HABR處理農村生活污水的啟動性能研究

汪洋 宋忠忠

摘要：采用復合式厭氧折流板反應器（ HABR）處理農村生活污水，研究了其馴化啟動過程。結果表明：在室溫條件下（20～25℃），控制進水平均COD為350 mg/L，逐步縮短水力停留時間（36h-24h-12h），歷經60 d反應器啟動完成，啟動完成時COD平均去除率達到73%，出水pH值平均為7.5，污泥顆粒化程度沿水流方向遞減。啟動過程中表現出明顯的生物相分離特性。

關鍵詞：HABR;農村生活污水;啟動性能;污泥特性

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0039-04

1引言

當前，中國農村人口已達6.6億人口 ，然而中國農村生活污水的處理率僅為7%，大量未經處理的污水隨意排放，對農村生態環境產生了巨大威脅，對農村生活污水的有效處理已經成為迫切需要解決的重要環境問題。

厭氧折流板反應器（ABR）是一種新型高效厭氧反應器，復合式厭氧折流板反應器（HABR）是在ABR的基礎上，在原有無效部分架設填料，增大生物量。HABR結構簡單，運行成本低廉，系統穩定，處理效率高。HABR的上述優點使其適于處理農村生活污水，但目前HABR處理低濃度生活污水的研究還較為少見。該論文以配制的農村生活污水為進水，研究HABR反應器的啟動性能。

2材料與方法

2.1實驗裝置

HABR反應器使用有機玻璃制成，總有效容積為70L，共分為5個隔室，其中，第一隔室和第二隔室為初級過渡沉淀區，第三隔室、第四隔室和第五隔室為HABR反應區，其中上流室與下流室的水平寬度比為4：1，折流板底部倒角為45°，在上流室上部加入立體彈性填料，填料高度占上流室有效水深的1/3。采用蠕動泵均勻進水，在反應器中上下折流，經出水口排出，氣體采用排水法收集。實驗裝置如圖1所示。

2.2實驗水質與運行條件

實驗進水由蘭州某大學生活污水為基礎進行配置，水質指標參考農村生活污水水質，實驗用水水質情況見表1。

本實驗接種污泥取白蘭州市某污水廠重力濃縮池.經訓化成熟后，去除雜質靜置2d后，投加到反應器3、4、5隔室中，各隔室污泥投加量如表2所示。然后用生活污水填滿各隔室，閑置1d后連續通水。實驗開始時，系統各隔室MLSS約為14.8 g·L^-1，MLVSS/MLSS約為0.45。

本實驗所用填料為立體彈性填料，填料先經過15d好氧預掛膜，待填料表面形成一層褐色的生物膜后，放入反應裝置中.連續通水，開始啟動實驗。整個實驗在室溫下進行（20--25℃）。

2.3分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測定，pH值以Phs-3C型精密pH值計測定，SS和VSS采用重量法測定。

3結果與討論

本實驗采用低負荷啟動，啟動過程共分為3個階段，第一階段控制HRT為36h，對水質指標進行檢測并對反應器中的污泥性狀進行觀察和檢測。待COD去除率穩定后逐步縮短HRT開始第二、第三階段的實驗，實驗的具體結果如下。

3.1第一階段

第一階段控制HRT為36h，進水COD濃度為332.61，-448.49mg/L，采用低負荷方式啟動反應器，實驗共進行20d，COD去除率和pH的變化如圖2和圖3所示。

由圖2可知，在第一階段實驗初期，反應器出水COD濃度較高，COD去除率僅有21.94%，且波動較大，這是因為在反應器啟動初期，新接種的污泥尚未適應廢水水質，污泥活性尚未恢復，反應器整體穩定性較差。這一階段反應器中污泥出現上浮現象，出水SS較高，水質渾濁，經分析后認為這可能是由于顆粒污泥形成階段，污泥表面產生沼氣，使得污泥密度較輕，在水力負荷的推動下使一部分污泥隨出水流失。反應器運行8d以后，該現象逐漸消失。

在第一階段實驗后期，COD去除率不斷提升，經過20 d的實驗.去除率逐漸穩定在55%左右，且反應器各隔室都出 現了氣泡。由圖2和圖3可知，反應器第一隔室對COD去除率貢獻最大，pH值下降也最明顯，反應器后四個隔室對COD去除率的貢獻較第一隔室有明顯減小，pH值也有小幅回升。根據厭氧生物處理的基本理論，大分子有機物首先在胞外水解酶的作用下水解為小分子物質，之后在產酸菌的作用下進一步轉化為以揮發性脂肪酸為主的末端產物，最后在產甲烷菌的作用下轉化為甲烷，二氧化碳和新的細胞物質。由此可以看出，廢水中的有機物在第一隔室中轉化為揮發性脂肪酸以及二氧化碳，氫氣等氣體，而產甲烷菌由于繁殖速率緩慢，世代時間較長，生存條件較苛刻等原因，導致有機酸在第一隔室內大量積累，使得第一隔室pH產生了明顯的下降。由于負荷較低，這一階段COD的去除主要以第一隔室為主.后端隔室營養物質不足，污泥活性尚未恢復。

