外酶可以對緩慢降解的有機物進行降解[2]。張原潔[3]指出有水解作用的微生物（如桿菌）在微氧反應器中的含量是在厭氧反應器中的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。但有研究發現過量的氧氣會對酸化產生抑制[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，同時與單獨好氧SBBR工藝進行了對比研究，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校園生活污水，水質參數如表1所示。

本實驗接種污泥取自甘肅省蘭州市安寧區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的納米凹凸棒土復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個有機玻璃材質的反應器進行平行對照實驗，反應裝置如圖1所示。反應器主體內徑為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;反應器運行周期為12h，換水比為1/2。采用好氧預掛膜啟動法啟動反應器，運行3周后，反應器中聚氨酯泡沫的表面均有一層黑色的薄膜，且COD的去除率可穩定達到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指標及相關參數的分析測定均按照《水和廢水檢測分析方法》（第五版）中的相關規定進行。

3 結果與討論

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，導致系統內缺氧，硝化細菌無法將NH₃-N轉化為NO₂^-和NO₃^-;二是微生物同化和吸附的量遠遠小于有機氮轉化為的氨氮。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。當曝氣量為0.2L/h，COD的去除率達到最大值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化，提高水解酸化效率，但溶解氧濃度達到一定濃度后，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化為NO₂和NO₃所致。曝氣量對TN的去除可能是因為發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理還有待進一步探究。

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的去除均呈現先增大后減小的趨勢，而對SS的去除呈現逐漸增加的趨勢。主要是因為隨著溫度的升高，微生物的生長速率及對基質代謝的速率也相應地增加，同時優化了生化反應的流向，加快了微生物對有機廢物的吸收和轉化，從而提高了反應器對有機物的去除效率[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到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A標準，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，通常情況下鼓風曝氣系統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省運行電耗，減小工藝的運行費用。

4 結論

（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工藝中系統出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）中一級A標準好氧曝氣時間縮短4h左右，可減少運行中的電耗。

參考文獻：

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收稿日期：2019-10-09

基金項目：高寒地區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。