3 水解酸化预处理洁霉素废水的试验研究
3.1 试验材料与方法
3.1.1 废水来源及水质
试验废水水样为南阳普康药业有限公司洁霉素生产废水，该废水呈深棕色，有强烈的刺激性气味。其水质如表 3.1 所示。
3.1.2 试验装置
（1）水解酸化污泥培养与驯化
试 验 装 置 如 图 3.1 所 示 , 该 反 应 器 由 有 机 玻 璃 制 成 , 规 格 为 Φ200mm×41.5mm,有效容积为 8L.该装置设有搅拌器、三个取样口和水浴保温层，在冬季气温较低时，仍可保证反应温度（25±2℃）。
（2）水解酸化 pH 调控试验
试验装置如图 3.2 所示，其是用有效容积为 1L 的小口锥形瓶作反应瓶，用恒温磁力搅拌器进行搅拌和控温，操作温度为 25±2℃。反应器口用保鲜膜密封，膜上开孔插入温度探头和 pH/ORP 探头。
（3）后续生化试验
后续生化试验分为三种，即水解酸化出水接厌氧摇瓶试验、水解酸化出水接好氧试验和水解酸化出水接厌氧好氧组合试验。厌氧摇甁试验装置由恒温水浴摇床、发酵瓶、集气瓶和集水瓶等部分组成，如图 3.3 所示，发酵瓶为有效容积为 1L 的玻璃瓶；发酵瓶装料后用橡胶塞封口，塞子上开孔，插入沼气导管，用排水集气法测量产气量。好氧试验装置为玻璃反应器，有效容积为 1L,底部配有砂芯曝气头作曝气装置。
3.1.3 分析项目、方法及仪器设备
试验中采用的分析项目及检测方法见表 3.2,主要试验仪器设备见表 3.3.
3.1.4 试验方法
（1）水解酸化污泥培养与驯化
试验所用污泥为厌氧颗粒污泥，取自某淀粉生产企业厌氧反应器 ,VSS/SS=0.85.在试验进行之前，需对接种污泥进行培养与驯化。首先，进行污泥的培养，将颗粒污泥接种到反应器中，接种量为有效容积的 30%（MLSS=22400±160mg/L），用模拟生活污水的葡萄糖配水进行培养，即 COD:N:P （葡萄糖：尿素：磷酸二氢钾）=200:5:1,并投加微量元素。反应器内温度控制在25±2℃，pH 控制在 5.8~6.2,并进行搅拌使完全混合。采用半连续运行的方式培养污泥，每 24h 换一次水，每次换水体积为有效容积的 1/2,COD 进水浓度从2000mg/L 开始，每天增加 2000mg/L,共增加 8d 至 18000mg/L,每天检测反应器的进出水 COD 浓度，至 COD 去除率稳定。污泥培养阶段完成后，进行污泥的驯化阶段，在此阶段，以 20%的梯度逐步增加进水中废水的比例，直至进水为 100%的废水，COD 去除率稳定时即完成污泥的驯化阶段。
（2）水解酸化 pH 调控试验
影响水解酸化效果的主要因素有 pH、温度、底物种类和形态、氧化还原电位及水力停留时间。其中，pH 值作为水解酸化处理的重要运行参数之一，它能影响水解酸化的产物的种类和产生、水解的速率以及微生物的代谢等，又因为在实际工程运用中，pH 值这一因素相较而言更易控制，因此本试验通过控制不同的 pH 值（6、7.5 和 9）来考察水解酸化对洁霉素废处理效果的影响。
采用 3 个 1L 的小口锥形瓶作反应瓶，分别接种已驯化的水解酸化污泥，接种量为有效容积的 1/4（MLSS=18700±120mg/L），置于恒温磁力搅拌器上，温度为 25±2℃，用 2mol/L 盐酸或氢氧化钠溶液控制 pH 值为 6、7.5 和 9,每天调节 pH 多次以控制 pH 值的变化在 0~0.3 之间；每 24h 换一次废水，每次换水体积为有效容积的 1/2,运行时间为 26d.通过测定各反应瓶中 COD、VFA、ORP、BOD5等指标，观察洁霉素废水水解酸化效果的影响。
（3）后续生化试验
为了评价不同 pH 条件下水解酸化阶段的效果，将水解酸化阶段的出水分别接入了厌氧摇瓶、好氧反应器及厌氧阶段的出水再接入好氧反应器，即水解酸化的后续生化试验分为三种。
