A2/O反應器與懸浮填料結合效果研究

摘要 [目的] 提高A2/O工藝在污水處理方面的處理效能。[方法] 將懸浮填料投放到A2/O反應器的好氧池中掛膜，采用活性污泥啟動法處理人工調配的模擬生活污水。[結果] 反應器穩定運行以后，進水 COD去除率可以達到90%以上;進水氨氮去除率最高可以達到98%以上;進水磷酸鹽去除率穩定在88%左右。[結論] 懸浮填料式A2/O反應器的出水COD、氨氮和總磷均滿足國家一級A排放標準。

關鍵詞 懸浮填料式A2/O反應器;生活污水;工藝參數

中圖分類號 S181.3 "文獻標識碼

A "文章編號 0517-6611（2014）32-11456-04

Study on the Combination Effects of A2/O Reactor Combined with Suspended Carrier

ZHANG Hongmin1， WANG Shuang2， WANG Shuli1* （1.School of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040;2. Shanxi Earth Reclamation Environmental Engineering Co.， Ltd.， Taiyuan， Shanxi 030000）

Abstract " [Objective] The research aimed to study the treatment effects on sewage treatment with Anaerobic-Anoxic-Oxic（A2/O）process.[Method] After the biofilm culturing of suspended filler in aerobic pool， A2/O reactor is used to dispose the artificially mixed wastewater， making use of activated sludge method.[Result] The results showed that after the suspended filler A2/O reactor running stably， the COD removal rate could reach 90%， the ammonia nitrogen removal rate could reach 98%， and the TP removal rate was steady at 88%.[Conclusion] The COD， ammonia nitrogen and total phosphorus of suspended filler A2/O reactor effluent could meet the emission standard of nationallevel A.

Key words Suspended filler A2/O reactor; Domestic sewage; Process parameters

傳統A2/O工藝雖然已經較成熟，但是脫氮除磷效能始終是一個相互制約和聯系的問題[1]。為此，該研究以傳統A2/O反應器作為基礎，投放懸浮生物填料，利用生物膜技術改進傳統A2/O反應器的去除效能，以期實現磷和氨氮的同時高去除率，并對其他一些相關數據進行考量。

1 試驗裝置與工藝流程

1.1 試驗裝置

懸浮填料式A2/O試驗裝置流程如圖1所示。

圖1 試驗裝置流程示意

反應器主體裝置是一個實際指標為47 cm×31.5 cm×46 cm的反應箱，反應器主體反應箱內部被分成5個相對獨立又相互連通的小反應器。污水利用蠕動泵，在可控流速的情況下引入反應器，依次流入厭氧池、缺氧池、好氧池Ⅰ、好氧池Ⅱ和沉淀池，其中好氧池Ⅰ、Ⅱ均加入了40%的填料[2]，利用空氣泵對反應器進行曝氣。

1.2 試驗水質

由于實際生活污水污染物濃度和成分變化波動較大，容易對反應器產生不可預知的后果，為了能使反應器迅速穩定地啟動和運行，并在較短的時間內獲得更準確和有價值的數據，決定采用人工調配的模擬生活污水對反應器進行測試[3]。模擬廢水水質具體成分見表1。

1.3 填料的選擇

懸浮填料式A2/O工藝核心部分就是在A2/O反應器的兩個好氧池加入了填料作為微生物生長載體，試驗選擇聚乙烯塑料填料，填料外形為中空圓柱體，直徑

作者簡介 張洪敏（1982- ），男，黑龍江齊齊哈爾人，在讀博士，從事水土保持與荒漠化防治研究。*通訊作者，教授，博士，從事林業生態工程及恢復生態學方面的研究。

收稿日期 20140928

為10 mm，高10 mm，壁厚0.5 mm，外表面光滑，內部有三角形隔板，將填料內部分成3個小空間，其總比表面積為527 m2/m3，空隙率83.03%，堆積密度120 kg/m3，填料實物如圖2所示。

表1 人工配水成分 mg/L

化合物濃度化合物濃度

C6H12O6750COD300

NH4Cl133.75NH3N35

KH2PO415.35PO3-4P3.5

NiCl·6H2O0.02CaCl21.3

MnSO40.16MgCl2·6H2O8.9

FeCl2·4H2O2.50ZnSO4·7H2O0.075

CoCl2·6H2O0.085

1.4 分析項目及方法 檢測方法參照國家環保局編寫的《水和廢水檢測分析方法》（第四版）。檢測項目包括COD、NH3N、NO3N、NO2N、TP以及pH;微生物相采用光學顯微鏡觀察;生物膜量采用堿洗法分析[4]。

圖2 試驗用填料

2 懸浮填料式A2/O反應器的啟動

由于真實的生活污水濃度變化比較大，不穩定，為了使反應器能夠迅速穩定地啟動，填料能夠成功快速掛膜，懸浮填料式A2/O反應器啟動初期，采用人工調配的模擬生活污水進行馴化培養，采用污泥接種法啟動反應器，接種污泥取自于污水處理廠二沉池污泥[5-6]。

