孔秀琴，高萌，周昌琴，陳　磊（蘭州理工大學石油化工學院環(huán)境工程系，甘肅蘭州730050）

生物預酸化處理明膠廢水對活性污泥減量化的作用

孔秀琴，高萌，周昌琴，陳磊
（蘭州理工大學石油化工學院環(huán)境工程系，甘肅蘭州730050）

明膠廢水具有高鈣、高COD等特點而難于處理。通過對明膠廢水進行生物預酸化處理，研究了活性污泥法處理明膠廢水過程中COD去除率、MLSS、MLVSS以及無機灰分的變化。結(jié)果表明，經(jīng)過生物預酸化處理后，明膠廢水的pH由11.8降至7.4左右，COD由1 058mg/L降至671mg/L。后續(xù)活性污泥法處理過程中，與未進行生物預酸化處理相比，MLSS、MLVSS呈明顯下降趨勢，最終COD去除率達到90%；同時由于反應器維持在較低的pH下運行，避免了曝氣生成CaCO3沉淀，污泥無機灰分減少。生物預酸化處理對污泥減量化有明顯貢獻。

明膠廢水；活性污泥；預酸化；污泥減量化

近年來隨著科技的發(fā)展，明膠行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為我國具有支撐作用的行業(yè)之一。明膠被廣泛地應用于醫(yī)藥、食品、紡織、化工、電子、造紙和印刷等30多個行業(yè)。但是，在明膠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的明膠廢水具有高堿、高鈣、高COD的特點〔1〕，處理困難，處理費用高〔2〕。利用活性污泥法對其進行處理會產(chǎn)生大量的含鈣剩余污泥，增加了污泥處理的成本〔3〕。如何采用有效的手段降低明膠廢水的高鈣、高堿、高COD以及減少剩余污泥量是活性污泥法治理明膠生產(chǎn)廢水迫切需要解決的問題。

廢水的水解酸化處理工藝作為生物預處理技術(shù)在國內(nèi)外已多有研究和應用〔4-6〕。一些小試研究表明，水解酸化工藝的效能大致有5點：（1）可提高廢水的可生化性；（2）可去除少部分有機污染物；（3）可使后續(xù)的曝氣量降低；（4）可降低污泥產(chǎn)率；（5）節(jié)能〔7〕。目前，水解酸化主要應用于食品廠廢水、制藥類廢水、制漿類廢水、染料類廢水、城市垃圾滲透液〔8〕等的處理。

明膠是膠原的水解產(chǎn)物，是一種無脂肪的高蛋白質(zhì)。明膠的成分中，蛋白質(zhì)占85%～90%，油脂≤0.1%，灰分占0.5%~1.0%，其他為水分〔9〕。明膠廢水的污染特性為高堿（pH＞11）、高鈣（鈣質(zhì)量濃度為800~1 000mg/L）、高蛋白質(zhì)（COD 1 000~2 000mg/L，總氮140~300mg/L）。實際上，明膠廢水為幾種溶液狀態(tài)并存，包括乳濁液、膠體等，廢水中污染物在堿性介質(zhì)存在的條件下很難依靠自然沉降和澄清等方法去除。本研究探討了生物預酸化對活性污泥法處理明膠廢水的影響，以及對污泥減量化的效果，以期為工程實際中明膠廢水的治理提供參考。

1　實驗材料與方法

1.1實驗用水和活性污泥

實驗用明膠廢水取自某明膠公司，其Ca2+質(zhì)量濃度為2 100~2 500mg/L，COD為900~1 200mg/L，pH為11~12?；钚晕勰嗳∽蕴m州市安寧-七里河污水處理廠曝氣池。

1.2實驗裝置及流程

實驗采用模擬SBR（序批式反應器）裝置，有效容積為1 L。反應器中活性污泥體積為200mL，在室溫條件下進行曝氣反應。實驗的1個周期為24 h，分為5個階段，即進水、曝氣、沉淀、排水排泥及閑置階段，其中曝氣22 h。由于要根據(jù)泥量變化來判斷污泥減量化效果，因此反應器在運行過程中不排泥。實驗流程示意如圖1所示。

