不同有機負荷下彈性填料對ABR處理生活污水的影響

師旭軍，張國珍,2，張超，武福平，晏雯雯，黃星星

(1.蘭州交通大學 環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.寒旱地區水資源綜合利用教育部工程研究中心，甘肅 蘭州 730070)

中國西北屬于典型的干旱半干旱地區，低的年降雨量導致水資源匱乏，農田灌溉水源短缺，但目前污水處理都以達標排放為目標，直接增加污水處理成本的同時又導致污水中的氮磷等農作物生長所需元素被浪費，為保障產量，大量的施肥又進一步加劇了地區的面源污染[1-3]。

厭氧折流板反應器(ABR)作為完全的厭氧反應器，避免了曝氣設備運行帶來的高額運行成本，同時具有對進水負荷較強的適應能力，裝置的獨特構造又帶來了水利條件好的優點[4-7]。因此，ABR作為處理生活污水用于農灌的前處理工藝，可去除進水中的大部分懸浮物和有機物[8-9]，進而減輕了后續工藝的處理負荷，同時完全的厭氧反應器間接保留了進水中的氮磷元素，有助于降低農田施肥的用量。

目前，ABR在發展中，雖然國內外學者對其啟動運行研究的同時，也對ABR與其他耦合工藝進行了大量的研究[10-15]，但對于彈性填料ABR在不同有機負荷的條件下的特性鮮有研究，因此，實驗將對ABR和裝有彈性填料的ABR對比研究，旨在為該地區污水資源化提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

硫酸銀、硫酸汞、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、抗壞血酸、鉬酸銨均為分析純；過硫酸鉀，優級純。

5B-1B型COD快速測定儀；FA1004分析電子天平；202-00A電熱恒溫干燥箱；DGL-50B立式蒸汽滅菌器；UV-2800A型紫外可見分光光度計。

1.2 實驗方法

實驗加工了兩組相同的ABR，采用透明的有機玻璃材料，池壁外面包裹一層保溫海綿，每組ABR的有效容積為50 L，共分隔為4個隔室，每個隔室的長為0.75 m、寬為0.18 m、高為0.5 m，在一個ABR中裝有彈性填料，另一個ABR作為對比進行研究彈性填料對ABR的影響，裝置見圖1。

圖1 ABR裝置示意

實驗用水采用校園生活污水，并添加適量的葡萄糖調整其COD濃度，進水溫度為18.5～25 ℃，COD為204.68～493.64 mg/L，TN為34.58～67.73 mg/L、TP為2.91～6.49 mg/L，SS為52.21～189.58 mg/L。

水力停留時間固定為24 h，通過逐漸增加COD濃度提高進水有機負荷，使有機負荷分別為0.259，0.322,0.420 kg/(m3·d)，每個有機負荷運行14 d，每2 d取樣測定1次。COD(重鉻酸鉀法)、總氮(紫外分光光度法)、總磷(鉬銻抗分光光度法)、SS(重量法)。

2 結果與討論

2.1 COD的去除效果

不同有機負荷下兩組ABR對COD的去除效果見圖2。

圖2 ABR對COD的去除效果

由圖2可知，在第0～14 d，進水COD為204.68～299.50 mg/L，平均進水COD為258.65 mg/L，平均有機負荷為0.259 kg/(m3·d)，無彈性填料ABR的出水COD為87.29～179.10 mg/L，COD去除率為32.87%～65.09%，平均COD去除率為52.02%；有彈性填料ABR的出水COD為91.81～158.03 mg/L，COD去除率為43.43%～66.11%，平均COD去除率為54.79%，比無彈性填料ABR的平均COD去除率高出2.77%，這主要是因為彈性填料對污水中的懸浮固體和絮狀污泥有很好的截留作用，且有彈性填料ABR內彈性填料上附著生長了一定量的微生物，與無彈性填料ABR相比，有彈性填料ABR內生物量有所增加，故其對COD的去除率高于無彈性填料ABR[16]。

在第14～28 d，進水COD為261.87～368.73 mg/L，平均進水COD為322.29 mg/L，平均有機負荷為0.322 kg/(m3·d)，無彈性填料ABR的出水COD為115.89～257.36 mg/L，COD去除率為30.20%～65.63%，其平均COD去除率為52.36%；有彈性填料ABR的出水COD為94.82～260.37 mg/L，COD去除率為29.39%～71.88%，其平均COD去除率為58.14%，比無彈性填料ABR的平均COD去除率高出4.78%，這說明在此有機負荷下，彈性填料對ABR去除COD的促進作用更加明顯。