2.1 懸浮填料式A2/O反應器的污泥接種

因為試驗反應器進水是人工配水，懸浮污物SS很低，在這種情況下不利用接種污泥直接啟動，啟動周期將很漫長，可達幾個月，而且出水水質很難在短時間內達到要求。所以該反應器啟動采用污泥接種方法。懸浮填料式A2/O反應器的接種污泥取自于污水處理廠二沉池污泥。

反應器啟動階段，先將人工調配的模擬生活污水從進水口引入，直至充滿整個反應器，打開由好氧池Ⅱ到缺氧池的蠕動泵，實現好氧池和缺氧池的內循環及污泥回流。打開可調試氣泵，向好氧池Ⅰ和好氧池Ⅱ中曝氣，控制好曝氣量，使好氧池Ⅰ、Ⅱ中生物懸浮填料呈流化狀態，測得溶解氧在2.0～3.0 mg/L之間。這樣悶曝72 h后，可見懸浮填料式A2/O反應器好氧池Ⅰ、Ⅱ中填料表面長出一層可以肉眼觀察到的生物膜，整個反應器內的污泥也有大量增長，從而得知反應器內污泥基本接種成功，反應器基本啟動，可以進行后續測試。

在懸浮填料式A2/O反應器運行初期，出水渾濁，懸浮物較多，在運行7 d后，進水COD 310 mg/L左右，出水COD可以穩定在49 mg/L左右，去除率可以達到80%以上，在運行14 d以后去除率可以穩定在85%以上。7～14 d COD的進水、出水及去除率的關系如圖3所示。反應器經過7 d的適應期，污泥馴化以及懸浮填料生物膜[7-8]接種基本成功，反應器開始穩定運行，去除率隨之高效穩定[9]。

圖3 反應器啟動初期COD進水、出水及去除率變化情況

2.2 懸浮填料式A2/O反應器的生物膜培養及測定

活性污泥引入反應器，連續運行3～4 d后，懸浮生物填料上形成一層薄薄的膠狀物質，微生物開始繁殖，說明懸浮生物填料已經掛膜。

掛膜期間，經常采樣鏡檢，觀察生物相的變化。圖4左側3顆填料是已經掛膜成功的懸浮填料，而右側一顆填料是未掛膜的懸浮填料，很明顯可以看到掛膜成功的懸浮填料表面有一層類似于油脂的生物膜，隨著時間推進，可以明顯地看見懸浮生物填料上的生物膜逐漸生長，變粗加厚;圖5是將掛膜成功的懸浮填料與未掛膜的懸浮填料放置于靜水中進行比較觀察，左側填料可清晰看到絮狀生物膜;圖6是在顯微鏡下觀察到的懸浮填料上的生物膜。對反應器的生物膜生物量進行了測定，好氧池Ⅰ為5 675 mg/L，好氧池Ⅱ為5 550 "mg/L。鏡檢發現反應器存在大量輪蟲[10]、鐘蟲、漫游蟲等，以上生物相[11]檢測可說明反應器掛膜成功。

圖4 掛膜成功的懸浮填料與未掛膜的懸浮填料

圖5 水中掛膜成功的懸浮填料與未掛膜的懸浮填料

圖6 顯微鏡下填料上的生物膜

3 結果與分析

3.1 懸浮填料式A2/O反應器各指標特性

3.1.1 懸浮填料式A2/O反應器對COD的去除特性。反應器對污水中有機物的去除能力是評定反應器性能的重要標準之一。在反應器運行初期，COD去除率較低，運行一個月左右，出水COD濃度逐漸小于50 mg/L，并持續降低，最低可以達到27.9 mg/L，最終穩定在28.4 mg/L左右，去除率達到90%以上，滿足國家污水排放一級A標準，COD去除特性見圖7。由圖7可知，反應器啟動期，由于反應器中污泥接種，微生物的建立及大量繁殖，COD曾經有一段時間被大量去除;反應器運行初期，懸浮生物填料掛膜緩慢，對反應器去除效果有一定的影響，COD去除效果不是很好，但是隨著馴化時間的延續，去除效果逐步提高，并趨于穩定。

圖7 COD去除特性

安徽農業科學 " " " " " " " " " " " " 2014年

3.1.2 懸浮填料式A2/O反應器對氨氮的去除特性。

反應器對氨氮的去除效果如圖8所示，氨氮進水濃度在26.7～41.2 mg/L之間變化，進水氨氮濃度始終有一定的波動，但只有在反應器運行初期出水氨氮濃度較高，并且變化較大，當反應器穩定運行后，出水氨氮濃度能保持在0.3～4.7 mg/L之間，基本穩定在4.2 mg/L左右，去除率最低可達到88%以上，最高可以達到98%以上，反應器穩定運行期間，氨氮出水低于4.7 mg/L，滿足國家排放一級A標準。

圖8 氨氮去除特性

3.1.3 懸浮填料式A2/O反應器對磷的去除特性。

懸浮填料式A2/O反應器的運行引入的是人工調配的模擬生活污水，配水中的總磷是用磷酸鹽（KH2PO4）配制的。如圖9所示，進水磷酸鹽濃度在3.5 mg/L左右。隨著反應器的穩定運行和進水量的不斷增加，進水總磷鹽去除率穩定在88%以上，最高可以達到90%，出水磷酸鹽濃度始終小于0.43 mg/L，最低可達0.37 mg/L，滿足國家排放一級A標準。

