程錦，張國(guó)珍，武福平，李世勇，馬凱，王宏偉

(蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

在西北干旱半干旱地區(qū),降水時(shí)間及降水量少,水資源缺乏[1]。西北農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，絕大部分沒有建設(shè)污水收集管道系統(tǒng)及污水處理設(shè)施[2]，導(dǎo)致污水直接排放。一方面浪費(fèi)了水資源，特別是污水中的氮磷等有利于植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng);另一方面各種污染物隨污水入河流，污染了地下水，地表水等各種飲用水水源[3]。因此，選擇一種對(duì)于有機(jī)污染物去除效果好，對(duì)氮磷去除效果相對(duì)差，建設(shè)成本低，不需要維護(hù)或?qū)Σ僮鞴芾砣藛T技術(shù)要求低的處理工藝，一方面保留農(nóng)村生活污水中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素，減少氮磷肥料的使用;另一方面防止因直接排放導(dǎo)致的地下水、地表水等各種飲用水水源的污染。

水解酸化作為厭氧處理的第1階段和第2階段，其作用是能夠去除污水中一定量的有機(jī)污染物，懸浮物，而對(duì)污水中的氮磷基本上不去除或者去除量少。水解酸化池作為預(yù)處理單元具有易操作維護(hù)，減少反應(yīng)器容積來降低成本，對(duì)有機(jī)污染物、懸浮物有一定的去除效果，對(duì)氮磷去除差等特點(diǎn)[4]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)用水和接種污泥

實(shí)驗(yàn)用水取自校園污水。實(shí)驗(yàn)接種污泥取自某啤酒廠厭氧污泥。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置與流程

圖1是高效水解酸化池+水平潛流人工濕地裝置示意圖。其中水解酸化池由有機(jī)玻璃制成，長(zhǎng)寬高為0.5 m×0.12 m×0.42 m，設(shè)計(jì)水深為0.38 m; 水解酸化池內(nèi)設(shè)置異波折板，折板長(zhǎng)為0.12 m，寬為0.05 m，厚為0.01 m，折板間的角度為90 ℃。池內(nèi)裝填組合填料。

圖1 高效水解酸化池+水平潛流人工濕地結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Diagram of high-efficiency hydrolytic acidification tank and horizontal subsurface flow constructed wetland

進(jìn)水為校園污水，采用連續(xù)進(jìn)水方式，污水通過蠕動(dòng)泵進(jìn)入到水解酸化池內(nèi)，然后水解酸化池的出水進(jìn)入到調(diào)節(jié)池中，調(diào)節(jié)池中的水為后續(xù)水平潛流人工濕地的進(jìn)水。水解酸化池的處理水量為50 L/d， 分別調(diào)整水力停留時(shí)間為12,18,24 h，確定最優(yōu)的對(duì)有機(jī)污染物去除效果好，對(duì)氮磷去除效果差的水力停留時(shí)間。測(cè)定水解酸化池進(jìn)水以及出水的有機(jī)污染物、氨氮、總氮和總磷的濃度。

2 結(jié)果與討論

水解酸化池對(duì)于進(jìn)水中各種污染物的處理效果取決于污水在人工濕地的停留時(shí)間。一方面污水中的污染物在人工濕地中所停留的時(shí)間越大越有利于污水中污染物的去除，但是過長(zhǎng)會(huì)造成人工濕地造價(jià)成本的升高。另一方面停留時(shí)間太短不利于污水中污染物的去除，進(jìn)而對(duì)后續(xù)工藝處理單元造成一定的影響[5]。

2.1 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中CODcr的去除

如圖2表示的是水解酸化池在水力停留時(shí)間為12，18，24 h對(duì)于生活污水中有機(jī)污染物的去除變化過程，其中橫坐標(biāo)時(shí)間表示各階段穩(wěn)定運(yùn)行期間10 d 為1周期測(cè)定所得到的數(shù)據(jù)(下同)。

圖2 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下CODcr的變化Fig.2 Changes of CODcr in hydrolysis acidification tank under different gydraulic retention time

由圖2可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的有機(jī)污染物去除率在26.79%～40.61%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率34.59%；水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的有機(jī)污染物去除率在42.55%～47.76%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率為45.00%；水力停留時(shí)間為24 h 相對(duì)應(yīng)的有機(jī)污染物去除率在 55.08%～62.66%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率為58.89%。隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，水解酸化池對(duì)有機(jī)污染物的去除率趨于上升，平均去除率從34.59%上升到58.89%。水解酸化池對(duì)有機(jī)污染物的去除率與水力停留時(shí)間呈正相關(guān)[6-7]。一方面由于水解酸化池內(nèi)微生物通過新陳代謝攝取有機(jī)物，使得污水中有機(jī)物的含量下降；另一方面是因?yàn)殡S著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，生活污水中的污染物與水解酸化池微生物接觸時(shí)間也越長(zhǎng)。