在第28～42 d，進水COD為365.72～493.64 mg/L，平均進水COD為419.90 mg/L，平均有機負荷為0.420 kg/(m3·d)，無彈性填料ABR的出水COD為135.45～267.89 mg/L，COD去除率為35.66%～69.82%，其平均COD去除率為55.95%；有彈性填料ABR的出水COD為105.35～251.34 mg/L，COD去除率為35.27%～71.19%，其平均COD去除率為58.90%，比無彈性填料ABR的平均COD去除率高出2.95%?？偟膩碚f，隨著有機負荷的提高，兩組ABR的平均COD去除率不僅沒有下降，反而有所上升，這不同于劉夢林[17]和李慧莉[18]的研究結果，這主要是因為本實驗進水為低濃度生活污水，通過投加葡萄糖提高進水有機負荷，而葡萄糖易于被微生物降解，且進水有機負荷提高的幅度不大，從而避免了有機酸過度積累對微生物的抑制作用，故兩組ABR受到有機負荷沖擊的影響較小。

總的來說，不同有機負荷下，有彈性填料ABR的平均COD去除率都高于無彈性填料ABR，這說明彈性填料有利于提高ABR的COD去除率，從而降低后續處理工藝的運行負荷。

2.2 總氮的去除效果

不同有機負荷下兩組ABR對總氮的去除效果見圖3。

圖3 ABR對總氮的去除效果

由圖3可知，在第0～14 d，進水總氮為43.12～61.88 mg/L，無彈性填料ABR的出水總氮為40.22～58.89 mg/L，總氮去除率為-5.82%～10.33%，平均總氮去除率為3.86%；有彈性填料ABR的出水總氮為40.97～57.23 mg/L，總氮去除率為-2.39%～11.20%，平均總氮去除率為3.83%。兩組ABR的總氮去除率較低，這主要是因為厭氧微生物自身生長繁殖對氮的需求很少，且進水中的氮以有機氮和氨氮為主，有機氮在氨化細菌的作用下轉化為氨氮，而兩組ABR內的厭氧環境阻礙了氨氮進一步轉化為亞硝態氮和硝態氮，導致傳統的硝化反硝化和新型的厭氧氨氧化脫氮流程在ABR內無法順利進行。兩組ABR的總氮去除率出現負值，這可能是因為進水中的有機含氮化合物被分解轉化為氨氮[19]，且一些厭氧微生物通過自溶和內源呼吸也會釋放出氨氮[20]。

在第14～28 d，進水總氮為34.58～66.78 mg/L，無彈性填料ABR的出水總氮為33.83～65.61 mg/L，總氮去除率為-0.27%～11.55%，平均總氮去除率為4.37%；而有彈性填料ABR的出水總氮為33.25～67.94 mg/L，總氮去除率為-2.73%～15.12%，平均總氮去除率為3.97%。在第28～42 d，進水總氮為52.21～67.73 mg/L，無彈性填料ABR的出水總氮為46.44～62.54 mg/L，總氮去除率為-1.21%～15.33%，平均總氮去除率為8.78%；而有彈性填料ABR的出水總氮為46.49～64.04 mg/L，總氮去除率為-3.63%～15.33%，平均總氮去除率為8.02%。隨著有機負荷的提高，兩組ABR的平均總氮去除率都有所提高，但提高的幅度并不大，這主要是因為一定范圍內有機負荷的提高促進了厭氧微生物的生長和繁殖，導致其對氨氮的需求量增加，但這種需求量增加的幅度是很有限的。

總的來說，不同有機負荷下，兩組ABR的平均總氮去除率很低，且相差很小，這說明彈性填料對ABR總氮去除率的影響很小，這樣充分保留了污水中的氮，有利于處理后的出水用于農田灌溉。

