中國南方地區(qū)生活污水處理廠運行時常因區(qū)域排水體制不健全、地下水滲漏、化糞池設置等原因遇到進水負荷低的問題，伴隨著進水BOD5＜100 mg/L，CODCr＜150 mg/L，進水低碳氮比和碳磷比的問題也常常出現，這給按較高進水負荷設計的污水處理廠，和對氮、磷去除有要求的污水處理廠帶來很多的運行問題：如活性污泥濃度保持困難，氮磷去除效果差等。在確保廢水無毒性和對污泥處置無不利影響的前提下，引入高濃度的工業(yè)廢水，提高進水BOD5、COD負荷，給這些污水廠解決以上問題提供了可能。
南方某市政污水處理廠位于某印染工業(yè)園區(qū)內，日處理能力10萬t，采用AAO處理工藝，其片區(qū)內城市生活污水因區(qū)域內管網不健全，除氮磷外，進廠水質污染物濃度普遍偏低，其中pH 6.3~7.5，CODCr 40~70 mg/L，BOD5 22~35 mg/L，TN 7~15 mg/L，NH4+-N 5~12 mg/L，TP 0.8~1.5 mg/L，日常運行因此也常出現一些問題：生物反應池內空氣曝氣量長期過量，污泥變得細碎，沉淀性能差，剩余污泥產量少，反應池內污泥濃度保持困難，需要通過不定期投加糞水來保持生物反應池內污泥濃度。低的碳磷比也造成系統的除磷效果差，達不到設計要求的污水廠排水排放一級A標準，需要通過投加絮凝劑來保證出水中磷含量的達標。在此條件下長期運行，人工、藥劑和其他費用給污水 廠造成了一定的經濟負擔。
該廠所在的工業(yè)園區(qū)為一牛仔布和牛仔服裝加工園，園區(qū)內分布了大小上百家牛仔布生產企業(yè)，生產過程產生了包括漿染廢水、漂洗廢水、絲光廢水和印染廢水在內的多種廢水，其中漂洗廢水占60%以上，漿染廢水占20%以上，絲光廢水和其他廢水占10%左右。混合廢水中主要包含靛藍染料和硫化染料等污染物，并有一定量的助劑、漿料等，同時還包括漂洗過程產生的浮石渣、短纖維，絲光工藝排放的含高濃度的強堿廢水。混合廢水的pH 為11.5~12.0，CODCr 700~800 mg/L，BOD5 200~300 mg/L，TN 12~25 mg/L，NH4+-N 5~6 mg/L，TP 2.6~3.5 mg/L 。
隨著園區(qū)內生產規(guī)模的擴大，園內生產廢水增長迅速，園區(qū)原有設計處理能力10萬t/d的污水處理設施常常出現超負荷運行狀況，為保證污水處理效果，不得不限制企業(yè)生產能力，給生產企業(yè)和園區(qū)污水處理廠都造成了不同程度的損失。園區(qū)的污水處理廠經協商準備每天輸送2萬t印染廢水到該園區(qū)的市政污水處理廠，一方面緩解園區(qū)污水處理設施的壓力，一方面能使市政污水處理廠現有的處理能力充分發(fā)揮，解決該廠的運行問題，給雙方都帶來經濟效益。
本研究正是在此背景下進行，在廢水引入工作正式開始前，對利用城市污水處理設施處理牛仔布生產廢水的可行性開展實驗研究，在實驗的基礎上確定特定工業(yè)廢水混入低濃度城市污水進行AAO工藝的可行性和方式，以確定系統處理混合污水的最佳運行條件，為未來的系統運行設定標準。
1 材料與方法
1.1 實驗方法
實驗用印染廢水每天從園區(qū)的污水處理廠進水口采集，生活污水從市政的污水處理廠進水口采集，接種污泥從市政的污水處理廠的曝氣生物池采集。
針對印染廢水混合前是否要對普通印染廢水進行水解酸化處理，實驗設計了3種混合水質配水方式，其中，配水方式1：印染廢水和生活污水按體積比1∶5混合使用；配水方式2：印染廢水pH從12先調整到9左右，再與生活污水按1∶5混合使用；配水方式3：在調節(jié)pH為9的印染廢水中加入印染污水處理廠水解酸化池中污泥攪拌8 h，經水解酸化后與生活污水按1∶5混合后使用。
