1、垃圾壓縮站污水的生物強化處理劉瑤，龐金釗，楊宗政，周秀鳳（天津科技大學 海洋科學與工程學院，天津 300222）摘要：垃圾壓縮站污水是一種具有高CODcr、高NH3-N特點的有機污水。本實驗以厭氧-好氧組合工藝為基礎，通過投加高效菌株對活性污泥系統(tǒng)進行生物強化。與空白相比，厭氧出水CODcr去除率提高了40；好氧出水NH3-N去除率提高了30。最終出水CODcr<120 mg/L， NH3-N<25 mg/L，均達到GB8978-96二級排放標準。關鍵詞：垃圾壓縮站污水；厭氧-好氧；生物強化；Bioaugmentation Efect of Anaerobic-Aerobic Pr

2、ocess in the Wastewater of Compacting Station TreatmentLiu Yao Pang Jin-zhao Yang Zong-zheng Zhou Xiu-Feng(College of Marine Science and Engineering, Tian jin University of Science and Technology, Tian jin 300222)Abstract: According to the wastewater of compacting station with high CODcr, high NH3-N

3、, the anaerobic-aerobic process with bioaugmentation was presented.The esperiment results show that the CODcr removal rate of the effluent by anaerobidc process raises by 40% and the NH3-N removal rate of the effluent by aerobic process raises by 30%. The quality of the treated wastewater, COD120mg/

4、L,NH3-N25mg/L, accord with the let off standard. Key word: wastewater of compacting station; the anaerobic-aerobic process; bioaugmentation 近年來垃圾產生量不斷增加，為減少運輸成本，不少城市設立垃圾壓縮站以減小其體積。由于生活垃圾含水量很高，在壓縮過程中會產生大量的污水，即為垃圾壓縮站污水。垃圾壓縮站污水是一種高濃度有機污水，CODcr>10000 mg/L、NH3-N>200 mg/L。如果不進行任何處理就隨意排放,將會對附近的納污水體產生嚴

5、重污染。國內關于垃圾壓縮站污水處理的研究還處于起步階段。周少奇等研究了廣州某垃圾壓縮站污水，由于雨水和垃圾壓縮站沖洗水對其的稀釋作用，水質發(fā)生較大變化，接近城市生活污水水質。天津為北方城市，年降水量和垃圾站沖洗水量比南方城市要少，因此其垃圾壓縮站污水濃度高，具有高CODcr、高NH3-N的特點。目前，生物法在污水處理中應用廣泛，傳統(tǒng)的生物處理法大多是對污泥中原有的生物體系進行馴化。垃圾壓縮站污水的高CODcr和高NH3-N均會對污泥系統(tǒng)中的生物產生抑制作用，造成某些污染物的去除速率受到限制，應采用投加適宜的高效菌株對污泥系統(tǒng)進行生物強化。生物強化技術,即生物增強技術(Bioaugmentati

6、on),是指為提高處理系統(tǒng)的處理能力，向該活性污泥體系投加從原系統(tǒng)中分離出來的高效菌或外源引進菌種從而實現對目標污染物高效去除的方法。投加菌一般是通過直接生物降解作用與污染治理體系中原有的細菌共代謝作用來完成對目標污染物的去除。實驗垃圾壓縮污水水質組分與生活污水有相似之處，因此將用于生活污水強化處理的菌株投加到垃圾壓縮污水處理系統(tǒng)中。實驗室保藏的這一厭氧菌株為土著菌，篩自糞便處理系統(tǒng)。在生活污水的處理中，HRT=3h時，與常規(guī)厭氧處理相比較，CODcr去除率可由1820提高到4550，表現出對CODcr的高去除率。高氨氮為垃圾壓縮站污水處理的難點之一。很多研究表明枯草芽孢桿菌具有促硝化作用。在

7、好氧初期，通過促硝化作用降解氨氮，再通過同化作用脫去氨氮，同時其還可以利用硝酸鹽氮合成自身營養(yǎng)物質。本實驗室保藏的這株枯草芽孢桿菌不但在生活污水處理中表現出良好的脫氮效果，同時具有良好的生物絮凝性，對出水SS的降低具有明顯效果。因此投加該好氧菌株對好氧處理過程進行生物強化。1.實驗材料與方法1.1實驗用水來源、水量和水質實驗用水來自天津某垃圾壓縮站，其夏季水量為6070 T/d，其它季節(jié)無水量大減，約為1520 T/d，試驗水質如表1所示。表1 污水的水質Tab.1 The qualities of wastewaterpHCODcr(mg/L)NH3-N(mg/L)測定值6.6018029.

