摘要：在传统污水工艺中，厌氧和好氧工艺被广泛认可并应用于工程中，受传统工艺的影响，微氧技术研究较少且发展不成熟，在工程中应用甚少。近几年，研究者们发现微氧技术不但能耗低、产泥率低，且能实现同步脱氮脱磷等优势，引起更多学者和工程师的广泛关注。本文就废水生物处理中关于微氧水解酸化工艺技术的应用进行了简单的分析。
关键词：废水生物处理；微氧水解酸化；技术应用
引言
微氧是指系统内溶解氧量在0.3～1 mg/L，由于氧气含量较少，所以仅在微生物絮体表面存在较多的好氧菌，絮体内部很少有氧气能够进入，故大部分为厌氧菌和兼性厌氧菌。由此看来，微氧状态比好氧和厌氧有更庞大的菌群。根据微生物菌群对氧的受体分析，可分为好氧菌、厌氧菌和兼性厌氧菌。其中好氧菌吸收氧气为体内氧化反应提供电子，实现有机物向二氧化碳的转化；厌氧菌以碳、氮、硫等作为受体水解酸化后将有机物转化为甲烷；兼性厌氧菌在微氧条件下以有机物作为最终电子受体进行发酵等氧化过程，当微量的氧气传递受阻时兼性厌氧菌则进行无氧呼吸。微氧条件下好氧菌、兼氧菌和厌氧菌的共存，使系统内能够同时发生氧化、还原等多种反应，这也是微氧技术能实现碳、氮、磷及难降解和有毒物质同步去除的根本原因。研究表明，微氧状态下由于微生物菌群丰富（丝状菌、杆菌及球菌），形成的高活性颗粒污泥更有利于反应器的快速启动。另外，产甲烷菌能够在微好氧条件下存活并且比厌氧条件下表现出更强的活性。
1.微氧水解酸化工艺分析
水解酸化是污染物进入水体后在厌氧条件下发生的第一个主反应，主要是通过水解菌将淀粉、蛋白质等大分子水解为葡萄糖、氨基酸等小分子，被水解后的大分子通过产酸菌进行酸化和发酵。经过水解酸化，不溶性、难生物降解的有机物转化为溶解性、易生物降解的物质，从而提高废水的可生化性。虽然水解酸化工艺应用广泛，但存在效率低、运行不稳定、易产生有毒气体等缺点。研究者发现，有水解作用的微生物（如杆菌）在微氧反应器中的含量是在厌氧反应器中的1.25倍，说明在水解酸化工艺段通入一定量的氧气能有效提高水解酸化效率。因为完成水解酸化过程的细菌大部分为兼性菌，通入的氧气能够使微生物繁殖速率加快，代谢功能增强，从而更有效地实现大分子有机物的分解。系统中低浓度的溶解氧具有以下作用：（1）搅拌作用。系统中通入的氧气使污泥与废水充分混合，不仅能够防止污泥腐败变质，还能改善水力条件，强化有机底物和污泥的水解与吸附作用。（2）氧气能够调节多种酶反应，刺激细菌胞外酶的产生，从而降解难降解的有毒物质。（3）氧气作为水解酸化细菌生长代谢的电子受体，可强化微生物的生理代谢功能。（4）通入一定量的氧气可防止微生物中毒，氧气不但可以抑制硫化物转化为抑制好氧菌生长的硫酸盐，还可以吹脱出系统内部分有毒气体，从而防止有毒物质对微生物的毒害作用。尽管如此，氧气的通入应控制在一定范围内，以每天74 L/kg-TS的速率在系统内通入空气，发现氧气的存在有利于水解作用，但对酸化产生了抑制。在研究微氧对污泥减量的贡献时也曾指出，当溶解氧从2.5 mg/L降到0.5 mg/L时，污泥减量率从42.9%增加到68.3%。所以系统内溶解氧应控制在微氧范围内（DO 1 mg/L），这样既能有效提高水解酸化率，又能减少能耗，高效节能地实现废水的脱碳除氮。
水解酸化是把大分子转化成小分子的过程，其主要改变的是污染物形态，对污染物去除作用不大，所以微氧条件下的水解酸化对有机污染物的去除效果并不明显，COD去除率较低甚至出水COD会升高，但与传统水解酸化相比，氧气的存在可大大提高废水的可生化性。通过微氧水解预处理抗生素废水发现，中浓度废水和高浓度废水BOD5/CODCr分别提高了20%和16%，使得生化性很低的抗生素废水经微氧条件下的水解酸化后可生化性得到很大提高。微氧水解酸化还丰富和改变了难降解有机物质的降解路径，且抗冲击能力强，故经常被用作处理工业废水生物段的预处理过程。因此微氧水解酸化工艺可作为一种对制药废水、石化废水等组成复杂、有机物浓度高、有毒及难降解的污水进行预处理的重要手段。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.微氧水解酸化处理制药废水
