樊昌井 邱翼 左宁
针对目前基于各种原理开发的污泥减量技术中存在的氮、磷去除效率低的技术难题，尤其是污泥减量与生物除磷效果不能兼优[1，2]的尖锐矛盾，笔者辅以外排厌氧富磷污水除磷，开发了具有强化除磷脱氮功能的污泥减量HA-A/A-MCO新工艺(Hydrolysis-Acidogenosis-Anaerobic/Anoxic-Multistep Continuous Oxictank)，长期试验研究发现该工艺具有稳定良好的除磷脱氮和污泥减量效果。本研究目的旨在考察pH值对该工艺水解酸化池发酵产酸的影响。
1 材料与方法
1.1 试验装置及工艺流程
HA-A/A-MCO工艺流程见图1。该工艺生物处理单元是采用水解酸化、多级串联接触曝气、连续流的除磷脱氮A2/O工艺，由水解酸化池、厌氧释磷池、缺氧池、多级串联接触曝气池、二沉池、侧流除磷池和化学除磷池组成。反应装置用PVC材料制作，其中水解酸化池有效容积为50L，HRT为2.5 h;厌氧池和缺氧池有效容积均为30L，HRT均为1.5 h;多级串联接触曝气池分成相对独立的三格:第一格细菌分散培养区有效容积为15L，HRT为0.5h～0.75 h;第二格原生动物生长区有效容积为30L，HRT为1.5h;第三格后生动物生长区有效容积为40 L，HRT为2 h;多级串联接触曝气池池底安装有微孔曝气管通过空气压缩机充氧，第二、三格填有填充比为 40%的组合式生物填料。侧流沉淀池用以提供化学除磷所需的厌氧释磷上清液，HRT为1 h;二沉池采用辐流式，HRT为1 h。
污水与少量厌氧释磷污泥导入水解酸化池，完成VFA的转化和污泥量的减少。水解后富含VFA的清液与缺氧脱氮后的反硝化回流液混合进入厌氧池，在VFA刺激下，强化聚磷菌释磷获得高浓度释磷液。据厌氧释磷液磷浓度，将13%进水量的释磷清液导入化学除磷池进行磷的化学固定，产生的化学污泥用于磷回收。释磷后的混合液与好氧硝化液、回流污泥一起导入缺氧池完成氮的反硝化去除，脱氮后混合液与除磷上清液进入多级串联接触曝气池完成磷的好氧吸收、碳的氧化以及氮的氨化、硝化，该池利用有机物浓度梯度、水利停留时间和溶解氧浓度及生物填料填充比等因素控制范围的不同提高高等微生物的生长密度、延长食物链，利用微型动物的逐级捕食作用减少污泥产量，经多级串联接触曝气池生物反应后的混合液最后经二沉池沉淀出水排放。
运行过程中，装置进水流量为20 L/h;多级串联接触曝气池三格的DO分别为(0.5～1.0)mg/L，(1.0～1.5)mg/L，(1.0～1.5)mg/L;污泥回流比、硝化液回流比、反硝化脱氮液回流比、厌氧释磷污泥回流比分别为40%，150%，100%和2%。
1.2 试验水质及测试方法
试验用水由重庆大学校园生活污水和自来水再加一定量的淀粉、葡萄糖、奶粉、NH4Cl、无水Na2CO3和KH2PO4配制而成，试验进水水质及分析方法如表1所示。
表1 试验水质指标及分析方法
2 试验结果
2.1 pH值对VFA产生量的影响
本研究用NaOH或HCl调节水解池pH值，研究不同pH条件下水解产酸效果。
图2为不同pH值条件对水解池VFA产生量的影响结果。从图2中看出，pH=7～8时，VFA产生量明显大于pH值 3～6，9～10和不调节pH情况下的值;水解池不调节pH值的原始状态时，其VFA产生量介于pH=6～7之间;pH=3～6时，相对于其他pH条件产酸量低得多;当pH=7～8时，产酸量明显增加，尤其当pH=8左右时，VFA取得最大值，339mg/L;水解池不调节pH条件下，水解产生的总VFA量较pH=7～8时稍低，连续测定1个月，运行结果的均值为275mg/L;当pH增至9和10时，产生VFA的量分别为159mg/L和104mg/L，较pH=7～8时的VFA值明显低得多，这可能是因为pH=9～10的较强碱性环境对污泥中与产酸有关的微生物有一定的毒性作用，抑制、降低其活性，甚至可能杀灭部分产酸微生物。
从图2的分析结果可以得出:当水解池pH控制在8左右的偏碱性条件时，发酵产生的总VFA量最高，较不调节pH情况下的产酸量高约23%。结合HA-A/A-MCO系统的污水处理效果发现[3，4]，即便在水解池不调节pH值的情况下，系统已经能够取得理想的同步除磷脱氮效果，各污染物出水指标均满足GB 18918-2002一级A标准。
从节能以及投加酸、碱等化学药品可能对后续系统的微生物造成不利影响等方面综合考虑，认为HA-A/A-MCO系统水解池发酵产酸的pH可以不用调节。
2.2 pH值对乙酸、丙酸产生量的影响
本论文还专门研究了各种短链脂肪酸(乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸、正戊酸和异戊酸)对于增强磷释放效率的影响情况，图 3反映了磷释放量与各种有机酸吸收量的比值(ΔP/ΔS)。
从图3可以看出，乙酸和丙酸的 ΔP/ΔS值最大，且乙酸的ΔP/ΔS值比丙酸的还要高，因而释磷效果较好;其他脂肪酸正丁酸、异丁酸、正戊酸和异戊酸的ΔP/ΔS值依次减小。试验结果表明，乙酸和丙酸是增强厌氧释磷效率、提高生物除磷效果的最佳短链脂肪酸，且乙酸比丙酸的作用明显。因此，通过增加水解池发酵产物中这两种酸的比例就能够强化HA-A/A-MCO系统的生物除磷能力。
3 结语
通过考察pH值对HA-A/A-MCO工艺水解酸化池发酵产酸效果的影响发现，水解池不需调节 pH值即可获得足够的用于除磷脱氮所需的VFA量，乙酸和丙酸是增强系统厌氧释磷效率、提高生物除磷效果的最佳短链脂肪酸，且乙酸比丙酸的作用明显。
[1] 吉芳英，左 宁，黄力彦，等.水解酸化—A2O污泥减量工艺的运行性能研究[J].环境工程学报，2010，4(4):795-800.
[2] 左 宁，吉芳英，黄力彦.污泥减量工艺:HA-A/A-MCO的好氧脱氮机制分析[J].中国给水排水，2010，26(5):16-20.
[3] 左 宁，吉芳英，黄力彦，等.污泥减量化工艺:HA-A/A-MCO的除磷性能及磷回收[J].中国给水排水，2009，25(15):29-33.
[4] Yarmolinsky M B.Programmed cell death in bacterial popu lations [J].Science，1995(267):836-837.
