pH值對(duì)水解酸化—A2 O工藝水解單元產(chǎn)酸的影響

樊昌井 邱翼 左寧

針對(duì)目前基于各種原理開發(fā)的污泥減量技術(shù)中存在的氮、磷去除效率低的技術(shù)難題，尤其是污泥減量與生物除磷效果不能兼優(yōu)[1，2]的尖銳矛盾，筆者輔以外排厭氧富磷污水除磷，開發(fā)了具有強(qiáng)化除磷脫氮功能的污泥減量HA-A/A-MCO新工藝(Hydrolysis-Acidogenosis-Anaerobic/Anoxic-Multistep Continuous Oxictank)，長(zhǎng)期試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)該工藝具有穩(wěn)定良好的除磷脫氮和污泥減量效果。本研究目的旨在考察pH值對(duì)該工藝水解酸化池發(fā)酵產(chǎn)酸的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置及工藝流程

HA-A/A-MCO工藝流程見圖1。該工藝生物處理單元是采用水解酸化、多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣、連續(xù)流的除磷脫氮A2/O工藝，由水解酸化池、厭氧釋磷池、缺氧池、多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池、二沉池、側(cè)流除磷池和化學(xué)除磷池組成。反應(yīng)裝置用PVC材料制作，其中水解酸化池有效容積為50L，HRT為2.5 h;厭氧池和缺氧池有效容積均為30L，HRT均為1.5 h;多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池分成相對(duì)獨(dú)立的三格:第一格細(xì)菌分散培養(yǎng)區(qū)有效容積為15L，HRT為0.5h～0.75 h;第二格原生動(dòng)物生長(zhǎng)區(qū)有效容積為30L，HRT為1.5h;第三格后生動(dòng)物生長(zhǎng)區(qū)有效容積為40 L，HRT為2 h;多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池池底安裝有微孔曝氣管通過(guò)空氣壓縮機(jī)充氧，第二、三格填有填充比為 40%的組合式生物填料。側(cè)流沉淀池用以提供化學(xué)除磷所需的厭氧釋磷上清液，HRT為1 h;二沉池采用輻流式，HRT為1 h。

污水與少量厭氧釋磷污泥導(dǎo)入水解酸化池，完成VFA的轉(zhuǎn)化和污泥量的減少。水解后富含VFA的清液與缺氧脫氮后的反硝化回流液混合進(jìn)入?yún)捬醭?，在VFA刺激下，強(qiáng)化聚磷菌釋磷獲得高濃度釋磷液。據(jù)厭氧釋磷液磷濃度，將13%進(jìn)水量的釋磷清液導(dǎo)入化學(xué)除磷池進(jìn)行磷的化學(xué)固定，產(chǎn)生的化學(xué)污泥用于磷回收。釋磷后的混合液與好氧硝化液、回流污泥一起導(dǎo)入缺氧池完成氮的反硝化去除，脫氮后混合液與除磷上清液進(jìn)入多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池完成磷的好氧吸收、碳的氧化以及氮的氨化、硝化，該池利用有機(jī)物濃度梯度、水利停留時(shí)間和溶解氧濃度及生物填料填充比等因素控制范圍的不同提高高等微生物的生長(zhǎng)密度、延長(zhǎng)食物鏈，利用微型動(dòng)物的逐級(jí)捕食作用減少污泥產(chǎn)量，經(jīng)多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池生物反應(yīng)后的混合液最后經(jīng)二沉池沉淀出水排放。

運(yùn)行過(guò)程中，裝置進(jìn)水流量為20 L/h;多級(jí)串聯(lián)接觸曝氣池三格的DO分別為(0.5～1.0)mg/L，(1.0～1.5)mg/L，(1.0～1.5)mg/L;污泥回流比、硝化液回流比、反硝化脫氮液回流比、厭氧釋磷污泥回流比分別為40%，150%，100%和2%。

1.2 試驗(yàn)水質(zhì)及測(cè)試方法

試驗(yàn)用水由重慶大學(xué)校園生活污水和自來(lái)水再加一定量的淀粉、葡萄糖、奶粉、NH4Cl、無(wú)水Na2CO3和KH2PO4配制而成，試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)及分析方法如表1所示。