實驗采用2 L燒杯按序批方式運行，模擬厭氧攪拌、曝氣反應、沉淀和排泥四個階段，設定4種方式考察不同厭氧和曝氣時間對實驗效果的影響，各階段保持的時間見表 1。
表 1 實驗曝氣方式階段安排 h
1.2 實驗條件
用時控開關程序控制攪拌器、曝氣裝置的開啟與關閉。用磁力攪拌器進行厭氧攪拌，曝氣泵和曝氣沙頭進行好氧曝氣，考察3種配水、4種曝氣方式的處理效果。實驗過程中MLSS控制在2 500~3 500 mg/L范圍內，攪拌、曝氣階段每0.5 h調整曝氣量，控制曝氣段DO在2~4 mg/L，控制厭氧攪拌段DO＜0.5 mg/L。
1.3 監(jiān)測項目
曝氣過程中每0.5 h測定DO 1次；每日系統運行完測定 MLSS 1次；每個處理系統取厭氧、好氧末期水樣約30 mL測定CODCr以及總氮（TN）和總磷（TP）；每種曝氣和配水狀態(tài)做1個平行，結果取2個水樣的平均值。
DO測定使用哈希HQ30d溶解氧測定儀，CODCr測定采用哈希DR1010快速測定儀，pH測定使用WTW Multi 3400i手持式pH/溶解氧/電導率測試儀，BOD5、TN、TP及氨氮測定均采用國標方法。
2 結果與討論
2.1 馴化實驗與結果
為避免印染廢水對原城市污水處理系統活性污泥的沖擊，實驗將生活污水、印染廢水的體積比先設定為1∶9，2 d后，出水水質即達到了較好的狀態(tài)，再逐步調整體積比到1∶5，待出水水質良好后馴化完成，可以進行后續(xù)實驗。
馴化期間CODCr連續(xù)檢測的結果見表 2。
表 2 馴化階段厭氧、好氧后COD的去除情況
實驗結果表明，體積比采用1∶5后，剛開始時各系統厭氧和好氧段的處理效率都出現了明顯降低，但之后就有了明顯回升并基本穩(wěn)定，最終出水CODCr保持在25 ~60 mg/L，系統生物處理運行狀態(tài)穩(wěn)定。
2.2 三種配水的實驗差異
在印染廢水的常規(guī)處理工藝中，為減少廢水對后續(xù)生物處理工藝的影響，通常需要添加硫酸等強酸來調整廢水的酸堿性以保證后續(xù)生物處理單元的正常運行，在好氧生物處理之前還會增加水解酸化工藝提高廢水的生物可降解性。但從生活污水處理廠的角度，增加這樣的2個單元會增加不少投入，而將廢水直接投入到處理系統中是最經濟適用的方法。為考察不同配水方式對處理工藝的影響，實驗采用3種配水進行實驗以此來確定經濟合理的配水方式。3種配水在不同曝氣方式下COD去除效果見圖 1、圖 2。
圖 1 各方案不同配水厭氧處理后的COD去除率
圖 2 各方案不同配水好氧處理后的COD去除率
由表 1可以看出，厭氧處理完成后，直接混合配水方式1的COD去除率在34%~45%，平均為40%；酸化混合的配水方式2獲得了平均為41%的去除率，范圍在37%~45%，水解酸化后混合的配水方式3，COD去除率在41%~46%，平均值為44%。3種方式都獲得40%左右的COD去除率，其中配水方式3的去除率最好，但和其他2個方法相比，差別并不明顯。
圖 1的實驗結果表明，3種配水經厭氧和好氧批式處理后均能取得較好的COD去除率，配水方式1獲得了平均82%的去除率，曝氣方式引起的變化范圍在79%~86%；配水方式2獲得的平均去除率為83%，變化范圍為81%~86%；配水方式3的平均去除率則為84%，3種配水方式對處理效果的影響并不明顯。這個結果說明對該污水廠來說，3種配水方式都是可行的，在馴化的基礎上，未來印染工業(yè)園每天2萬t的印染廢水可以直接和污水廠的生活污水混合進入到污水處理系統，對生活污水處理廠的活性污泥系統沒有明顯影響，能保持較好的處理效果。