医学事业的发展以及制药行业技术的进步使得制药废水成分更加复杂，难降解和有毒物质浓度越来越高。水解酸化工艺中通入少量的氧气能有效提高制药废水生化性，有助于下一步的生物处理，采用微氧水解酸化-复合好氧工艺处理制药废水，微氧水解酸化对生化性的提高使得好氧工艺后COD和氨氮去除率达78.2%和99.3%，与传统水解+好氧工艺相比，COD和氨氮去除率有了明显提升。通过微氧水解酸化-交替流生物反应器处理制药废水时发现，微氧水解酸化工艺形成的细小颗粒污泥不但水解酸化性能高，而且有良好的耐盐性能，可处理高盐度制药废水。另外，单纯的厌氧技术会将SO42-转化为有毒气体H2S，对产甲烷菌有抑制性毒害作用并使丝状硫细菌大量繁殖导致污泥膨胀，而单纯的好氧技术会将S2-转化为SO42-，对好氧菌有毒害作用，致使效率降低，且氧气动力消耗增加使成本增高。若通入少量的氧气则可以抑制硫酸盐还原菌的存在，既能避免H2S对系统的毒害作用，又能降低能耗、减少成本。综上所述，对于成分复杂的制药废水，微氧条件下的水解酸化不仅能够培养出优质的微生物，还能优化系统功能，有利于下一步的生物处理。
3.微氧水解酸化处理石化废水
石化废水成分复杂，既含有油、醇、酚等有机污染物又含有氮磷等无机污染物，且大部分污染物有毒，很难降解，故研究如何高效地去除石化废水中的污染物有着重要意义。传统水解酸化对COD的去除率一般为10%～30%〔16〕，但在传统A/O工艺前添加微氧水解酸化工艺使得氨氮去除率达94%以上，COD去除率达79%，其中微氧水解酸化阶段对COD的去除率高达42%，说明水解酸化中通入少量氧气不但能提高生物降解性，还有助于COD的去除。进行类似实验得出相同的结论（传统水解酸化COD的去除率仅为26.4%，而微氧水解酸化COD的去除率为31.2%）。该实验还对微氧和厌氧水解酸化反应器中的菌群进行了分析，结果表明，变形菌门、绿弯菌门、放线菌门所占比例分别为39.7%、20.3%、1.9%，均高于传统水解酸化的36.9%、17.5%、1.3%，菌群丰度的增加与实验现象（COD去除率提高）一致。除此之外，微氧水解酸化不仅使BOD5/COD提高了12.4%，挥发性脂肪酸（VFA）浓度也提高了23%，说明微氧水解酸化在提高生化性的同时产酸效率也得以提高。实验发现，在保证COD、氨氮等有机物去除效率高的情况下，微氧水解酸化能够去除石化废水中全部芳香族化合物，这是因为氧气的通入使污泥与污水充分而稳定地混合，通过细胞中各种酶的作用开环降解芳香族化合物。另外，微量氧气有利于兼性菌的生存与代谢，增加纤维素酶等酶的活性，部分异养菌也会利用系统内少量的溶解氧降解一部分COD；微氧水解酸化菌对难降解的芳香有机物和含有共轭键化合物的大分子去除效果比厌氧菌好；兼性菌对温度、pH等实验条件适应范围广，系统更加稳定。故微氧水解酸化技术处理石化废水比传统水解酸化更有利于有毒物质如芳香族化合物的去除和可生化性、酸化率的提高。
4.结语
综上所述，微氧技术作为一种高效的节能技术越来越受到人们的关注，与不同工艺结合展现出其独特的优势。虽然微氧技术可应用于多个方面且效果优于传统好氧、厌氧工艺，但在工程应用中仍存在着一些挑战，比如曝气量的不足容易引起丝状菌大量繁殖而导致丝状菌膨胀，从而影响泥水分离和出水水质；微氧状态下AerAOB会产生少量的NO和N2O，在一定程度上给大气带来二次污染等问题。此外，在处理实际废水时，进水水质的不同和环境的变化使得系统中溶解氧浓度变化幅度较大，很难将系统控制在微氧状态。
参考文献：
［1］李慧君，杨中智，王艳，等.微氧反应器和好氧对照系统负荷效应对比研究［J］.工业水处理，2015，35（10）：50-53.
［2］李文英，董春娟，王增长，等.微氧EGSB反应器处理焦化废水的启动研究［J］.中国给水排水，2012，28（3）：67-70.
［3］李伟，董春娟，刘晓.EGSB反应器微氧处理生活污水的研究［J］.天津建设科技，2012（2）：61-63.
论文作者:陈鹏飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/7
标签：废水论文; 氧气论文; 氧水论文; 厌氧菌论文; 工艺论文; 污泥论文; 有机物论文; 《基层建设》2017年第27期论文;