8、248744.44GB8978-96二級排放標準6912025由上表可以看出污水的CODcr值超標約150倍，NH3-N值超標約30倍，污染強度極大。目前場內沒有處理設施，每天產生的污水需運輸至污水廠進行處理。1.2實驗方法垃圾壓縮站污水為高濃度有機污水。在高濃度有機污水的處理過程中，與單一的厭氧法、水解法和好氧法相比,厭氧好氧組合工藝具有以下主要優(yōu)勢:厭氧工藝能去除廢水中大量的有機物和懸浮物,使與之組合的好氧工藝有機負荷減小,好氧污泥產量也相應降低,整個工藝的反應容積小;厭氧(水解)工藝作為前處理工藝能起到均衡作用,減少后續(xù)好氧工藝負荷的波動,使好氧工藝的需氧量大為減少且較為穩(wěn)定,既節(jié)約能源

9、又方便工業(yè)上的實際操作。厭氧污泥的生物強化：向250 ml具塞錐形瓶中加入由生活污水稀釋三倍的垃圾壓縮站污水200 ml，按40接種厭氧污泥和5接種厭氧菌株，對厭氧污泥進行生物強化。同時以未接種厭氧菌株的厭氧污泥作為空白進行對比實驗。好氧活性污泥的生物強化：向250ml錐形瓶中加入厭氧出水200 ml，按30接種好氧活性污泥和5接種好氧菌株，對好氧活性污泥進行生物強化；同時以未接種好氧菌株的好氧活性污泥作為空白進行對比實驗。將以上四個錐形瓶放入恒溫搖床培養(yǎng)，轉速：150 r/min，溫度30，每24 h換水一次。經過15 d，好氧活性污泥呈黃褐色，沉降性能良好，好氧出水CODcr去除率大于70

10、%，表明污泥系統(tǒng)已正常工作，可開始處理污水的試驗。厭氧停留時間的確定：以投加厭氧菌株的厭氧污泥系統(tǒng)為研究對象，將錐形瓶放入恒溫搖床進行實驗，每隔4 h測定一次上清液的CODcr和NH3-N濃度。，厭氧過程中，水體中的有機氮通過厭氧菌的作用轉化為氨氮, 會使氨氮含量上升，不能實現氨氮的脫除。因此只根據厭氧出水CODcr去除率來確定厭氧停留時間。好氧停留時間的確定：以投加好氧菌株的好氧活性污泥系統(tǒng)為研究對象，將錐形瓶放入恒溫搖床進行實驗，每隔2 h測定一次上清液CODcr和NH3-N濃度，直至出水的CODcr和NH3-N濃度達到GB8978-96二級排放標準。1.3分析方法pH：采用電極法測定；C

11、OD：采用重鉻酸鉀法；NH3-N：采用鈉氏試劑法（GB/T 16031-1995）；NO2-N: N-（1-萘基）-乙二胺光度法（CJ/T 76-1999）2.實驗結果與討論2.1適宜停留時間的確定圖1為厭氧過程CODcr去除率和NH3-N濃度與停留時間的關系。圖1 CODcr的去除率和NH3-N的去除效果Fig.1 Effect of HRT on CODcr and NH3-N removal目前將厭氧消化技術用于污水處理主要有兩條途徑：其中一條是采用厭氧酸化水解-好氧處理技術。厭氧水解酸化利用非嚴格厭氧的兼性微生物對有機物進行初級分解,兼性水解菌的胞外酶將廢水中不溶性的固體物質轉化為溶解

12、性物質,使大分子物質降解為小分子物質，從而有利于后續(xù)的好氧處理。但在厭氧條件下，水體中的有機氮通過厭氧菌的作用轉化為氨氮, 會使氨氮含量上升; 而氨氮在無氧或缺氧條件下無法向NO2-、NO3- 轉化, 因而難以去除.由上圖可以看出，HRT8 h，厭氧出水CODcr1158.656 mg/L，NH3-N268.35 mg/L。在8 h內CODcr去除率基本上呈直線增長，HRT8 h，CODcr去除率達到70，8 h以后去除率增大的趨勢變緩而NH3-N濃度隨停留時間的延長逐漸增大，而高氨氮又會對活性污泥系統(tǒng)中的微生物產生抑制作用，因此厭氧停留時間確定為8 h。圖2為好氧過程CODcr和NH3-N濃

13、度與停留時間的關系。圖2 CODcr和NH3-N的去除效果Fig.2 Effect of HRT on CODcr and NH3-N removal由上圖可以看出，NH3-N濃度和CODcr都隨停留時間的延長而降低。HRT=6 h，NH3-N濃度為23 mg/L，CODcr為105 mg/L均達到GB8978-96二級排放標準。繼續(xù)延長停留時間，污水的CODcr和 NH3-N濃度仍在降低，但降解趨勢變緩?？紤]到實際工程中，停留時間的延長，會增加能耗，加大處理成本，因此確定好氧停留時間為6 h。2.2污泥的生物強化效果向兩個厭氧具塞錐形瓶各加入200 ml用生活污水稀釋三倍的垃圾壓縮站污水，放

