水解酸化预处理对A2O工艺处理养殖废水的技术研究

徐树明，龚贵金

(1.江西省定南县农业农村局，江西定南 341900；2.江西正合环保工程有限公司，江西南昌 330001)

定南县是国家生猪调出大县、供港生猪基地，每年供港约15万头，占江西供港1/3。生猪产业得到长促发展，但同时也带来了一定的环境问题，大量的畜禽废水成为当地水体污染的重要污染源之一。目前，对于畜禽养殖废水的处理，其主要的处理工艺技术有自然处理[1]、厌氧处理技术[2]、好氧处理技术[3-4]以及联合工艺处理法[5-6]等。

近年来，规模化畜禽养殖带来的粪污污染成为农村环境治理的一大难题，由于畜禽养殖本身成本较高且利润较低，对处理费用较高的畜禽废水处理工艺难以承担。因而，前期建设成本、运行和管理费用低，高效率、低能耗的处理工艺越来越受到重视[7]。在生物处理过程中，畜禽废水中高浓度的

磷氮对微生物的生存是有毒性的，pH的波动也使得微生物的活性受到抑制，这成为目前畜禽废水生物处理不成功的重要因素。笔者采用水解酸化预处理+ A2O/工艺处理养殖废水，不仅可以使pH得以调整，将磷和氮从污水中去除，而且减少用地、降低造价和运行费用，为生物法处理养殖废水提供理论依据和价值参考。

1 材料与方法

1.1接种污泥水解酸化池的接种污泥取自赣州市定南县生活污水处理厂。

1.2养殖废水“水解酸化 + A2O”试验用养殖废水取自定南阳林生态农业科技有限公司，废水具体成分见表1。

表1 “水解酸化 + A2O”工艺研究试验养殖废水水质

1.3检测方法各检测指标采用的主要仪器和方法见表2。

2 结果与分析

2.1水解酸化池的快速启动水解酸化反应在室温下启动。接种污泥取回后经过2 h沉淀后，将污泥导入水解酸化池，污泥体积占反应器体积的30%。试验采用连续进水方式，水力停留时间为12 h。微生物对废水有一个适应过程，因此进水浓度采用逐渐增加的策略。水解酸化池启动期间的污泥浓度如图1所示。

从图1可看出，在进水的前几天，水解酸化池中的污泥浓度呈现快速下降的趋势，这是由于反应器刚启动不稳定，部分污泥随着出水流失，同时大量好氧微生物因为环境改变而死亡。随着兼性菌和厌氧菌的大量繁殖，污泥浓度开始慢慢升高，并逐渐成为水解酸化池的主导微生物，污泥浓度趋于稳定。最后几天污泥浓度维持在7 200 mg/L左右，污泥呈灰褐色，启动完成。

表2 主要指标检测仪器及方法

图1 水解酸化池启动期间污泥浓度变化Fig.1 Change of sludge concentration during startup of hydrolysis acidification tank

挥发性脂肪酸(VFA)是水解酸化的主要产物，进出水的VFA变化可以直接反映水解酸化的效果。由图2可见，在启动的前期，系统出水的VFA含量无明显的变化。随着系统的逐渐稳定，VFA浓度不断增加，最好稳定在一定水平。这是由于兼性微生物和厌氧微生物逐渐成为主导菌群，活动力增强。VFA作为它们主要的代谢产物含量增加，表明系统水解酸化过程良好。

图2 水解酸化池启动期间出VFA浓度的变化Fig.2 Changes of VFA concentration during startup of the hydrolysis acidification tank

pH是反映水解酸化过程的重要指标。由图3可知，在启动前期，系统的pH变化很小，进出水的pH非常接近，保持在7.3～7.6。随着系统的逐渐稳定，兼性菌和厌氧菌的大量繁殖，其代谢产物VFA开始积累，导致出水pH开始稳步下降，最后稳定在6.5～6.7，系统启动成功。水解酸化微生物对pH的适应性很强，在pH 3.5～10.0都能反应。当然pH对水解酸化微生物的生长繁殖还是有影响的，研究表明最适pH为5.5～6.5[8]。

图3 水解酸化池启动期间进出水pH的变化Fig.3 Changes of pH of the influent and effluent water during startup of the hydrolysis acidification tank

启动期间水解酸化池内COD的变化如图4所示，在启动的前几天接种污泥还不能适应新的环境体系，进出水COD无明显变化。随着好氧微生物的大量减少、兼性微生物及厌氧微生物数量的逐渐增加，系统内的有机污染物逐渐降解，出水COD渐渐低于进水COD，COD去除率稳步提升。随着整个系统的稳定运行，COD去除率趋于稳定，最后水解酸化池的COD去除率稳定在27%左右，反应器启动完成。

图4 水解酸化池启动期间进出水COD的变化Fig.4 Changes of COD of influent and effluent water during startup of hydrolysis acidification tank

2.2水力停留时间对水解酸化效果的影响水力停留时间是控制水解酸化工艺的关键因素，要保证后续工艺的稳定运行，就要有效地控制水力停留时间。虽然较长的水力停留时间可以增加菌群与有机质的接触程度，但是过长的时间对污染物的去除并无显著的提高[9]。

