溫度對接觸氧化法處理生活污水效能的影響

梁程鈞，蘇 柳，林宏飛，陸立海，宋海農(nóng)

(廣西博世科環(huán)保科技股份有限公司，廣西 南寧 530000)

1 引言

隨著農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展和生活水平的提高，農(nóng)村生活污水逐漸增多，這些污水隨意排放會造成河道、水塘、水田污染，不僅會影響種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還大大影響農(nóng)村人民身體健康和生活環(huán)境狀況。目前，一體化污水處理設(shè)備是針對分散型農(nóng)村生活污水的一種較適宜的設(shè)備，其中A2/O生物接觸氧化法以其較好脫氮除碳的效果和運行過程較穩(wěn)定等優(yōu)點，被越來越多的用于處理農(nóng)村生活污水。

溫度是影響微生物活性的重要因素。當(dāng)溫度過低時，微生物的各類生化反應(yīng)、酶促反應(yīng)等均會出現(xiàn)下降，導(dǎo)致微生物活性降低，污水的生物處理效能會受到較大影響[1]。在一定范圍內(nèi)，溫度升高有利于提高微生物活性，對生活污水的處理效果較好。但是當(dāng)溫度過高時，不僅會影響微生物的生長代謝，嚴(yán)重時還會造成微生物的大量死亡[2]。目前，有關(guān)溫度對中大型水量的生物處理系統(tǒng)(如活性污泥法、膜生物反應(yīng)器等)效能的影響已有較多研究，但是針對使用A2/O接觸氧化法的一體化污水處理設(shè)備的相關(guān)研究仍然缺乏，尤其是從低溫至高溫均進(jìn)行研究的相關(guān)報道更是少見。

本試驗采用A2/O接觸氧化法的一體化污水處理設(shè)備處理生活污水，通過對設(shè)備升溫、降溫等控溫處理，探索了該工藝設(shè)備在不同溫度下運行的變化，并分析了不同溫度下的出水情況和污染物去除效果，可對一體化農(nóng)村污水處理設(shè)備的設(shè)計制造和運行維護(hù)提供參考。

2 材料與方法

2.1 試驗裝置

本試驗裝置為一體化污水處理設(shè)備(圖1)，內(nèi)部使用隔板分隔為調(diào)節(jié)池、缺氧池、厭氧池、好氧池1、好氧池2和沉淀池，通過氣提回流的方式將沉淀池水回流至調(diào)節(jié)池，其中缺氧池和厭氧池中放置有聚丙烯(PP)球型填料(填充量約60%)，好氧池1、好氧池2中放置有聚丙烯懸浮填料(填充量約30%)且底部設(shè)有曝氣孔進(jìn)行曝氣供氧。設(shè)備日進(jìn)水量5 m3，HRT為40.8 h，回流量200%。

圖1 一體化污水處理設(shè)備示意

2.2 試驗用水

試驗用水取自南寧市某生活污水管網(wǎng)，由于試驗過程跨越不同季節(jié)，因此來水水質(zhì)稍有波動，其水質(zhì)主要指標(biāo)為：COD 102～257 mg/L，NH3-N 37.0～54.81 mg/L，TN 39.09～64.91 mg/L，TP 2.5～6.5 mg/L，pH值6.9～7.6。

2.3 試驗流程

試驗設(shè)備在開始試驗前，按照5 m3/d進(jìn)水量、200%回流量運行超過30天以上，并且運行初期在各分區(qū)投加一定量某污水處理廠的活性污泥，確保內(nèi)部填料完成掛膜后開始試驗。本試驗共設(shè)置7個溫度梯度，分別為：6～9 ℃、9～12 ℃、15～18 ℃、20～25 ℃、25～28 ℃、31～34 ℃、34～37 ℃，每個溫度梯度運行7～15 d不等。每個溫度梯度給予設(shè)備數(shù)天的穩(wěn)定運行后，取連續(xù)4 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)分析。特別地，在上述溫度梯度試驗結(jié)束后進(jìn)行極高溫試驗：升溫至39 ℃并維持1 d后降溫至31～34 ℃，極高溫試驗期間連續(xù)對水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測量分析。