14、入恒溫搖床進行實驗，8 h后取出，靜置30 min，測上清液的CODcr。圖3為投菌與空白在多次重復試驗中CODcr去除效果的對比。圖3 投加菌株對CODcr去除效率的影響Fig.3 Effect of strain on CODcr removal由上圖可以看出，空白試驗CODcr去除率均<55%，投菌試驗CODcr去除率在70%78%之間，相比空白試驗CODcr去除率了提高40%，生物強化效果顯著。說明投加的菌株具有優(yōu)先利用污水中難降解物質的特性，并與污泥系統(tǒng)中原有的生物體系形成協(xié)同關系，提高了污染物去除率。后期投菌試驗CODcr去除率略有上升，應為隨著實驗時間的增長，菌株已完全適應

15、了污水，去除效率有一定提高。向兩個好氧錐形瓶各加入200 ml厭氧投菌出水，放入恒溫搖床進行實驗。每隔2 h測定一次上清液的NH3-N和NO2-N濃度。圖4為投菌與空白NH3-N、NO2-N去除效果的對比。圖4 投加菌株對NH3-N去除效果的影響Fig.4 Effect of strain on NH3-N removal一般來說，生物脫氮需要經過硝化和反硝化兩步。硝化反應是指污水中的氨氮在亞硝酸菌的作用下先轉化成亞硝酸鹽,生成的亞硝酸鹽在硝酸菌的作用下進一步被氧化成硝酸鹽。由上圖可以看出，投菌試驗NH3-N去除效果明顯優(yōu)于空白。同步監(jiān)測出水NO2-N濃度，投菌試驗NO2-N的累積速度明顯高于

16、空白試驗。投菌試驗在HRT4 h左右達到亞硝態(tài)氮累積的最大濃度，而空白在HRT6 h左右才達到亞硝態(tài)氮累積的最大濃度，證明好氧菌株提高了氨氮轉化為亞硝酸鹽的速率，從而提高了整個硝化反應的速度。由于取樣頻率低，造成亞硝態(tài)氮隨時間變化曲線出現折點，實際試驗中應在折點附近達到累計的最大濃度。HRT2 h，NH3-N的去除效率達到57%，這主要是由活性污泥的吸附性能造成的。HRT6 h，投菌試驗出水NH3-N濃度為20.68 mg/L小于25 mg/L，達到GB8978-96二級排放標準，而空白試驗出水NH3-N濃度為64.23 mg/L，不能實現達標排放。長效性：實驗從06年10月開始至今已運行四個

17、月，僅投加菌株一次。實驗初期，對出水水質采用連續(xù)監(jiān)測的方式。經過一個月出水水質達到穩(wěn)定后，采用抽樣檢測，一周測定23次，投菌試驗出水水質主要指標穩(wěn)定在pH：8.198.55；濁度：415 NTU；CODcr：99.827195.84 mg/L; NH3-N:4.6910.24 mg/L，滿足GB8978-96二級排放標準。優(yōu)勢性：在實驗后期，向250 ml錐形瓶中加入100ml普通培養(yǎng)基，取投菌試驗的污泥5g作為菌源接種到錐形瓶中，加入幾粒玻璃珠，利于打散污泥絮體。在30、150r/min的恒溫搖床上培養(yǎng)24h后，取上清液接種至新鮮培養(yǎng)基中培養(yǎng)。經過多次富集，顯微鏡觀察發(fā)現培養(yǎng)基中微生物活性良

18、好、數量較多，認為富集馴化完畢。通過逐級稀釋法，將菌液稀釋到10-7、10-8、10-9在固體培養(yǎng)基平皿上進行涂布，得到單個菌落。通過比較菌落的大小、形狀、光澤度、顏色、硬度、透明度等方面，證明所投加的菌株形成的菌落數量在80%以上。3.結論（1）在垃圾壓縮站污水的生物處理過程中，分別投加一株厭氧菌株和一株好氧菌株對厭氧、好氧過程進行生物強化。與空白相比，厭氧出水CODcr去除率提高了40；好氧出水NH3-N去除率提高了30。最終出水CODcr<120 mg/L,NH3-N<25 mg/L，達到GB8978-96二級排放標準。（2）高效去除CODcr的厭氧菌株和高效去除NH3-N的好氧菌株均表現出良好的生物強化效果，且經過四個月的實驗仍表現對污染物的高去除率。在活性污泥系統(tǒng)中作為