2.3 不同曝氣方式對污染物去除的影響
2.3.1 不同曝氣方式對COD去除的影響
圖 1、圖 2的結果表明，在厭氧段，4種方式分別取得了平均42%、43%、39%、43%的COD去除率，在好氧末段分別取得了81%、85%、83%、83%的平均去除率，4種曝氣方式對COD去除效果的差異很小。這一結果說明在保證足夠的曝氣時間的條件下，該廢水中的主要污染物能夠有效去除。
直接混合的配水方式1在厭氧階段的4種曝氣方式分別取得了45%、40%、34%、39%的去除效果，好氧曝氣結束時，取得了79%、86%、81%、82%的去除效果，在該配水條件下，厭氧反應時間對COD的去除在2 h左右達到了最高值（45%），在4 h左右則下降到了最低值（34%），此后有上升的趨勢。好氧曝氣后，厭氧3 h、曝氣9 h的曝氣方式2取得了86%的去除率，明顯高于其他曝氣方式。曝氣方式3和曝氣方式4相比曝氣方式2，減少了曝氣好氧時間，但總去除率也出現了明顯下降，這表明維持9 h的曝氣時間對維持系統較高的去除率有重要的意義。經過2 h厭氧攪拌10 h曝氣的曝氣方式1盡管在厭氧段有較高的去除率但在好氧結束后只獲得了79%的總去除率，是4種曝氣方式中最低的，這也表明 2 h的厭氧攪拌時間在提升直接混合的配水后續(xù)好氧處理效率的作用中表現不夠優(yōu)秀，盡管厭氧段自身的效率最高，但廢水中部分難降解的污染物沒有在厭氧段充分分解，影響了最后的好氧曝氣降解的效果。為保持直接混合配水的降解效果，必須維持系統3 h的厭氧處理時間。
2.3.2 不同曝氣方式對TN去除的影響
廢水中的氮一般需要經過完整的硝化和反硝化過程才能得到有效的去除，在序批反應中，如果需要獲得脫氮效果，必須在排水階段保留部分已完全硝化的廢水，或在曝氣階段投加原水。
本實驗中完全曝氣反應后處理水全部排放，反應器中只保留了一定的污泥，沒有反硝化菌群的培養(yǎng)措施，污水中氮素只完成了硝化過程，總氮去除效率相對不高，但系統運行參數對總氮去除的影響依然在實驗結果中有體現，結果見圖 3、圖 4。
圖 3 不同曝氣方式下不同配水厭氧段總氮去除率
圖 4 不同曝氣方式下不同配水好氧段總氮去除率
實驗結果表明：在實驗條件下獲得的最大脫氮率的曝氣方式為曝氣時間最長10 h的方式1，脫氮率在曝氣結束后達到了平均28%，而其余3種方式的脫氮率隨曝氣時間的減短，出現了下降，分別達到27%、27%、25%。在厭氧末端段TN的去除率和好氧曝氣完成后的結果有些不一致，方式2的去除率最低，只有11%，其他3種方式平均去除率保持在19%左右。但基于方式2的最后去除率也達到了27%，可以推斷方式2厭氧段的低去除率沒有影響到系統最終的硝化脫氮過程。
對不同的配水方式的比較結果表明，不同配水方式對系統最終的脫氮效果影響很小，基于不同曝氣方式得到的平均值均在26%左右，這一結果說明，配水方式除對系統COD去除沒有影響外，對TN的硝化脫除也沒有產生影響，直接混合兩種廢水的配水，對硝化脫氮系統生物活性沒有影響。
進一步研究配水方式1，曝氣時間最長的方式1獲得了最佳的脫氮效果，其他3種方式的脫氮效果明顯下降，曝氣時間最短的方式4（7 h）只獲得了 23%的去除率，明顯低于方式1的30%，曝氣8 h的方式3獲得了27%的去除率，也高出方式4一定的值。該結果說明要獲得較完整的硝化，需要保證最少8 h的曝氣時間。
2.3.3 不同曝氣方式對TP去除的影響
