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第５卷 第１０期环境工程学报Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．１０２０１１年１０月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｃｔ．２０１１ＡＢＲ＋ＳＢＲ组合工艺处理食堂污水研究叶 勇 汪家权（合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥２３０００９）摘 要 实验针对某大学学生食堂污水进行处理，采用由厌氧折流板反应器（ＡＢＲ）和序批式活性污泥法反应器（ＳＢＲ）组合工艺的处理系统。结果表明，在ＡＢＲ流量为３Ｌ／ｈ（ＨＲＴ＝１０７ｈ），以及ＳＢＲ曝气时间为１０ｈ的条件下，系统处理效果最佳，对于进水流量为３Ｌ／ｈ，温度约为２３℃，ＴＮ浓度为１５ｍｇ／Ｌ，ＴＰ浓度为２９ｍｇ／Ｌ以及ＣＯＤ为１４５２ｍｇ／Ｌ，系统出水ＴＮ、ＴＰ和ＣＯＤ去除效率分别达到９３％、９９％和９９％。关键词 厌氧折流板反应器（ＡＢＲ） 序批式活性污泥法反应器（ＳＢＲ） 餐饮污水中图分类号 Ｘ７０３１ 文献标识码 Ａ 文章编号 １６７３９１０８（２０１１）１０２２９８０５ＳｔｕｄｙｏｎｄｉｎｉｎｇｈａｌｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｂｙＡＢＲ＋ＳＢＲｃｏｍｂｉｎｅｄｐｒｏｃｅｓｓＹｅＹｏｎｇ ＷａｎｇＪｉａｑｕａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｗａｓｄｏｎｅｔｏｔｒｅａｔｔｈｅｄｉｎｉｎｇｈａｌｌｗａｓｔｅｗａｔｅｒｉｎａｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｂｙａｎａｅｒｏｂｉｃｂａｆｆｌｅｄｒｅａｃｔｏｒ（ＡＢＲ）ａｎｄｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｂａｔｃｈｒｅａｃｔｏｒ（ＳＢＲ）．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｂｅｓｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｕｎｄｅｒａｆｌｏｗｏｆ３Ｌ／ｈ（ＨＲＴｅｑｕａｌｔｏ１０．７ｈｏｕｒｓ）ｉｎｔｈｅＡＢＲａｎｄａ１０ｈｏｕｒｏｆａｅｒａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄｉｎｔｈｅＳＢＲ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＴＮ，ＴＰａｎｄＣＯＤｒｅａｃｈｅｓ９３％，９９％ａｎｄ９９％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｅｎｔｈｅｆｌｏｗｒａｔｅｉｓ３Ｌ／ｈ，ｔｈｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓａｂｏｕｔ２３℃ａｎｄｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｃｏｎｔａｉｎｓ１５ｍｇ／ＬｏｆＴＮ，２．