近年來，規模化畜禽養殖帶來的糞污污染成為農村環境治理的一大難題，由于畜禽養殖本身成本較高且利潤較低，對處理費用較高的畜禽廢水處理工藝難以承擔。因而，前期建設成本、運行和管理費用低，高效率、低能耗的處理工藝越來越受到重視。在生物處理過程中，畜禽廢水中高濃度的磷氮對微生物的生存是有毒性的，pH的波動也使得微生物的活性受到抑制，這成為目前畜禽廢水生物處理不成功的重要因素。筆者采用水解酸化預處理+A2O/工藝處理養殖廢水，不僅可以使pH得以調整，將磷和氮從污水中去除，而且減少用地、降低造價和運行費用，為生物法處理養殖廢水提供理論依據和價值參考。
1、材料與方法
1.1 接種污泥
水解酸化池的接種污泥取自贛州市定南縣生活污水處理廠。
1.2 養殖廢水
“水解酸化+A2O”試驗用養殖廢水，廢水具體成分見表1。
1.3 檢測方法
各檢測指標采用的主要儀器和方法見表2。
2、結果與分析
2.1 水解酸化池的快速啟動
水解酸化反應在室溫下啟動。接種污泥取回后經過2h沉淀后，將污泥導入水解酸化池，污泥體積占反應器體積的30%。試驗采用連續進水方式，水力停留時間為12h。微生物對廢水有一個適應過程，因此進水濃度采用逐漸增加的策略。水解酸化池啟動期間的污泥濃度如圖1所示。
從圖1可看出，在進水的前幾天，水解酸化池中的污泥濃度呈現快速下降的趨勢，這是由于反應器剛啟動不穩定，部分污泥隨著出水流失，同時大量好氧微生物因為環境改變而死亡。隨著兼性菌和厭氧菌的大量繁殖，污泥濃度開始慢慢升高，并逐漸成為水解酸化池的主導微生物，污泥濃度趨于穩定。最后幾天污泥濃度維持在7200mg/L左右，污泥呈灰褐色，啟動完成。
揮發性脂肪酸(VFA)是水解酸化的主要產物，進出水的VFA變化可以直接反映水解酸化的效果。由圖2可見，在啟動的前期，系統出水的VFA含量無明顯的變化。隨著系統的逐漸穩定，VFA濃度不斷增加，最好穩定在一定水平。這是由于兼性微生物和厭氧微生物逐漸成為主導菌群，活動力增強。VFA作為它們主要的代謝產物含量增加，表明系統水解酸化過程良好。
pH是反映水解酸化過程的重要指標。由圖3可知，在啟動前期，系統的pH變化很小，進出水的pH非常接近，保持在7.3～7.6。隨著系統的逐漸穩定，兼性菌和厭氧菌的大量繁殖，其代謝產物VFA開始積累，導致出水pH開始穩步下降，最后穩定在6.5～6.7，系統啟動成功。水解酸化微生物對pH的適應性很強，在pH3.5～10.0都能反應。當然pH對水解酸化微生物的生長繁殖還是有影響的，研究表明最適pH為5.5～6.5。
啟動期間水解酸化池內COD的變化如圖4所示，在啟動的前幾天接種污泥還不能適應新的環境體系，進出水COD無明顯變化。隨著好氧微生物的大量減少、兼性微生物及厭氧微生物數量的逐漸增加，系統內的有機污染物逐漸降解，出水COD漸漸低于進水COD，COD去除率穩步提升。隨著整個系統的穩定運行，COD去除率趨于穩定，最后水解酸化池的COD去除率穩定在27%左右，反應器啟動完成。
2. 2水力停留時間對水解酸化效果的影響
水力停留時間是控制水解酸化工藝的關鍵因素，要保證后續工藝的穩定運行，就要有效地控制水力停留時間。雖然較長的水力停留時間可以增加菌群與有機質的接觸程度，但是過長的時間對污染物的去除并無顯著的提高。
從不同水力停留時間下水體COD的去除率變化情況(圖5)可看出，當水力停留時間為8h時，COD的去除率為21%～23%，提高水力停留時間到10h，COD的去除率提高至26%～29%，繼續提高水力停留時間對COD的去除無明顯作用，去除率和8h無顯著差別。水解酸化池主要通過污泥截留和大顆粒有機物的沉淀來去除COD，在一定范圍內提高水力停留時間，菌群和有機物的接觸程度增加，COD去除率也會變大。當達到一定限值后，繼續提升水力停留時間對COD的去除率影響很小。