圖1　實驗流程示意

1.3實驗方法

設置2個有效體積為1 L的SBR，1﹟SBR進水為用HCl溶液調(diào)節(jié)pH=7.4左右〔10〕的明膠廢水，2﹟SBR進水為通過搖床在30℃條件下厭氧震蕩48 h調(diào)節(jié)pH=7.4左右〔11〕的明膠廢水。因為明膠廢水的高鈣、高COD特點，實驗前期需要對活性污泥進行適應性馴化。采用稀釋法逐步增加明膠廢水的比例，6個周期后COD去除率達到70%左右，可認為馴化成功。從第7周期開始使用原始明膠廢水進行實驗。實驗過程中，考察生物預酸化處理的效果，監(jiān)測2個反應器的出水pH、MLSS、MLVSS、無機灰分及COD去除率等參數(shù)指標的變化情況，比較生物預酸化和直接加酸調(diào)節(jié)對后續(xù)活性污泥反應過程的影響。

1.4測定方法

Ca2+濃度采用標準EDTA滴定法測定；COD采用標準重鉻酸鉀法測定；pH采用精密pH計測量；MLVSS、MLSS采用重量法測定。

2　結(jié)果與討論

2.1生物預酸化處理效果

通過生物預酸化處理后，2﹟SBR進水COD和pH與原始明膠廢水相比，發(fā)生了很大的變化，如表1所示。

表1　2﹟SBR進水生物預酸化處理過程中COD、pH隨時間的變化

由表1可知，經(jīng)過48 h的生物預酸化處理，2﹟SBR進水COD明顯下降，由1 065.3mg/L下降至663.7mg/L，COD去除率達到37.7%；同時，pH由11.82下降至7.43。

一般來說，厭氧酸化工藝作為后續(xù)好氧或厭氧生物處理的預處理，不僅可為后續(xù)生化工藝提供易于生化處理的有機物，而且可以高效地去除懸浮性固體，使溶解的COD比例增大，使廢水可生化性提高，但本實驗中，預酸化過程中有37.7%的COD去除率，此過程機理需要進一步探討。

2.2SBR中COD去除率的變化情況

活性污泥處理過程中，1﹟、2﹟SBR COD去除率的變化情況如圖2所示。

圖2　1﹟、2﹟SBRCOD去除率的變化情況

由圖2可知，前6個周期2個反應器的COD去除率波動均較大，這是因為明膠廢水的COD和Ca2+含量均較高，前6個周期屬于梯度馴化階段。從第7個周期開始，2個反應器的COD去除率開始保持平穩(wěn)，其中2﹟SBR的COD去除率明顯高于1﹟SBR，并且在第15周期和第19周期COD去除率分別達到了90.4%、90.5%。這主要是因為2﹟SBR經(jīng)過生物預酸化處理后，COD含量有所下降（見表1），同時產(chǎn)生了易降解的可溶性有機物質(zhì)，使得COD去除效果更佳。

2.3SBR中MLSS、MLVSS的變化情況

活性污泥處理過程中，1﹟、2﹟SBRMLSS、MLVSS的變化情況分別如圖3、圖4所示。

圖3　1﹟、2﹟SBRMLSS的變化情況

由圖3可知，前6個周期，2個反應器的MLSS隨時間的增加而減少，其原因一方面是由于1至6周期進行梯度馴化，進水COD較低；另一方面是由于馴化過程中Ca2+的加入對污泥活性產(chǎn)生了抑制作用。從第7周期開始至第19周期，進水完全為明膠廢水，1﹟SBR的MLSS基本穩(wěn)定在2500~3200mg/L，而2﹟SBR的MLSS仍然呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，污泥不斷衰減。整個反應過程中，與1﹟SBR相比，2﹟SBR的MLSS減量率提高了49.3%，這主要是因為經(jīng)生物預酸化處理的明膠廢水COD含量降低，使得活性污泥微生物反應期間處于內(nèi)源呼吸期，衰亡速率大于增殖速率，導致污泥衰減。

圖4　1﹟、2﹟SBRMLVSS的變化情況

由圖4可知，隨著時間的增加，1﹟SBR的MLVSS先下降，到達第7周期后基本穩(wěn)定在1 200~1 400 mg/L，2﹟SBR的MLVSS卻持續(xù)下降。整個反應過程中，與1﹟SBR相比，2﹟SBR的MLVSS減量率提高了46.6%，這也進一步證明了內(nèi)源呼吸使微生物衰亡的事實。由于要和1﹟SBR同步比較，反應過程中并未降低曝氣反應時間以適應生物酸化后較小的進水COD，使得微生物長期處于延時的內(nèi)源呼吸期，導致污泥MLVSS持續(xù)下降。實際工程中為了保持污泥濃度穩(wěn)定，阻止其持續(xù)下降，可調(diào)整周期反應時間和進水COD濃度相適應，維持較低水平下穩(wěn)定的食微比（F/M）。