2.3 總磷的去除效果

不同有機負荷下兩組ABR對總磷的去除效果見圖4。

圖4 ABR對總磷的去除效果

由圖4可知，在第0～14 d，進水總磷為3.53～6.18 mg/L，無彈性填料ABR的出水總磷為3.23～5.60 mg/L，總磷去除率為-6.75%～21.35%，平均總磷去除率為8.15%；有彈性填料ABR的出水總磷為3.39～5.55 mg/L，總磷去除率為0～15.46%，平均總磷去除率為8.02%。兩組ABR的總磷去除率較低，這主要是因為厭氧微生物自身生長繁殖對磷的需求很少，且兩組ABR內的厭氧環境導致傳統的除磷流程無法順利進行。兩組ABR的總磷去除率出現負值，這可能是因為聚磷菌在厭氧條件下釋放出磷[19]，且一些厭氧微生物通過自溶和內源呼吸也會釋放出磷。

在第14～28 d，進水總磷為2.91～5.92 mg/L，無彈性填料ABR的出水總磷為2.68～4.19 mg/L，總磷去除率為7.89%～29.28%，平均總磷去除率為16.50%；有彈性填料ABR的出水總磷為2.72 ～4.36 mg/L，總磷去除率為-1.11%～28.98%，平均總磷去除率為8.02%。在第28～42 d，進水總磷為4.06～6.49 mg/L，無彈性填料ABR的出水總磷為2.74～5.81 mg/L，總磷去除率為10.36%～45.08%，平均總磷去除率為30.23%；有彈性填料ABR的出水總磷為2.82～4.70 mg/L，總磷去除率為11.75%～43.31%，平均總磷去除率為32.18%。隨著有機負荷的提高，兩組ABR的平均總磷去除率都逐漸增加，這主要是因為一定范圍內有機負荷的提高促進了厭氧微生物的生長和繁殖，導致其對磷的需求量增加。

總的來說，不同有機負荷下，兩組ABR的平均總磷去除率相差不大，這說明彈性填料對ABR總磷去除率的影響很小，這樣充分保留了污水中的磷，有利于處理后的出水用于農田灌溉。

2.4 SS的去除效果

不同有機負荷下兩組ABR對SS的去除效果見圖5。

圖5 ABR對SS的去除效果

由圖5可知，在第0～14 d，進水SS為52.21～171.26 mg/L，無彈性填料ABR的出水SS為13.02～38.74 mg/L，SS去除率為67.99%～83.54%，平均SS去除率為74.79%；有彈性填料ABR的出水SS為14.11～26.61 mg/L，SS去除率為72.98%～85.80%，平均SS去除率為81.95%，比無彈性填料ABR的平均SS去除率高出7.16%，這主要是因為彈性填料對污水中的懸浮固體和絮狀污泥有很好的截留作用[16]。

在第14～28 d，進水SS為66.78～187.03 mg/L，無彈性填料ABR的出水SS為22.85～38.02 mg/L，SS去除率為59.60%～80.00%，平均SS去除率為70.04%；有彈性填料ABR的出水SS為13.62～35.47 mg/L，SS去除率為73.16%～84.76%，平均SS去除率為78.82%。在第28～42 d，進水SS為96.02～189.58 mg/L，無彈性填料ABR的出水SS為21.63～60.10 mg/L，SS去除率為56.87%～77.47%，平均SS去除率為69.48%；有彈性填料ABR的出水SS為18.11～51.36 mg/L，SS去除率為60.75%～88.72%，平均SS去除率為74.34%。隨著有機負荷的提高，兩組ABR的平均SS去除率都逐漸降低，這可能是因為本實驗通過投加葡萄糖提高進水有機負荷，而葡萄糖易于被微生物降解，故厭氧微生物在生長和繁殖過程中優先利用葡萄糖，從而減少了對SS的降解。

總的來說，不同有機負荷下，有彈性填料ABR的平均SS去除率都高于無彈性填料ABR，這說明彈性填料有利于提高ABR的SS去除率，從而減緩了后續處理工藝(人工快速滲濾系統)的堵塞。

3 結論

(1)研究不同有機負荷下有彈性填料ABR和無彈性填料ABR對ABR處理生活污水的影響。隨著有機負荷的提高，兩組ABR的平均COD去除率都有所上升；平均SS去除率都逐漸降低。不同有機負荷下，有彈性填料ABR的平均COD去除率和平均SS去除率都高于無彈性填料ABR，彈性填料有利于提高ABR的COD去除率和SS去除率。

(2)隨著有機負荷的提高，兩組ABR的平均總氮去除率都有所提高，但提高的幅度并不大；平均總磷去除率都逐漸增加。不同有機負荷下，兩組ABR的平均總氮去除率很低，且相差很??；平均總磷去除率相差不大。