近年來(lái)，規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖帶來(lái)的糞污污染成為農(nóng)村環(huán)境治理的一大難題，由于畜禽養(yǎng)殖本身成本較高且利潤(rùn)較低，對(duì)處理費(fèi)用較高的畜禽廢水處理工藝難以承擔(dān)。因而，前期建設(shè)成本、運(yùn)行和管理費(fèi)用低，高效率、低能耗的處理工藝越來(lái)越受到重視。在生物處理過(guò)程中，畜禽廢水中高濃度的磷氮對(duì)微生物的生存是有毒性的，pH的波動(dòng)也使得微生物的活性受到抑制，這成為目前畜禽廢水生物處理不成功的重要因素。筆者采用水解酸化預(yù)處理+A2O/工藝處理養(yǎng)殖廢水，不僅可以使pH得以調(diào)整，將磷和氮從污水中去除，而且減少用地、降低造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，為生物法處理養(yǎng)殖廢水提供理論依據(jù)和價(jià)值參考。
1、材料與方法
1.1 接種污泥
水解酸化池的接種污泥取自贛州市定南縣生活污水處理廠。
1.2 養(yǎng)殖廢水
“水解酸化+A2O”試驗(yàn)用養(yǎng)殖廢水，廢水具體成分見(jiàn)表1。
1.3 檢測(cè)方法
各檢測(cè)指標(biāo)采用的主要儀器和方法見(jiàn)表2。
2、結(jié)果與分析
2.1 水解酸化池的快速啟動(dòng)
水解酸化反應(yīng)在室溫下啟動(dòng)。接種污泥取回后經(jīng)過(guò)2h沉淀后，將污泥導(dǎo)入水解酸化池，污泥體積占反應(yīng)器體積的30%。試驗(yàn)采用連續(xù)進(jìn)水方式，水力停留時(shí)間為12h。微生物對(duì)廢水有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，因此進(jìn)水濃度采用逐漸增加的策略。水解酸化池啟動(dòng)期間的污泥濃度如圖1所示。
從圖1可看出，在進(jìn)水的前幾天，水解酸化池中的污泥濃度呈現(xiàn)快速下降的趨勢(shì)，這是由于反應(yīng)器剛啟動(dòng)不穩(wěn)定，部分污泥隨著出水流失，同時(shí)大量好氧微生物因?yàn)榄h(huán)境改變而死亡。隨著兼性菌和厭氧菌的大量繁殖，污泥濃度開(kāi)始慢慢升高，并逐漸成為水解酸化池的主導(dǎo)微生物，污泥濃度趨于穩(wěn)定。最后幾天污泥濃度維持在7200mg/L左右，污泥呈灰褐色，啟動(dòng)完成。
揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是水解酸化的主要產(chǎn)物，進(jìn)出水的VFA變化可以直接反映水解酸化的效果。由圖2可見(jiàn)，在啟動(dòng)的前期，系統(tǒng)出水的VFA含量無(wú)明顯的變化。隨著系統(tǒng)的逐漸穩(wěn)定，VFA濃度不斷增加，最好穩(wěn)定在一定水平。這是由于兼性微生物和厭氧微生物逐漸成為主導(dǎo)菌群，活動(dòng)力增強(qiáng)。VFA作為它們主要的代謝產(chǎn)物含量增加，表明系統(tǒng)水解酸化過(guò)程良好。
pH是反映水解酸化過(guò)程的重要指標(biāo)。由圖3可知，在啟動(dòng)前期，系統(tǒng)的pH變化很小，進(jìn)出水的pH非常接近，保持在7.3～7.6。隨著系統(tǒng)的逐漸穩(wěn)定，兼性菌和厭氧菌的大量繁殖，其代謝產(chǎn)物VFA開(kāi)始積累，導(dǎo)致出水pH開(kāi)始穩(wěn)步下降，最后穩(wěn)定在6.5～6.7，系統(tǒng)啟動(dòng)成功。水解酸化微生物對(duì)pH的適應(yīng)性很強(qiáng)，在pH3.5～10.0都能反應(yīng)。當(dāng)然pH對(duì)水解酸化微生物的生長(zhǎng)繁殖還是有影響的，研究表明最適pH為5.5～6.5。
啟動(dòng)期間水解酸化池內(nèi)COD的變化如圖4所示，在啟動(dòng)的前幾天接種污泥還不能適應(yīng)新的環(huán)境體系，進(jìn)出水COD無(wú)明顯變化。隨著好氧微生物的大量減少、兼性微生物及厭氧微生物數(shù)量的逐漸增加，系統(tǒng)內(nèi)的有機(jī)污染物逐漸降解，出水COD漸漸低于進(jìn)水COD，COD去除率穩(wěn)步提升。隨著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，COD去除率趨于穩(wěn)定，最后水解酸化池的COD去除率穩(wěn)定在27%左右，反應(yīng)器啟動(dòng)完成。
2. 2水力停留時(shí)間對(duì)水解酸化效果的影響
水力停留時(shí)間是控制水解酸化工藝的關(guān)鍵因素，要保證后續(xù)工藝的穩(wěn)定運(yùn)行，就要有效地控制水力停留時(shí)間。雖然較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間可以增加菌群與有機(jī)質(zhì)的接觸程度，但是過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間對(duì)污染物的去除并無(wú)顯著的提高。
從不同水力停留時(shí)間下水體COD的去除率變化情況(圖5)可看出，當(dāng)水力停留時(shí)間為8h時(shí)，COD的去除率為21%～23%，提高水力停留時(shí)間到10h，COD的去除率提高至26%～29%，繼續(xù)提高水力停留時(shí)間對(duì)COD的去除無(wú)明顯作用，去除率和8h無(wú)顯著差別。水解酸化池主要通過(guò)污泥截留和大顆粒有機(jī)物的沉淀來(lái)去除COD，在一定范圍內(nèi)提高水力停留時(shí)間，菌群和有機(jī)物的接觸程度增加，COD去除率也會(huì)變大。當(dāng)達(dá)到一定限值后，繼續(xù)提升水力停留時(shí)間對(duì)COD的去除率影響很小。