９ｍｇ／ＬｏｆＴＰａｎｄ１４５２ｍｇ／ＬｏｆＣＯＤ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ａｎａｅｒｏｂｉｃｂａｆｆｌｅｄｒｅａｃｔｏｒ（ＡＢＲ）；ｓｅｑｕｅｎｃｉｎｇｂａｔｃｈｒｅａｃｔｏｒ（ＳＢＲ）；ｃａｎｔｅｅｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒ收稿日期：２０１０－０６－０１；修订日期：２０１０－０７－０９作者简介：叶勇（１９８６～），男，硕士研究生，主要从事水污染控制技术研究。Ｅｍａｉｌ：ｃｏｎｆｉｄｅｎｔ．ｙｅｙｏｎｇ＠１６３．ｃｏｍ通讯联系人，Ｅｍａｉｌ：ｊｉａｑｕａｎ．ｗａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ 随着我国餐饮业的迅速发展，餐饮污水也成为城市污水的重要组成部分，越来越受到人们的关注。在餐饮污水中，有机物、悬浮物、动植物油和氮磷等的比例较高，有些污染物的浓度甚至要高于生活污水，其排放量约占城市生活污水排放量的３％，但其ＢＯＤ５和ＣＯＤ的含量却占总负荷的１／３［１］，这严重影响了城市周边的河流水质。目前对餐饮污水的处理方法很多，主要包括混凝、沉淀、生物处理、泡沫分离［２］和隔油处理［３?５］等。其中在生物处理方面，主要集中在厌氧处理、混凝法、活性污泥法等方法，而对于厌氧和好氧相结合的生物处理技术，在处理餐饮污水中的研究相对较少。由于好氧生物处理具有反应速率较快、反应时间较短以及处理构筑物容积较小等优点；厌氧生物处理具有运行费低、剩余污泥量少等优点［６］。因此，在餐饮污水的处理中厌氧和好氧相结合的技术在生物处理中显示了较为明显的优势。ＡＢＲ是厌氧生物处理技术之一，该工艺是一种２０世纪８０年代中期开发的新型高效的厌氧处理工艺［７］，集上流式厌氧污泥床（ＵＡＳＢ）和分阶段多相厌氧反应器（ＳＭＰＡ）［８］技术于一体，具有良好的水力条件及抗冲击负荷能力、结构简单、无需曝气、设备和运行费用较低［９］、良好的生物种群分布［１０，１１］等优良的性能特点。该工艺与ＳＢＲ连用，能有效去除污水中的污染物质，可以取得较好的处理效果。１ 材料和方法１．１ 实验方法实验采用ＡＢＲ＋ＳＢＲ组合工艺来处理餐饮污水。首先分别对ＡＢＲ和ＳＢＲ进行试运行，以培养出能够处理供试餐饮污水的微生物群体；其次，在进入稳定运行阶段，针对ＡＢＲ，主要通过流量计控制其不同的ＨＲＴ（停留时间），来监测该反应器各隔室第１０期叶 勇等：ＡＢＲ＋ＳＢＲ组合工艺处理食堂污水研究和最终的出水水质情况，从而得出最佳出水水质效果的ＨＲＴ；之后在对ＡＢＲ出水进行活性污泥法处理（ＳＢＲ），通过在不同曝气时间的条件下，监测ＳＢＲ出水的水质状况，得出ＳＢＲ处理供试餐饮污水的最佳曝气时间。其工艺流程如图１所示。图１ 工艺流程图Ｆｉｇ．１ Ｐｒｏｃｅｓｓｆｌｏｗｄｉａｇｒａｍ１．２ 装置和材料实验装置由ＡＢＲ和ＳＢＲ组成。进水系统采用流量计控制，依据实验需要调节不同的流量。ＡＢＲ分为６个隔室，分为前后２排，总隔室的有效容积为３２Ｌ；每个隔室是由上流式和下流式组成，其中上流式为宽室，下流式为窄室；在上流室的中上部位设置一带孔隔板，可以在其上安装填料；上下流室之间，设置一带有４８°拐角的折板。