不同水力停留時間對SS去除率變化如圖6所示，水解酸化池SS的去除相當穩定，去除率維持在70%～75%，且不同水力停留時間對SS去除率沒有明顯的影響。這是由于厭氧污泥表面積大，吸附性強，對水中大部分懸浮物具有很強的吸附力，同時能夠沉淀大顆粒有機物。
綜合不同水力停留時間下COD和SS的去除情況，水解酸化池最佳水力停留時間選擇為10h。
2.3 水解酸化池對營養鹽的去除效果
水解酸化池對氨氮的去除情況如圖7所示，進出水氨氮濃度無明顯變化規律。這是由于水解酸化池基本無硝化過程，僅存在小部分的反硝化作用，因此出水氨氮有時會略低于進水濃度。同時由于微生物對有機氨的降解作用，形成少量氨態氮，有時出水濃度會略高于進水濃度。總體來說，水解酸化池對氨氮濃度的影響較小，進出水無明顯變化。
由圖8可知，水解酸化池對總磷有一點的去除效果，但去除率較低。進水總磷濃度在25～28mg/L，出水總磷在23～26mg/L，總磷去除率為4%～6%。水解酸化池對總磷的去除主要是對不溶性磷的沉淀截留和微生物降解去除，去除率不高。總磷的去除還得依靠后續厭氧和好氧條件下的生物除磷共同完成。
2.4 水解酸化+A2O組合工藝對廢水的處理效果
該試驗在水解酸化池和A2O反應器均穩定運行時采取了連接，其中水解酸化池的水力停留時間為10h，A2O反應器最優控制參數為:回流污泥比控制在70%，混合液回流比控制在300%，好氧池溶解氧濃度控制在3mg/L。
水解酸化池可提高廢水的可生化性，水解酸化就是利用水解微生物和產酸微生物的共同作用將污水中的一部分大分子和難溶解的有機物轉化成小分子易生物降解的有機物，這樣就方便了有機底物被后續厭氧段微生物的快速有效吸收。COD和氨氮的去除效果如圖9所示，經過水解酸化預處理后，系統的處理能力有了很大提升，COD和氨氮的平均去除率分別達89.2%和77.4%。其中，COD出水平均濃度為284mg/L，氨氮平均濃度為59mg/L。
水解酸化過程中產生的揮發性脂肪酸是影響生物除磷過程好壞的主要基質。在生物除磷過程中，進水中揮發性脂肪酸的含量和其他轉化來的揮發性脂肪酸能否滿足聚磷菌合成需求是控制聚磷菌釋磷和吸磷效果的控制要點。生物除磷過程中的釋磷和吸磷是2個緊密聯系的過程，聚磷菌想要更好吸磷的前提是在厭氧環境的充分釋磷。提高進水中揮發性脂肪酸的含量可以提高釋磷速率，釋磷量和PHAs的生成量。厭氧釋磷量越高，聚磷菌在厭氧段儲存的PHAs越多，對應好氧段的聚磷量也會隨之增加，對磷的去除效果也越好。總磷的去除效果如圖10所示，經過水解酸化預處理后，系統的除磷能力也有很大提升，在總磷進水平均濃度為30.4mg/L時，總磷平均去除率達84.2%，出水平均濃度為4.8mg/L。
3、結論與討論
該試驗中，在常溫條件下，水解酸化池接種污泥采用好氧污泥，通過逐漸增加進水濃度的方式啟動，系統啟動后，水解酸化池pH穩定在6.5～6.7，COD去除率為27%左右，總磷去除率在4%～6%，對氨氮無明顯去除作用，系統最佳水利停留時間為10h，水解酸化預處理后，A2O系統的性能有了明顯提升，組合工藝處理廢水的COD、氨氮和總磷去除率分別達89.7%、77.3%和84.2%，出水可滿足畜禽養殖業污染物排放標準要求。由于復合A2O為整體設計，水解酸化預處理和A2O系統過程又是同時進行的，因而此廢水處理組合工藝既減少用地，又降低造價和運行費用，符合資源節約型、環境友好型社會的發展要求，對生物法處理規模化養殖廢水有一定的理論價值參考。(來源：江西省定南縣農業農村局，江西正合環保工程有限公司)