2.4 主要分析指標(biāo)與測量方法

3 結(jié)果與討論

3.1 對有機(jī)物去除的影響

由圖2可知，使用接觸氧化法的一體化污水處理設(shè)備對COD的去除效果較佳且受溫度影響小。當(dāng)進(jìn)水COD含量在102～257 mg/L范圍內(nèi)時，出水COD含量保持在50 mg/L以下，COD去除率變化范圍在77.85%～94.37%，出水可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)。該結(jié)果表明，當(dāng)溫度在6～34 ℃內(nèi)變化，或是經(jīng)過極高溫(39 ℃)的沖擊影響后，本設(shè)備系統(tǒng)對COD的去除基本不受影響。

圖2 不同溫度下進(jìn)出水COD濃度及其去除率的變化

溫度主要通過影響微生物的酶活性，從而影響其生長和代謝速率[4]。研究表明耐冷型微生物的最適溫度約15 ℃，在0～5 ℃可生長繁殖[5]，而本設(shè)備前期掛膜啟動、穩(wěn)定運行期間一直處于環(huán)境溫度較低的季節(jié)(8～18 ℃)，內(nèi)部優(yōu)勢微生物種群可能已適應(yīng)低溫條件，主要由耐冷型微生物構(gòu)成。系統(tǒng)在低溫時仍能保持較高的COD去除率，與楊思敏等同是采用接觸氧化法的研究結(jié)果相似[6]。但是其他一些使用活性污泥法處理生活污水的研究則表明，低溫會明顯的降低COD去除率[7, 8]，這可能是因為溫度更易影響活性污泥的污泥性狀和生物群落結(jié)構(gòu)[9]，而接觸氧化法懸浮污泥濃度低，但是填料上的生物膜具有更復(fù)雜和穩(wěn)固的微生物群落結(jié)構(gòu)，抗沖擊能力更強(qiáng)[10]。在30 ℃以上時，雖然硝化菌、反硝化菌等功能菌的生物活性可能會受到影響，但是可進(jìn)行有機(jī)物去除的微生物種類繁多，其中存在的中溫菌的最適宜生長溫度范圍為10～35 ℃[11]，本試驗最高水溫尚不足以讓此類微生物活性受到較大影響。另外，試驗過程的溫度是逐漸升高的過程，系統(tǒng)內(nèi)的微生物有時間對溫度的變化進(jìn)行適應(yīng)，因此本系統(tǒng)在30 ℃以上甚至39 ℃時的COD去除率基本不受影響。

3.2 對氨氮去除的影響

如圖2，系統(tǒng)的氨氮去除效果受溫度影響明顯。在12 ℃以下時，出水氨氮較高，基本在15 mg/L以上，去除率低于75%，出水較難達(dá)到1級B排放標(biāo)準(zhǔn)(15 mg/L，≤12 ℃)。隨著溫度升高，在15～18 ℃范圍內(nèi)時出水氨氮呈下降趨勢，去除率也逐漸升高，在該溫度范圍的試驗后期，出水氨氮已經(jīng)下降到8mg/L以下。溫度在20～34 ℃內(nèi)逐漸升高時，出水氨氮在0.34～4.78 mg/L，去除率88.73%～99.24%，出水可穩(wěn)定達(dá)到1級B排放標(biāo)準(zhǔn)(8 mg/L，>12 ℃)。當(dāng)溫度在34～37 ℃時，出水氨氮有所升高，有數(shù)天的出水氨氮在8 mg/L以上，去除率也出現(xiàn)明顯下降。經(jīng)過1 d 39 ℃的“極高溫”處理后，出水氨氮迅速升高至20 mg/L以上，氨氮去除率下降至60%以下，在6 d后出水氨氮才出現(xiàn)下降，并在9 d后出水氨氮重新下降到8 mg/L以下。