圖9 總磷去除特性

3.2 參數的改變對懸浮填料式A2/O反應器處理效果的影響

3.2.1 水力停留時間對懸浮填料式A2/O反應器處理效果的影響。

為了驗證水力停留時間與反應器去除能力的關系，在懸浮填料式A2/O反應器運行穩定后，進行了若干次修改工藝參數的試驗。

試驗主要思路是在反應器其他參數不變的情況，只改變水力停留時間[12]，測定COD、氨氮等的去除率。結果表明，進水COD濃度保持在300～350 mg/L之間，氨氮在35 mg/L左右，水溫保持在22 ℃左右，調整蠕動泵控制水力停留時間為1、2、4、6、8、10、12 h，HRT與COD去除率的關系如圖10所示，HRT與氨氮去除率關系如圖11所示。

圖10 HRT與COD去除率的關系

由圖10 可以看出，在水力停留時間為1 h時污水的COD濃度從321.51 mg/L減少到109.31 mg/L，去除率達到66%。此后隨著水力停留時間的不斷增加，COD的去除率也不斷地提高，當達到HRT=8 h時趨于穩定，COD從325.61 mg/L減少為29.31 mg/L，去除率達到91%，隨后隨著水力停留時間的繼續增加，COD去除率增加幅度減少，還有降低的趨勢。

由圖11可以看出，在水力停留時間為1 h時污水的氨氮濃度從35.31 mg/L減少到23.49 mg/L，去除率達到33.5%。此后隨著水力停留時間的不斷增加，氨氮的去除率不斷地提高，但是當HRT=8 h時趨于穩定，當水力停留時間繼續增加時，氨氮的去除率雖然仍繼續提高，但是提高幅度減少。可見HRT=8 h是比較合理的水力停留時間。

圖11 "HRT與氨氮去除率的關系

3.2.2 pH對懸浮填料式A2/O反應器處理效果的影響。

懸浮填料式A2/O反應器有4個反應池，為了更好地考察污水在4個反應池的pH變化情況，進行2組試驗。第一組試驗，在進水pH不變的情況下，分別對懸浮填料式A2/O反應器的4個反應池進行pH測量;第二組試驗，在保證其他參數不變，改變反應器的進水pH的情況下，考察反應器對COD的去除效果。

圖12 懸浮填料式A2/O反應器各反應池pH變化曲線

由圖12可以看出，進水pH是7.13，經過厭氧池后，pH略微降低為7.07，接下來在缺氧池，pH迅速上升到7.35，好氧池 Ⅰ pH繼續升高到7.39，而好氧池 Ⅱ pH略微下降到7.36，最后出水的pH下降到7.24。基本反映了懸浮填料式A2/O反應器整個運行過程污水pH的變化規律[9]。

圖13 pH與COD去除率的關系

由圖13可以看出，在保證其他參數不變的情況，pH為7.09接近于中性時，COD的去除率最高，可以達到90.82%，而pH=6.27和pH=8.75時，反應器進水處于偏酸和偏堿情況，COD的去除率分別為84.21%和86.46%。這說明懸浮填料式A2/O反應器在接近中性的條件下去除率最好，偏酸或者偏堿的情況下，都會對反應器的去除效果產生影響。

4 結論

（1）懸浮填料式A2/O反應器啟動一個月左右，即可以實現穩定的污水處理。pH在6.9～7.3之間，水力停留時間保持在8 h，溫度在22 ℃左右，進水COD濃度在300～350 mg/L之間，COD出水可以穩定在28.4 mg/L，去除率可以達到90%以上;進水氨氮濃度在26.7～41.2 mg/L之間，氨氮出水濃度可以保持在0.3～4.7 mg/L之間，穩定在4.2 mg/L，去除率最高可以達到98%以上;進水磷酸鹽濃度在3.5 mg/L左右時，總磷出水可以穩定低于0.43 mg/L，最低可以達到0.37 mg/L，去除率穩定在88%以上，最高可以達到90%。懸浮填料式A2/O反應器的出水COD、氨氮和總磷均滿足國家一級A排放標準，實現了試驗前的預期效果。

（2）在不改變溫度、進水污水成分、pH等參數的情況下，將水力停留時間HRT改變進行測試。隨著HRT由1、2、4、6、8、10、12 h不斷地提高，COD去除率也在不斷地提高，當HRT=8 h時，COD去除率趨于穩定，COD從325.61 mg/L減少到29.31 mg/L，去除率達到91%，但是HRT繼續增加，COD去除率增加幅度逐漸減小，還有降低的趨勢。

（3）在不改變溫度、進水污水成分、HRT、pH等參數的情況下，對懸浮填料式A2/O反應器6段水質的pH進行測量，可以看到pH在反應器中呈先降低然后迅速升高再逐漸升高最后降低的變化規律。

（4）在不改變溫度、進水污水成分、HRT等參數的情況