總磷的去除需要含聚磷菌的污泥在厭氧和好氧環(huán)境的轉化中對磷的結合能力改變以獲得對磷的超量吸收，而后通過剩余污泥的排放達到磷去除的目標。本研究中，污水在處理過程中先經過厭氧狀態(tài)釋放污泥中多余的磷，而后在好氧狀態(tài)下對污水中的磷重新吸收，通過逐日排放一定的污泥，獲得了較好的脫磷效果，結果見圖 5、圖 6。
圖 5 不同曝氣方式下不同配水厭氧段總磷去除率
圖 6 不同曝氣方式下不同配水好氧段總磷去除率
實驗結果表明：4種曝氣方式下經過完全的厭氧好氧反應后，磷的平均去除率分別達到60%、69%、65%、55%，其中曝氣時間為9 h的方式2取得了最高的脫磷效果（69%），隨著曝氣時間的縮短，脫磷效果變差，在曝氣時間為7 h的方式4中磷的脫除率只有55%，該結果表明，系統取得好的脫磷效果需要8~9 h的曝氣時間，低于7 h的曝氣時間對除磷不利。結果還表明，曝氣時間最長10 h的曝氣方式1沒有獲得最好的除磷效果，同時該方式在厭氧階段的2 h攪拌也沒有取得最好的釋磷效果，析出率略低于方式2。依據釋磷越好，吸磷越好的一般原理，曝氣方式2因為在厭氧階段取得了好于方式1的磷溶出效果因此在曝氣的最后階段取得了最好的吸磷和除磷率。對本系統的廢水來說，獲得好的除磷，必須保持3 h的厭氧攪拌釋磷時間。
3種配水方式的結果還表明，經水解酸化后混合的配水方式3獲得的除磷效果最好（去除率 66%），酸化混合配水方式2（去除率64%）的效果略低于方式3，直接混合的方式1獲得的除磷效果最差，只有56%左右。在厭氧狀態(tài)時磷的釋放效率和上面的順序又有不同，直接混合的溶出率最高，水解酸化混合后的溶出率最低。這一結果和磷的釋出率與降解率呈負相關的理論并不一致，這表明，直接混合配水的磷釋出與水解酸化以及酸化混合配水的磷釋出有差異，盡管在直接混合中有最多的磷釋出，但因為沒有大量的聚β羥基丁酸（PHB）在聚磷菌中的合成，后續(xù)的好氧階段聚磷菌不會有過度吸磷現象的產生。因此從上面實驗結果推斷，直接混合雖然有助于磷的釋出，但水解酸化相對酸化混合，缺少PHB的生成，在總體上除磷效果因此比其他兩種配水方式差。
直接混合配水方式1的4種曝氣方式的實驗結果表明，厭氧3 h、曝氣9 h的曝氣方式2相比其他曝氣方式，對磷的去除率（62%）最高，該方式在厭氧環(huán)境下也是磷釋出最多的方式。這一結果和前述綜合4種曝氣方式得到的有關厭氧好氧時間參數一致，即需要保證9 h的好氧曝氣時間和3 h的厭氧釋磷時間才能使系統獲得最佳的除磷效果。具體參見http://www.bnynw.com更多相關技術文檔。
3 結論
為解決南方某工業(yè)園內生活污水處理廠日常進水污染物濃度低的問題，本研究通過序批實驗，對該廠混合處理工業(yè)園印染廢水的可行性進行了研究，同時考察了1∶5混摻條件下系統達到最佳處理效果時的運行參數。實驗結果表明：
（1）該生活污水處理系統可以直接混摻20%牛仔布生產過程印染廢水，混合廢水對系統的生物處理系統沒有影響，COD仍然能保持86%左右的去除率，且出水在實驗條件下能達到生活污水處理廠出水排放一級B標準。
（2）設計的4種曝氣方式中以厭氧攪拌3 h、曝氣9 h的曝氣方式2處理效果最佳，該方式在去除COD和TP的部分均獲得了最佳的效果，分別為86%、69%。在總氮的去除方面，系統因沒有設置保留部分硝化后的處理水的機制，只形成了全硝化系統，脫氮率不高。實驗表明，對系統的硝化過程，不同配水方式沒有顯著的影響，但為保證全硝化的完整，需要保持至少8 h的曝氣時間。
（3）盡管直接混合配水在厭氧段有最多的磷釋出，卻沒有在好氧段獲得最多的磷吸收。在除磷過程中直接混合的配水存在和經酸化或水解酸化配水不同的機理。