在填料的上方有８个取水口，每排各４个，对各个隔室的取样，编号依次为１＃～６＃，其余２个为进水与ＡＢＲ出水口，如图２所示。而对于ＳＢＲ主要采用传统的工艺操作流程，利用搅拌器搅拌以达到充氧效果，交替进行进水、曝气、沉淀、排泥和虹吸出水等５个过程，其出水口即为系统最终取样口：ＡＢＲ＋ＳＢＲ。图２ ＡＢＲ正视图和俯视图Ｆｉｇ．２ ＦｒｏｎｔｖｉｅｗａｎｄｔｏｐｖｉｅｗｏｆＡＢＲ实验所用的污泥取自合肥市望塘污水处理厂氧化沟回流污泥，取得的污泥（含水）共４０Ｌ左右，经测定污泥体积指数（ＳＶＩ）为５０ｍＬ／ｇ，其中ＡＢＲ中加入２０Ｌ左右，其余加入ＳＢＲ中。其中在ＡＢＲ中，前３个隔室污泥相对较多，剩余污泥均放入其他３个隔室内。实验运行的餐饮污水取自某大学学生食堂，其主要水质状况为：温度在２２～２５℃，ｐＨ为５．３～６９，ＣＯＤ值为４９０～１７５０ｍｇ／Ｌ，ＴＰ值为０９～３ｍｇ／Ｌ，ＴＮ值为９～１８ｍｇ／Ｌ。ＡＢＲ中内设球形填料：直径为１ｃｍ左右，孔隙率为９６％左右。１．３ 分析方法系统出水水质监测分析的项目为ＣＯＤ、ＴＮ、ＴＰ和ｐＨ等４个指标，其方法分别为快速消解分光光度法、过硫酸钾氧化紫外分光光度法、钼锑抗分光光度法和玻璃电极法等［１２，１３］。２ 结果和讨论２．１ 稳定运行实验针对ＡＢＲ启动时间为３０ｄ左右，在培养驯化期间，流量主要控制在８～１３Ｌ／ｈ，以较高的ＨＲＴ（停留时间）启动，可以避免污泥的流失；而且针对反应器内营养物质的供应，在装置启动初期，采用一定的比例（餐饮污水与污水处理厂污水）来添加餐饮污水，水质状况如表１所示。使装置缓慢进入稳定运行阶段，这主要是为了及时补充反应器内的营养物质和排除微生物对营养物质的不利因素。表１ 食堂污水原水水质Ｔａｂｌｅ１ Ｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｏｆｗａｓｔｅｗａｔｅｒｆｒｏｍａｄｉｎｉｎｇｈａｌｌ水质指标流量（Ｌ／ｈ）２３４５６８１３温度（℃）２４２３２４２２２２２２２５ｐＨ５．４７５．６３５．３２６．８４６．３６．４６５．６ＴＮ（ｍｇ／Ｌ）１７．８８６１４．９８１４．９８１２．４８９．６９５１０．８３３１１．０９８ＴＰ（ｍｇ／Ｌ）２．６８８２．９３８０．９８１１．４９４１．６６３１．４２５１．８２５ＣＯＤ（ｍｇ／Ｌ）１２０６１４５２１７２８１０４０４９６８７４１３６２ＡＢＲ经过一定时间的启动之后，通过测定其出水水质情况，可知ＣＯＤ、ＴＮ及ＴＰ去除率均稳定在７０％以上启动完成，进入稳定运行阶段，通过对流量计的控制，分别测试了在２、３、４、５、６、８和１３Ｌ／ｈ等７个不同流量的出水水质情况（见图３），可以得出在３Ｌ／ｈ的流量下，运行相对稳定，出水水质较好。由图３可知，ＡＢＲ对ＴＰ的去除率很低，甚至在４Ｌ／ｈ和５Ｌ／ｈ的情况下，处于负值状态，这可能是由于不同流量间原水中磷含量的变化，使得在厌氧９９２２环境工程学报第５卷状态下聚磷菌的释磷含量不同，而且由于原水浓度的差别，微生物的增长以及对Ｐ的需求含量也不同。由原水ＴＰ含量可知，在３Ｌ／ｈ到４Ｌ／ｈ的情况下，原水中ＴＰ含量由２９ｍｇ／Ｌ变化到１０ｍｇ／Ｌ，如表１所示。图３ 不同流量下ＡＢＲ对ＣＯＤ、ＴＮ和ＴＰ的去除率Ｆｉｇ．３ ＲｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＯＤ，ＴＮａｎｄＴＰｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｏｆＡＢＲＳＢＲ培养驯化期间，由于所取用的污泥本身就是好氧处理的污泥，因而，污泥在驯化时间上相应的缩短，本实验ＳＢＲ驯化历时半个月左右，采用搅拌器进行搅拌以提供给反应器一定的氧量。ＳＢＲ经过一定时间的启动之后，其出水中ＣＯＤ、ＴＮ及ＴＰ均稳定在９０％左右，ＳＢＲ启动完成，进入稳定运行期间，针对流量为３Ｌ／ｈＡＢＲ的出水，通过对曝气时间的控制，分别测试了在２、４、６、８和１０ｈ等５个不同曝气时间下的出水水质情况。由图４所示，ＳＢＲ随着曝气时间的推移，在ＣＯＤ、ＴＮ和ＴＰ等方面去除率均表现出明显上升趋势。图４ ＳＢＲ不同曝气时间出水ＣＯＤ、ＴＮ和ＴＰ的去除率Ｆｉｇ．４ ＲｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＣＯＤ，ＴＮａｎｄＴＰｉｎＳＢＲａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｅｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｓ由图４可知，ＳＢＲ在１０ｈ为最佳处理效果，出水水质较好，其中ＣＯＤ、ＴＮ和ＴＰ的去除率均达到９０％以上。因此，由图３和图４可知，在温度为２３℃，ＡＢＲ设计流量为３Ｌ／ｈ，ＳＢＲ曝气时间为１０ｈ的情况下，系统基于最佳运行状态。２．２ ｐＨ变化ＡＢＲ＋ＳＢＲ组合工艺在处理原水的过程中，其ｐＨ变化过程基本上是：原水中ｐＨ为５６，在经过ＡＢＲ处理后，ｐＨ先在第１隔室中下降到５０，然后又逐渐上升到６８；而在之后的ＳＢＲ处理后，ｐＨ基本上在７１左右。ＡＢＲ中ｐＨ的变化主要是由厌氧生物处理的机理决定的，在厌氧生物处理中，经历水解、酸化、乙酸化、甲烷化等阶段，其中在酸化和乙酸化中，产酸菌可在较低的ｐＨ条件下生存并发挥很强的代谢作用；而在甲烷化阶段中，主要是由产甲烷菌发挥着作用，而其生存的最适ｐＨ为６８～７２之间［６］。反应器隔室中，第１隔室主要发生水解酸化，此阶段酸化很快，导致ｐＨ下降，后面隔室由于有机酸的消耗及氨化产生的氨氮等因素导致ｐＨ升高［１４］。这说明了在ＡＢＲ中不同隔室中存在着所需环境条件不同的微生物，这将有助于有机物被不同隔室中的不同类型的微生物降解［１５］。２．３ ＣＯＤ的去除效果系统进水ＣＯＤ在１４５２ｍｇ／Ｌ左右，出水ＣＯＤ的去除率为９９％，明显高于胡春华等［１１］仅使用ＡＢＲ对餐饮污水的去除率（８３８％～９２１５％），见图５所示。其中ＡＢＲ去除率为７４％，ＳＢＲ的去除率为９５％。ＡＢＲ在处理原水的过程中，总体而言，ＣＯＤ的含量由原水的１４５２ｍｇ／Ｌ下降到３８１ｍｇ／Ｌ，基本上呈下降趋势。前期对ＣＯＤ的去除率较高，为生物生长期，主要是同化作用对有机物的需求引起的［１６］。从每个隔室的ＣＯＤ降解情况可知，有机物的降解主要发生在前５个隔室中，ＣＯＤ在前４隔室去除率从３７７％上升到７８２％。而在该反应器的后续阶段，尤其是５＃隔室到６＃隔室的变化，出现了ＣＯＤ去除率的小幅度下降，此时的ＣＯＤ去除率由５＃隔室的７８２％下降到６６５％，如图５所示，这种现象一方面可能是由于ＡＢＲ中微生物具有对不同浓度及环境条件的适应阶段［１０］，或者可能是因为微生物在分解有机物时，由于存在吸附和稳定阶段［６］，原水中有机物被厌氧微生物吸附，形成暂时的ＣＯＤ浓度偏低状态，而当微生