雖然2﹟SBR的MLSS、MLVSS在7至19周期隨時間的增加大幅度降低，但其COD去除率仍然較好，基本保持在75%以上，優(yōu)于1﹟SBR，說明經(jīng)生物預酸化處理的明膠廢水可在較低的活性污泥濃度下達到較好的COD去除效果。

2.4SBR中無機灰分的變化情況

1﹟、2﹟SBR無機灰分、出水pH的變化情況分別如圖5、圖6所示。

由圖5可知，2個反應器前8個周期無機灰分的變化情況基本相同，至第10周期開始，隨著時間的增加，1﹟SBR的無機灰分呈上升趨勢，2﹟SBR的無機灰分則呈下降的趨勢。整個反應過程中，與1﹟SBR相比，2﹟SBR的無機灰分減量率提高了58.2%。雖然2個反應器進水pH基本相同，均為7.4左右，但由圖6可以看出，2個反應器的出水pH卻有差別。和鹽酸調(diào)節(jié)pH的1﹟SBR進水相比，由于生物酸化作用，2﹟SBR進水中揮發(fā)性有機酸物質(zhì)增多，其進入反應器后，可能有利于活性污泥緩沖作用〔11〕的疊加，使得2﹟SBR出水pH在10至19周期維持在6.45～6.95，均低于1﹟SBR。由于長期在較低的pH環(huán)境下運行，有效抑制了鈣鹽的析出，這是2﹟SBR無機灰分明顯低于1﹟SBR的主要原因。其次，由于2﹟SBR進水經(jīng)生物預酸化處理后碳源COD含量低，內(nèi)源呼吸使得活性污泥微生物量逐漸減少，導致微生物呼吸作用產(chǎn)生相對較少的CO2，這也減少了CaCO3的析出，最終使2﹟SBR的無機灰分低于1﹟SBR并逐漸下降，達到了污泥減量化的目的。

圖5　1﹟、2﹟SBR無機灰分的變化情況

圖6　1﹟、2﹟SBR出水pH的變化情況

3　結(jié)論

（1）實驗結(jié)果表明，明膠廢水經(jīng)生物預酸化處理后，COD由1 065.3mg/L降至663.7mg/L，COD去除率達到37.7%，對后續(xù)活性污泥處理明膠廢水COD有較大貢獻，最終COD去除率達到90%。與鹽酸調(diào)節(jié)廢水pH的1﹟SBR相比，COD去除率平均提高了14.02%。

（2）經(jīng)生物預酸化處理后，2﹟SBR進水pH由11.8降低至7.4左右，并且活性污泥處理過程中也能維持6.45～6.95這樣較低的pH條件，使得鈣質(zhì)析出受到抑制。同時由于進水COD較低，使得活性污泥反應器中的微生物處于內(nèi)源呼吸期，污泥衰減作用增強。與1﹟SBR相比，2﹟SBR的MLSS減量率提高了49.3%，MLVSS減量率提高了46.6%，無機灰分減量率提高了58.2%。盡管如此，其污泥活性仍然很好，COD去除率達到90%。生物預酸化可達到較好的污泥減量化效果。

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Effectof the biologicalpre-acidification treatm entofgelatin wastewateron activated sludge reduction

Kong Xiuqin，GaoMeng，Zhou Changqin，Chen Lei
（Departmentof EnvironmentalEngineering，Collegeof PetrochemicalEngineering，Lanzhou University ofScience&Technology，Lanzhou 730050，China）

Since gelatin wastewater is characterized by high calcium，high COD，etc.，it is difficult to be treated. Through biological pre-acidification treatmentofgelatin wastewater，in the process of using activated sludgemethod for treatinggelatinwastewater，the changes in COD removing rate，MLSS，MLVSSand inorganic ash have been studied.The results show thatafter having been treated by biological pre-acidification，the pH of gelatin wastewater reduces from 11.8 to 7.4，and COD reduces from 1 058 mg/L to 671 mg/L.In the process of subsequent activated sludge treatment，compared with non-biological pre-acidification treatment，MLSS and MLVSS show an obviously downward trend.The final COD removing rate can reach 90%.In addition，since the reactor runs under a lower pH condition，the phenomena that the aeration produces CaCO3precipitation can be avoided，and the sludge inorganic ash reduces.Thebiologicalpre-acidification treatmenthave remarkable contribution to sludge reduction.

gelatin wastewater；activated sludge；pre-acidification；sludge reduction

X703

A

1005-829X（2016）10-0036-04

國家自然科學基金項目（51268034）

孔秀琴（1967—），教授。E-mail：xqkong2@126.com。

2016-06-24（修改稿）