2.2 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中氨氮的去除

如圖3表示的是在水力停留時(shí)間分別為12，18，24 h，水解酸化池對(duì)于生活污水中氨氮的去除變化過程。

由圖3可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的氨氮增長(zhǎng)率在3.60%～7.29%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均增長(zhǎng)率5.63%；水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的氨氮增長(zhǎng)率在8.05%～12.23%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均增長(zhǎng)率為9.65%；水力停留時(shí)間為24 h相對(duì)應(yīng)的氨氮增長(zhǎng)率在16.63%～27.94%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均增長(zhǎng)率為21.56%。隨著水力停留時(shí)間延長(zhǎng)，水解酸化池系統(tǒng)對(duì)氨氮的增長(zhǎng)率趨于上升，平均增長(zhǎng)率從5.63%上升到21.56%。水解酸化池對(duì)氨氮的增長(zhǎng)率與水力停留時(shí)間成正相關(guān)。一方面污水中的有機(jī)氮發(fā)生厭氧氨化反應(yīng)，使有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮的量大于污泥的吸附和微生物同化的量，導(dǎo)致出水氨氮濃度高于進(jìn)水氨氮濃度；另一方面由于系統(tǒng)內(nèi)為缺氧環(huán)境，硝化細(xì)菌的硝化作用受到抑制，從而使氨氮無法轉(zhuǎn)化為硝氮和亞硝氮，致使出水中氨氮的濃度增加[8-9]。

圖3 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下NH4-N的變化Fig.3 Changes of NH4-N in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

2.3 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中TN(總氮)的去除

如圖4表示的是在水力停留時(shí)間分別為12，18，24 h，水解酸化池對(duì)于生活污水中總氮的去除變化過程。

圖4 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下TN的變化Fig.4 Changes of TN in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

由圖4可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的總氮去除率在2.05%～13.11%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率6.50%；水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的總氮去除率在7.22%～16.55%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率為11.43%；水力停留時(shí)間為24 h相對(duì)應(yīng)的總氮去除率在8.67%～19.62%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率為14.51%。隨著 HRT 延長(zhǎng)，水解酸化池對(duì)總氮的去除率趨于上升，平均去除率6.50%上升到14.51%,但去除效果較差[10]。一方面是由于水解酸化池內(nèi)微生物自身蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化導(dǎo)致總氮有所下降；另一方面由于污水中少量硝氮在反硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為氮?dú)馐沟每偟脑鲩L(zhǎng)率增加。

2.4 不同水力停留時(shí)間下水解酸化池對(duì)污水中TP(總磷)的去除

如圖5表示的是在水力停留時(shí)間分別為12，18，24 h，水解酸化池對(duì)于生活污水中總磷的去除變化過程。

圖5 水解酸化池在不同水力停留時(shí)間下TP的變化Fig.5 Changes of TP in hydrolysis acidification tank under different hydraulic retention time

由圖5可知，污水經(jīng)過水解酸化池處理后，水力停留時(shí)間為12 h相對(duì)應(yīng)的總磷去除率在 11.18%～16.23%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率12.7%；水力停留時(shí)間為18 h對(duì)應(yīng)的總磷去除率在16.35%～24.05%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率為20.48%；水力停留時(shí)間為24 h相對(duì)應(yīng)的總磷去除率在20.51%～30.07%的范圍內(nèi)變化，相對(duì)應(yīng)的平均去除率為25.00%。隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)，總磷的平均去除率隨之增加，污水中的污染物與攝磷微生物接觸的時(shí)間增長(zhǎng)，其生長(zhǎng)代謝作用所吸收轉(zhuǎn)化的磷素含量增加。

3 結(jié)論

(1)水解酸化池對(duì)污水中污染物的去除效果取決于水力停留時(shí)間的長(zhǎng)短，有機(jī)污染物、總氮、總磷的平均去除率與水力停留時(shí)間呈正相關(guān)。其中總氮、總磷的平均去除率隨著水力停留時(shí)間延長(zhǎng)上升緩慢，平均去除率較低。氨氮的平均增長(zhǎng)率隨著水力停留時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，上升緩慢，平均增長(zhǎng)率較低。

(2)水解酸化池作為預(yù)處理單元，能更大程度的去除有機(jī)污染物，而對(duì)總氮、總磷的去除率較低。出水中的氨氮比進(jìn)水中的氨氮含量高，即氨氮的去除率為負(fù)。