3.2第二階段

第一階段實驗結束后，控制HRT為24h，進水COD濃度為316.05～409.36mg/L，實驗共進行20d，COD去除率和pH值的變化如圖4和圖5所示;

結合圖4和圖5可以看出，第二階段反應器經過20d的運行之后，COD去除率穩定在63%左右，反應器對COD的去除主要發生在第一和第二隔室，其中第一隔室對去除COD的貢獻最大。第一第二隔室的pH值都有所降低，在之后的隔室中pH值逐漸升高。經過分析認為，首先，這是由于懸浮性有機物在第一和第二隔室發生沉淀而得到去除;其次，有機物在第一第二隔室中都發生了水解酸化，大分子有機物被分解為有機酸以及二氧化碳、氫氣等氣體，有機酸的積累使得第一、第二隔室中的pH值出現了明顯的降低。后面三個隔室中的產甲烷菌利用前端產生的有機酸生成甲烷，二氧化碳等物質，使后端隔室pH值不斷上升。隨著HRT的逐漸縮短以及有機負荷的逐步提高，后端隔室污泥活性開始恢復，去除率得到了一定的提高。

3.3第三階段

第二階段實驗結束后，進一步縮短水力停留時間，控制HRT為12h，進水COD濃度為317.56～419.90mg/L，實驗共進行20d，COD去除率和pH值的變化如圖6和圖7所示。

由圖6可知，隨著HRT的進一步縮短，有機負荷進一步提高，COD的去除率也逐步得到提升，經過第三階段20d的運行，COD去除率最終穩定在73%左右。在第三階段前5d，COD去除率出現了明顯的波動，這是因為水力負荷過大導致污泥受到沖擊使得反應器穩定性下降，也可能是HRT過短導致廢水與污泥接觸不充分因而未能快速恢復活性所致。

由圖7可知，pH值在前兩個隔室內連續下降，第二個隔室內pH值降到最低，后三個隔室中pH值逐漸升高。這說明前兩個隔室中有機物發生水解酸化，后三個隔室中微生物利用有機酸產生甲烷。

與第二階段相比，后三個隔室的處理效果得到了進一步提升，這是因為隨著HRT的縮短，廢水通過反應器各個隔室的速度更快，使得反應器處理重心后移，這充分體現了HABR反應器抵抗沖擊負荷的能力，在運行工況發生突變后，反應器也能夠正常運行。

3.4顆粒污泥特性

通過觀察發現，反應器啟動階段開始時接種的污泥成黑色絮體狀，較粘稠，有明顯的臭味，經過60d的啟動實驗，反應器中出現明顯的顆粒污泥，第三格室中的污泥呈現明顯的顆粒化，粒徑較大，顆粒較松散。第四和第五格室中的污泥粒徑較小，顆粒較密實。圖8是反應器啟動完成后，反應器各隔室顆粒污泥的粒徑分布情況，從圖8中可以看出，第3隔室粒徑在0.45mm以上的顆粒污泥占污泥總量的86.36%，第4隔室為72.86%，第5隔室為65.67%，污泥顆粒化程度沿水流方向呈現明顯的遞減，這可能是由于前端隔室有機物充足.使得前端隔室中污泥顆粒化程度好于后端隔室，這可以說明有機負荷同污泥顆粒化程度呈現一定的正相關性。

通過顯微鏡觀察發現，反應器第一和第二隔室中主要分布螺旋菌和弧菌，第三隔室以短桿菌為主，第四隔室中主要分布球菌和絲狀菌，第五隔室中分布著大量的絲狀菌。鏡檢的結果，反映出HABR反應器中菌種多樣性良好，菌種沿水流方向分布合理，使得微生物種群在水流方向上的不同隔室中順次實現產酸相和產甲烷相分離，也使得反應器抵抗沖擊負荷的能力得到了提升，同時也提升了反應器的處理能力。

4結論

（1）反應器中接種厭氧污泥，對填料進行好氧預掛膜，采用低負荷啟動，逐漸縮短水力停留時間，歷經60d啟動成功，COD去除率達到73%，出水pH值在7.5左右。

（2） HABR系統表現出較強的抗沖擊負荷能力，在運行條件發生突變時，整個系統運行效果也較為穩定，最終反應器成功啟動。

（3）啟動實驗完成后，污泥顆粒化程度沿水流方向呈明顯遞減，分級現象顯著。鏡檢的結果表明反應器沿水流方向不同隔室微生物出現相分離。