从不同水力停留时间下水体COD的去除率变化情况(图5)可看出，当水力停留时间为8 h时，COD的去除率为21%～23%；提高水力停留时间到10 h，COD的去除率提高至26%～29%；继续提高水力停留时间对COD的去除无明显作用，去除率和8 h无显著差别。水解酸化池主要通过污泥截留和大颗粒有机物的沉淀来去除COD，在一定范围内提高水力停留时间，菌群和有机物的接触程度增加，COD去除率也会变大。当达到一定限值后，继续提升水力停留时间对COD的去除率影响很小。

图5 不同水力停留时间下COD的去除率变化Fig.5 Change of COD removal rate under different hydraulic retention time

不同水力停留时间对SS去除率变化如图6所示，水解酸化池SS的去除相当稳定，去除率维持在70%～75%，且不同水力停留时间对SS去除率没有明显的影响。这是由于厌氧污泥表面积大，吸附性强，对水中大部分悬浮物具有很强的吸附力，同时能够沉淀大颗粒有机物。

图6 不同水力停留时间下SS的去除率变化Fig.6 Changes of SS removal rate at different hydraulic retention times

综合不同水力停留时间下COD和SS的去除情况，水解酸化池最佳水力停留时间选择为10 h。

2.3水解酸化池对营养盐的去除效果水解酸化池对氨氮的去除情况如图7所示，进出水氨氮浓度无明显变化规律。这是由于水解酸化池基本无硝化过程，仅存在小部分的反硝化作用，因此出水氨氮有时会略低于进水浓度。同时由于微生物对有机氨的降解作用，形成少量氨态氮，有时出水浓度会略高于进水浓度。总体来说，水解酸化池对氨氮浓度的影响较小，进出水无明显变化。

图7 水解酸化池氨氮浓度变化情况Fig.7 Changes of ammonia nitrogen concentration in the hydrolysis acidification tank

由图8可知，水解酸化池对总磷有一点的去除效果，但去除率较低。进水总磷浓度在25～28 mg/L，出水总磷在23～26 mg/L，总磷去除率为4%～6%。水解酸化池对总磷的去除主要是对不溶性磷的沉淀截留和微生物降解去除，去除率不高。总磷的去除还得依靠后续厌氧和好氧条件下的生物除磷共同完成。

2.4水解酸化+A2O组合工艺对废水的处理效果该试验在水解酸化池和 A2O 反应器均稳定运行时采取了连接，其中水解酸化池的水力停留时间为10 h，A2O 反应器最优控制参数为：回流污泥比控制在70%，混合液回流比控制在300%，好氧池溶解氧浓度控制在3 mg/L。

水解酸化池可提高废水的可生化性，水解酸化就是利用水解微生物和产酸微生物的共同作用将污水中的一部分大分子和难溶解的有机物转化成小分子易生物降解的有机物，这样就方便了有机底物被后续厌氧段微生物的快速有效吸收。COD和氨氮的去除效果如图9所示，经过水解酸化预处理后，系统的处理能力有了很大提升，COD和氨氮的平均去除率分别达89.2%和77.4%。其中，COD出水平均浓度为284 mg/L，氨氮平均浓度为59 mg/L。

图9 “水解酸化 + A2O”组合工艺对COD和氨氮去除情况Fig.9 Removal of COD and ammonia nitrogen by the combination process of "hydrolysis acidification + A2O"

水解酸化过程中产生的挥发性脂肪酸是影响生物除磷过程好坏的主要基质。在生物除磷过程中，进水中挥发性脂肪酸的含量和其他转化来的挥发性脂肪酸能否满足聚磷菌合成需求是控制聚磷菌释磷和吸磷效果的控制要点[10]。生物除磷过程中的释磷和吸磷是2个紧密联系的过程，聚磷菌想要更好吸磷的前提是在厌氧环境的充分释磷。提高进水中挥发性脂肪酸的含量可以提高释磷速率，释磷量和PHAs的生成量[11]。厌氧释磷量越高，聚磷菌在厌氧段储存的PHAs越多，对应好氧段的聚磷量也会随之增加，对磷的去除效果也越好[12]。总磷的去除效果如图10所示，经过水解酸化预处理后，系统的除磷能力也有很大提升，在总磷进水平均浓度为30.4 mg/L时，总磷平均去除率达84.2%，出水平均浓度为4.8 mg/L。

图10 “水解酸化 + A2O”组合工艺对总磷的去除情况Fig.10 Removal of total phosphorus by the combination process of "hydrolysis acidification + A2O"

3 结论与讨论

该试验中，在常温条件下，水解酸化池接种污泥采用好氧污泥，通过逐渐增加进水浓度的方式启动，系统启动后，水解酸化池pH稳定在6.5～6.7，COD去除率为27%左右，总磷去除率在4%～6%，对氨氮无明显去除作用，系统最佳水利停留时间为10 h；水解酸化预处理后，A2O系统的性能有了明显提升，组合工艺处理废水的COD、氨氮和总磷去除率分别达89.7%、77.3%和84.2%，出水可满足畜禽养殖业污染物排放标准要求。由于复合A2O为整体设计，水解酸化预处理和A2O系统过程又是同时进行的，因而此废水处理组合工艺既减少用地，又降低造价和运行费用，符合资源节约型、环境友好型社会的发展要求，对生物法处理规模化养殖废水有一定的理论价值参考。