養(yǎng)殖廢水水解酸化預(yù)處理

　　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(chǎng)。

　　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?？傮w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。總磷的去除還得依靠后續(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(mǎn)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?？偭椎娜コЧ鐖D10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(mǎn)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。(來(lái)源：江西省定南縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西正合環(huán)保工程有限公司)