水解酸化池處理農(nóng)村生活污水的研究

程錦，張國珍，武福平，李世勇，馬凱，王宏偉

(蘭州交通大學 環(huán)境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070)

在西北干旱半干旱地區(qū),降水時間及降水量少,水資源缺乏[1]。西北農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展落后，絕大部分沒有建設(shè)污水收集管道系統(tǒng)及污水處理設(shè)施[2]，導致污水直接排放。一方面浪費了水資源，特別是污水中的氮磷等有利于植物生長的營養(yǎng);另一方面各種污染物隨污水入河流，污染了地下水，地表水等各種飲用水水源[3]。因此，選擇一種對于有機污染物去除效果好，對氮磷去除效果相對差，建設(shè)成本低，不需要維護或?qū)Σ僮鞴芾砣藛T技術(shù)要求低的處理工藝，一方面保留農(nóng)村生活污水中的氮磷等營養(yǎng)元素，減少氮磷肥料的使用;另一方面防止因直接排放導致的地下水、地表水等各種飲用水水源的污染。

水解酸化作為厭氧處理的第1階段和第2階段，其作用是能夠去除污水中一定量的有機污染物，懸浮物，而對污水中的氮磷基本上不去除或者去除量少。水解酸化池作為預處理單元具有易操作維護，減少反應(yīng)器容積來降低成本，對有機污染物、懸浮物有一定的去除效果，對氮磷去除差等特點[4]。

1 實驗部分

1.1 實驗用水和接種污泥

實驗用水取自校園污水。實驗接種污泥取自某啤酒廠厭氧污泥。

1.2 實驗裝置與流程

圖1是高效水解酸化池+水平潛流人工濕地裝置示意圖。其中水解酸化池由有機玻璃制成，長寬高為0.5 m×0.12 m×0.42 m，設(shè)計水深為0.38 m; 水解酸化池內(nèi)設(shè)置異波折板，折板長為0.12 m，寬為0.05 m，厚為0.01 m，折板間的角度為90 ℃。池內(nèi)裝填組合填料。

圖1 高效水解酸化池+水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Diagram of high-efficiency hydrolytic acidification tank and horizontal subsurface flow constructed wetland

進水為校園污水，采用連續(xù)進水方式，污水通過蠕動泵進入到水解酸化池內(nèi)，然后水解酸化池的出水進入到調(diào)節(jié)池中，調(diào)節(jié)池中的水為后續(xù)水平潛流人工濕地的進水。水解酸化池的處理水量為50 L/d， 分別調(diào)整水力停留時間為12,18,24 h，確定最優(yōu)的對有機污染物去除效果好，對氮磷去除效果差的水力停留時間。測定水解酸化池進水以及出水的有機污染物、氨氮、總氮和總磷的濃度。

2 結(jié)果與討論

水解酸化池對于進水中各種污染物的處理效果取決于污水在人工濕地的停留時間。一方面污水中的污染物在人工濕地中所停留的時間越大越有利于污水中污染物的去除，但是過長會造成人工濕地造價成本的升高。另一方面停留時間太短不利于污水中污染物的去除，進而對后續(xù)工藝處理單元造成一定的影響[5]。

2.1 不同水力停留時間下水解酸化池對污水中CODcr的去除

如圖2表示的是水解酸化池在水力停留時間為12，18，24 h對于生活污水中有機污染物的去除變化過程，其中橫坐標時間表示各階段穩(wěn)定運行期間10 d 為1周期測定所得到的數(shù)據(jù)(下同)。

圖2 水解酸化池在不同水力停留時間下CODcr的變化Fig.2 Changes of CODcr in hydrolysis acidification tank under different gydraulic retention time

由圖2可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時間為12 h相對應(yīng)的有機污染物去除率在26.79%～40.61%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率34.59%；水力停留時間為18 h對應(yīng)的有機污染物去除率在42.55%～47.76%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率為45.00%；水力停留時間為24 h 相對應(yīng)的有機污染物去除率在 55.08%～62.66%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率為58.89%。隨著水力停留時間的延長，水解酸化池對有機污染物的去除率趨于上升，平均去除率從34.59%上升到58.89%。水解酸化池對有機污染物的去除率與水力停留時間呈正相關(guān)[6-7]。一方面由于水解酸化池內(nèi)微生物通過新陳代謝攝取有機物，使得污水中有機物的含量下降；另一方面是因為隨著水力停留時間的延長，生活污水中的污染物與水解酸化池微生物接觸時間也越長。