不同水力停留時(shí)間對(duì)SS去除率變化如圖6所示，水解酸化池SS的去除相當(dāng)穩(wěn)定，去除率維持在70%～75%，且不同水力停留時(shí)間對(duì)SS去除率沒(méi)有明顯的影響。這是由于厭氧污泥表面積大，吸附性強(qiáng)，對(duì)水中大部分懸浮物具有很強(qiáng)的吸附力，同時(shí)能夠沉淀大顆粒有機(jī)物。
綜合不同水力停留時(shí)間下COD和SS的去除情況，水解酸化池最佳水力停留時(shí)間選擇為10h。
2.3 水解酸化池對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果
水解酸化池對(duì)氨氮的去除情況如圖7所示，進(jìn)出水氨氮濃度無(wú)明顯變化規(guī)律。這是由于水解酸化池基本無(wú)硝化過(guò)程，僅存在小部分的反硝化作用，因此出水氨氮有時(shí)會(huì)略低于進(jìn)水濃度。同時(shí)由于微生物對(duì)有機(jī)氨的降解作用，形成少量氨態(tài)氮，有時(shí)出水濃度會(huì)略高于進(jìn)水濃度。總體來(lái)說(shuō)，水解酸化池對(duì)氨氮濃度的影響較小，進(jìn)出水無(wú)明顯變化。
由圖8可知，水解酸化池對(duì)總磷有一點(diǎn)的去除效果，但去除率較低。進(jìn)水總磷濃度在25～28mg/L，出水總磷在23～26mg/L，總磷去除率為4%～6%。水解酸化池對(duì)總磷的去除主要是對(duì)不溶性磷的沉淀截留和微生物降解去除，去除率不高?？偭椎娜コ€得依靠后續(xù)厭氧和好氧條件下的生物除磷共同完成。
2.4 水解酸化+A2O組合工藝對(duì)廢水的處理效果
該試驗(yàn)在水解酸化池和A2O反應(yīng)器均穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)采取了連接，其中水解酸化池的水力停留時(shí)間為10h，A2O反應(yīng)器最優(yōu)控制參數(shù)為:回流污泥比控制在70%，混合液回流比控制在300%，好氧池溶解氧濃度控制在3mg/L。
水解酸化池可提高廢水的可生化性，水解酸化就是利用水解微生物和產(chǎn)酸微生物的共同作用將污水中的一部分大分子和難溶解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成小分子易生物降解的有機(jī)物，這樣就方便了有機(jī)底物被后續(xù)厭氧段微生物的快速有效吸收。COD和氨氮的去除效果如圖9所示，經(jīng)過(guò)水解酸化預(yù)處理后，系統(tǒng)的處理能力有了很大提升，COD和氨氮的平均去除率分別達(dá)89.2%和77.4%。其中，COD出水平均濃度為284mg/L，氨氮平均濃度為59mg/L。
水解酸化過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸是影響生物除磷過(guò)程好壞的主要基質(zhì)。在生物除磷過(guò)程中，進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸的含量和其他轉(zhuǎn)化來(lái)的揮發(fā)性脂肪酸能否滿足聚磷菌合成需求是控制聚磷菌釋磷和吸磷效果的控制要點(diǎn)。生物除磷過(guò)程中的釋磷和吸磷是2個(gè)緊密聯(lián)系的過(guò)程，聚磷菌想要更好吸磷的前提是在厭氧環(huán)境的充分釋磷。提高進(jìn)水中揮發(fā)性脂肪酸的含量可以提高釋磷速率，釋磷量和PHAs的生成量。厭氧釋磷量越高，聚磷菌在厭氧段儲(chǔ)存的PHAs越多，對(duì)應(yīng)好氧段的聚磷量也會(huì)隨之增加，對(duì)磷的去除效果也越好。總磷的去除效果如圖10所示，經(jīng)過(guò)水解酸化預(yù)處理后，系統(tǒng)的除磷能力也有很大提升，在總磷進(jìn)水平均濃度為30.4mg/L時(shí)，總磷平均去除率達(dá)84.2%，出水平均濃度為4.8mg/L。
3、結(jié)論與討論
該試驗(yàn)中，在常溫條件下，水解酸化池接種污泥采用好氧污泥，通過(guò)逐漸增加進(jìn)水濃度的方式啟動(dòng)，系統(tǒng)啟動(dòng)后，水解酸化池pH穩(wěn)定在6.5～6.7，COD去除率為27%左右，總磷去除率在4%～6%，對(duì)氨氮無(wú)明顯去除作用，系統(tǒng)最佳水利停留時(shí)間為10h，水解酸化預(yù)處理后，A2O系統(tǒng)的性能有了明顯提升，組合工藝處理廢水的COD、氨氮和總磷去除率分別達(dá)89.7%、77.3%和84.2%，出水可滿足畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求。由于復(fù)合A2O為整體設(shè)計(jì)，水解酸化預(yù)處理和A2O系統(tǒng)過(guò)程又是同時(shí)進(jìn)行的，因而此廢水處理組合工藝既減少用地，又降低造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用，符合資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展要求，對(duì)生物法處理規(guī)?；B(yǎng)殖廢水有一定的理論價(jià)值參考。( >
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