第一种为厌氧试验，即厌氧摇瓶试验，采用 3 个 1L 的反应瓶作发酵瓶，分别接种取自某淀粉生产企业厌氧反应器中的厌氧颗粒污泥，接种量为有效容积的 30%（MLSS=22500±100mg/L），即 300ml 泥。控制温度为 35±2℃，用 2mol/L盐酸或氢氧化钠溶液调节 pH 为 6.8~7.2.由于废水经水解酸化后的出水 COD 浓度均很高，为防止颗粒污泥失活及更好的发挥颗粒污泥的活性，均将水解酸化出水稀释至 4000~5000mg/L 再进入反应瓶，反应形式为一次进水，停留 7d.观察 COD 降解程度，来评价水解酸化阶段及水解酸化+厌氧联合反应对洁霉素废水的处理效果。
第二种为好氧试验，采用 3 个 2L 的烧杯作为反应器，有效容积为 1L,分别接种取自五龙口污水处理厂二沉池的剩余活性污泥（MLSS=10000mg/L），接种量为有效容积的 20%（MLSS=2000±80mg/L），即 200mL 泥。用 2mol/L 盐酸或氢氧化钠溶液调节 pH 为中性。由于废水经水解酸化后的出水 COD 浓度均很高，为防止污泥失活及更好的发挥污泥的活性，均将水解酸化出水稀释至 2000mg/L左右再进入反应器，用 2mol/L 盐酸或氢氧化钠溶液调节 pH 为中性。反应形式为一次进水，曝气，停留 7d.观察 COD 降解程度，来评价水解酸化阶段及水解酸化+厌氧联合反应对洁霉素废水的处理效果。
第三种为厌氧+好氧组合试验，即将厌氧试验出水分别直接接入好氧反应器中，总体积为 800mL,分别接种取自五龙口污水处理厂二沉池的剩余活性污泥（MLSS=10000mg/L），接种量为有效容积的 20%（MLSS=2000±80mg/L），用2mol/L 盐酸或氢氧化钠溶液调节 pH 为中性。反应形式为一次进水，曝气，停留7d.观察 COD 降解程度，来评价水解酸化+厌氧+好氧联合反应对洁霉素废水的处理效果。
3.2 水解酸化污泥的培养与驯化结果及分析
3.2.1 水解酸化污泥培养结果及分析
水解酸化污泥培养阶段的 COD 变化情况如图 3.4 所示。由图 3.4 可知，水解酸化污泥培养过程中，随着 COD 进水浓度从 2000mg/L开始，每天增加 2000mg/L,共增加 8d 至 18000mg/L,反应器对 COD 的去除率从 81.95%逐渐降低至 37%.由于此阶段进水为葡萄糖模拟配水，易降解，且接种的污泥为厌氧颗粒污泥，厌氧微生物占主导地位，因此在运行初期，负荷低的情况下，对 COD 去除率较高；在运行后期，随着负荷不断增加，COD 去除率逐渐减小，最后趋于稳定，说明水解酸化污泥培养过程完成。
3.2.2 水解酸化污泥驯化结果及分析
水解酸化污泥培养阶段的 COD 变化情况如图 3.5 所示。从图 3.5 可以看出，水解酸化污泥驯化过程中，随着进水中废水比例的增加，反应器对 COD 的去除率逐渐下降至 7%,说明反应器内的水解酸化菌已经逐渐适应了废水的水质，并基本形成稳定的体系，即水解酸化反应器内的污泥驯化过程基本完成。由于在水解酸化菌的作用下，非溶解性有机物被转化为溶解性有机物，难生物降解的大分子物质被转化为易生物降解的小分子物质，进出水中的 COD 浓度可能会出现降低、持平、略有升高这三种情况[91].该废水中的有机物浓度过高、成分复杂以及含有大量难降解的大分子有机物，因此经过水解酸化处理后会呈现出反应器对 COD 的去除效果不明显的现象。但是水解酸化处理的重点在于污染物质化学结构和性质上的改变，而不在于其量的去除[92].所以，COD 去除率这一指标更多的作为水解酸化过程的参考指标，而非关键性指标[93]
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