表1 試驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)及分析方法

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 pH值對(duì)VFA產(chǎn)生量的影響

本研究用NaOH或HCl調(diào)節(jié)水解池pH值，研究不同pH條件下水解產(chǎn)酸效果。

圖2為不同pH值條件對(duì)水解池VFA產(chǎn)生量的影響結(jié)果。從圖2中看出，pH=7～8時(shí)，VFA產(chǎn)生量明顯大于pH值 3～6，9～10和不調(diào)節(jié)pH情況下的值;水解池不調(diào)節(jié)pH值的原始狀態(tài)時(shí)，其VFA產(chǎn)生量介于pH=6～7之間;pH=3～6時(shí)，相對(duì)于其他pH條件產(chǎn)酸量低得多;當(dāng)pH=7～8時(shí)，產(chǎn)酸量明顯增加，尤其當(dāng)pH=8左右時(shí)，VFA取得最大值，339mg/L;水解池不調(diào)節(jié)pH條件下，水解產(chǎn)生的總VFA量較pH=7～8時(shí)稍低，連續(xù)測(cè)定1個(gè)月，運(yùn)行結(jié)果的均值為275mg/L;當(dāng)pH增至9和10時(shí)，產(chǎn)生VFA的量分別為159mg/L和104mg/L，較pH=7～8時(shí)的VFA值明顯低得多，這可能是因?yàn)閜H=9～10的較強(qiáng)堿性環(huán)境對(duì)污泥中與產(chǎn)酸有關(guān)的微生物有一定的毒性作用，抑制、降低其活性，甚至可能殺滅部分產(chǎn)酸微生物。

從圖2的分析結(jié)果可以得出:當(dāng)水解池pH控制在8左右的偏堿性條件時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)生的總VFA量最高，較不調(diào)節(jié)pH情況下的產(chǎn)酸量高約23%。結(jié)合HA-A/A-MCO系統(tǒng)的污水處理效果發(fā)現(xiàn)[3，4]，即便在水解池不調(diào)節(jié)pH值的情況下，系統(tǒng)已經(jīng)能夠取得理想的同步除磷脫氮效果，各污染物出水指標(biāo)均滿足GB 18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

從節(jié)能以及投加酸、堿等化學(xué)藥品可能對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的微生物造成不利影響等方面綜合考慮，認(rèn)為HA-A/A-MCO系統(tǒng)水解池發(fā)酵產(chǎn)酸的pH可以不用調(diào)節(jié)。

2.2 pH值對(duì)乙酸、丙酸產(chǎn)生量的影響

本論文還專門研究了各種短鏈脂肪酸(乙酸、丙酸、正丁酸、異丁酸、正戊酸和異戊酸)對(duì)于增強(qiáng)磷釋放效率的影響情況，圖 3反映了磷釋放量與各種有機(jī)酸吸收量的比值(ΔP/ΔS)。

從圖3可以看出，乙酸和丙酸的 ΔP/ΔS值最大，且乙酸的ΔP/ΔS值比丙酸的還要高，因而釋磷效果較好;其他脂肪酸正丁酸、異丁酸、正戊酸和異戊酸的ΔP/ΔS值依次減小。試驗(yàn)結(jié)果表明，乙酸和丙酸是增強(qiáng)厭氧釋磷效率、提高生物除磷效果的最佳短鏈脂肪酸，且乙酸比丙酸的作用明顯。因此，通過(guò)增加水解池發(fā)酵產(chǎn)物中這兩種酸的比例就能夠強(qiáng)化HA-A/A-MCO系統(tǒng)的生物除磷能力。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)考察pH值對(duì)HA-A/A-MCO工藝水解酸化池發(fā)酵產(chǎn)酸效果的影響發(fā)現(xiàn)，水解池不需調(diào)節(jié) pH值即可獲得足夠的用于除磷脫氮所需的VFA量，乙酸和丙酸是增強(qiáng)系統(tǒng)厭氧釋磷效率、提高生物除磷效果的最佳短鏈脂肪酸，且乙酸比丙酸的作用明顯。

[1] 吉芳英，左 寧，黃力彥，等.水解酸化—A2O污泥減量工藝的運(yùn)行性能研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2010，4(4):795-800.

[2] 左 寧，吉芳英，黃力彥.污泥減量工藝:HA-A/A-MCO的好氧脫氮機(jī)制分析[J].中國(guó)給水排水，2010，26(5):16-20.

[3] 左 寧，吉芳英，黃力彥，等.污泥減量化工藝:HA-A/A-MCO的除磷性能及磷回收[J].中國(guó)給水排水，2009，25(15):29-33.

[4] Yarmolinsky M B.Programmed cell death in bacterial popu lations [J].Science，1995(267):836-837.