2.2 不同水力停留時間下水解酸化池對污水中氨氮的去除

如圖3表示的是在水力停留時間分別為12，18，24 h，水解酸化池對于生活污水中氨氮的去除變化過程。

由圖3可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時間為12 h相對應(yīng)的氨氮增長率在3.60%～7.29%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均增長率5.63%；水力停留時間為18 h對應(yīng)的氨氮增長率在8.05%～12.23%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均增長率為9.65%；水力停留時間為24 h相對應(yīng)的氨氮增長率在16.63%～27.94%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均增長率為21.56%。隨著水力停留時間延長，水解酸化池系統(tǒng)對氨氮的增長率趨于上升，平均增長率從5.63%上升到21.56%。水解酸化池對氨氮的增長率與水力停留時間成正相關(guān)。一方面污水中的有機氮發(fā)生厭氧氨化反應(yīng)，使有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮的量大于污泥的吸附和微生物同化的量，導致出水氨氮濃度高于進水氨氮濃度；另一方面由于系統(tǒng)內(nèi)為缺氧環(huán)境，硝化細菌的硝化作用受到抑制，從而使氨氮無法轉(zhuǎn)化為硝氮和亞硝氮，致使出水中氨氮的濃度增加[8-9]。

圖3 水解酸化池在不同水力停留時間下NH4-N的變化Fig.3 Changes of NH4-N in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

2.3 不同水力停留時間下水解酸化池對污水中TN(總氮)的去除

如圖4表示的是在水力停留時間分別為12，18，24 h，水解酸化池對于生活污水中總氮的去除變化過程。

圖4 水解酸化池在不同水力停留時間下TN的變化Fig.4 Changes of TN in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

由圖4可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時間為12 h相對應(yīng)的總氮去除率在2.05%～13.11%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率6.50%；水力停留時間為18 h對應(yīng)的總氮去除率在7.22%～16.55%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率為11.43%；水力停留時間為24 h相對應(yīng)的總氮去除率在8.67%～19.62%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率為14.51%。隨著 HRT 延長，水解酸化池對總氮的去除率趨于上升，平均去除率6.50%上升到14.51%,但去除效果較差[10]。一方面是由于水解酸化池內(nèi)微生物自身蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化導致總氮有所下降；另一方面由于污水中少量硝氮在反硝化細菌的作用下轉(zhuǎn)化為氮氣使得總氮的增長率增加。

2.4 不同水力停留時間下水解酸化池對污水中TP(總磷)的去除

如圖5表示的是在水力停留時間分別為12，18，24 h，水解酸化池對于生活污水中總磷的去除變化過程。

圖5 水解酸化池在不同水力停留時間下TP的變化Fig.5 Changes of TP in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

由圖5可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時間為12 h相對應(yīng)的總磷去除率在 11.18%～16.23%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率12.7%；水力停留時間為18 h對應(yīng)的總磷去除率在16.35%～24.05%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率為20.48%；水力停留時間為24 h相對應(yīng)的總磷去除率在20.51%～30.07%的范圍內(nèi)變化，相對應(yīng)的平均去除率為25.00%。隨著水力停留時間的延長，總磷的平均去除率隨之增加，污水中的污染物與攝磷微生物接觸的時間增長，其生長代謝作用所吸收轉(zhuǎn)化的磷素含量增加。

3 結(jié)論

(1)水解酸化池對污水中污染物的去除效果取決于水力停留時間的長短，有機污染物、總氮、總磷的平均去除率與水力停留時間呈正相關(guān)。其中總氮、總磷的平均去除率隨著水力停留時間延長上升緩慢，平均去除率較低。氨氮的平均增長率隨著水力停留時間的延長而增加，上升緩慢，平均增長率較低。

(2)水解酸化池作為預處理單元，能更大程度的去除有機污染物，而對總氮、總磷的去除率較低。出水中的氨氮比進水中的氨氮含量高，即氨氮的去除率為負。