圖3 不同溫度下進(jìn)出水氨氮濃度及其去除率的變化

研究表明，硝化菌是的適宜溫度范圍是20～35 ℃。若溫度高于35 ℃，對硝化菌的酶系具有破壞作用；若溫度低于10 ℃，硝化菌的生長及硝化作用會顯著減慢[12]。因為硝化菌生長速率和代謝效率受溫度影響較明顯，導(dǎo)致了溫度較低或較高時，硝化效果會受到影響。當(dāng)溫度低于15 ℃時，硝化反應(yīng)會受到顯著抑制；在15～20 ℃內(nèi)，低溫的抑制現(xiàn)象會逐漸減弱[13]。因此，在6～9 ℃和9～12 ℃范圍內(nèi)，系統(tǒng)氨氮去除率較低，出水氨氮很高。溫度在15～20 ℃內(nèi)，硝化反應(yīng)的抑制作用變小，因此在該溫度下系統(tǒng)氨氮去除率逐漸升高，出水氨氮降低。系統(tǒng)溫度在20～34 ℃時，因為處于硝化菌的適宜溫度范圍，因此系統(tǒng)保持較高的氨氮去除率。當(dāng)溫度升至34～37 ℃時，已經(jīng)超過硝化菌的最適溫度范圍，氨氮去除率出現(xiàn)下降，但是呈現(xiàn)一個波動的現(xiàn)象，這可能是因為該溫度僅略高于硝化菌適宜溫度范圍，僅有部分硝化菌的硝化作用受到影響。

特別的，39 ℃對于硝化菌屬于“極高溫”，會大大影響其生物活性，其酶系受到破壞，導(dǎo)致氨氮去除率快速下降，出水氨氮快速升高。硝化菌多數(shù)為自養(yǎng)菌，世代周期較長[14]。本系統(tǒng)需要10 d便可將氨氮去除率從60%以下恢復(fù)至90%以上，可能是因為接觸氧化法中所采用的生物填料有利于世代周期長、生長速率慢的微生物生長[15]。

3.3 對總氮去除的影響

如圖4，總氮的去除率效果受溫度影響同樣明顯，總體上隨著溫度的升高而逐漸上升。溫度在12 ℃以下時，總氮去除率不足50%，出水總氮高于20mg/L。在9～18 ℃內(nèi)，設(shè)備的總氮去除率逐漸上升至60%左右。在接下來的溫度范圍內(nèi)，總氮去除率和出水總氮濃度分別在65%和20mg/L附近波動，隨后波動逐漸減小，在25 ℃以上時，出水總氮基本維持在20mg/L以下，達(dá)到1級B排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過39 ℃“極高溫”后，總氮去除率下降至50%以下，出水總氮明顯升高，在11 d后才恢復(fù)至1級B排放標(biāo)準(zhǔn)以下。

圖4 不同溫度下進(jìn)出水總氮濃度及其去除率的變化

4 結(jié)論

(1) 使用A2/O接觸氧化法的一體化污水處理設(shè)備處理生活污水，在日進(jìn)水量5 m3，HRT為40.8 h，回流量200%的條件下，溫度在6～37 ℃變化時， COD去除率變化范圍在77.85%～94.37%，出水COD含量保持在50 mg/L以下，出水可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)一級B標(biāo)準(zhǔn)，溫度變化對COD去除的影響較小。

(2) 溫度變化對氨氮的去除影響較大。在12 ℃以下時，氨氮去除率較低，出水氨氮在15 mg/L以上；在15～34 ℃內(nèi)時，除了在該范圍兩端的溫度時(15～18 ℃、31～34 ℃)氨氮去除效果略有波動外，氨氮去除率基本在80%以上，出水氨氮都可較穩(wěn)定達(dá)到8 mg/L以下，滿足1級B排放標(biāo)準(zhǔn)。但是在34～37 ℃溫度時出水氨氮達(dá)到8 mg/L以上。

(3) 溫度變化對總氮的去除影響同樣較大。溫度在12 ℃以下時，總氮去除率不足50%，出水總氮高于20 mg/L。15～18 ℃內(nèi)的總氮去除效果逐漸變好，在20～37 ℃時，總氮去除率在輕微波動后基本高于55%，出水總氮基本維持在20 mg/L以下，達(dá)到1級B排放標(biāo)準(zhǔn)。

(4) 39 ℃的溫度維持1 d后，對COD的去除沒有太大影響；而該溫度對氨氮和總氮的去除效果影響極大，氨氮和總氮去除率快速下降，出水氨氮和總氮升高，無法達(dá)到1級B標(biāo)準(zhǔn)。分別經(jīng)過9 d、11 d后，出水氨氮、總氮重新達(dá)到1級B排放標(biāo)準(zhǔn)。