中国南方地区生活污水处理厂运行时常因区域排水体制不健全、地下水渗漏、化粪池设置等原因遇到进水负荷低的问题，伴随着进水BOD5＜100 mg/L，CODCr＜150 mg/L，进水低碳氮比和碳磷比的问题也常常出现，这给按较高进水负荷设计的污水处理厂，和对氮、磷去除有要求的污水处理厂带来很多的运行问题：如活性污泥浓度保持困难，氮磷去除效果差等。在确保废水无毒性和对污泥处置无不利影响的前提下，引入高浓度的工业废水，提高进水BOD5、COD负荷，给这些污水厂解决以上问题提供了可能。
南方某市政污水处理厂位于某印染工业园区内，日处理能力10万t，采用AAO处理工艺，其片区内城市生活污水因区域内管网不健全，除氮磷外，进厂水质污染物浓度普遍偏低，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，日常运行因此也常出现一些问题：生物反应池内空气曝气量长期过量，污泥变得细碎，沉淀性能差，剩余污泥产量少，反应池内污泥浓度保持困难，需要通过不定期投加粪水来保持生物反应池内污泥浓度。低的碳磷比也造成系统的除磷效果差，达不到设计要求的污水厂排水排放一级A标准，需要通过投加絮凝剂来保证出水中磷含量的达标。在此条件下长期运行，人工、药剂和其他费用给污水 厂造成了一定的经济负担。
该厂所在的工业园区为一牛仔布和牛仔服装加工园，园区内分布了大小上百家牛仔布生产企业，生产过程产生了包括浆染废水、漂洗废水、丝光废水和印染废水在内的多种废水，其中漂洗废水占60%以上，浆染废水占20%以上，丝光废水和其他废水占10%左右。混合废水中主要包含靛蓝染料和硫化染料等污染物，并有一定量的助剂、浆料等，同时还包括漂洗过程产生的浮石渣、短纤维，丝光工艺排放的含高浓度的强碱废水。混合废水的pH 为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 。
随着园区内生产规模的扩大，园内生产废水增长迅速，园区原有设计处理能力10万t/d的污水处理设施常常出现超负荷运行状况，为保证污水处理效果，不得不限制企业生产能力，给生产企业和园区污水处理厂都造成了不同程度的损失。园区的污水处理厂经协商准备每天输送2万t印染废水到该园区的市政污水处理厂，一方面缓解园区污水处理设施的压力，一方面能使市政污水处理厂现有的处理能力充分发挥，解决该厂的运行问题，给双方都带来经济效益。
本研究正是在此背景下进行，在废水引入工作正式开始前，对利用城市污水处理设施处理牛仔布生产废水的可行性开展实验研究，在实验的基础上确定特定工业废水混入低浓度城市污水进行AAO工艺的可行性和方式，以确定系统处理混合污水的最佳运行条件，为未来的系统运行设定标准。
1 材料与方法
1.1 实验方法
实验用印染废水每天从园区的污水处理厂进水口采集，生活污水从市政的污水处理厂进水口采集，接种污泥从市政的污水处理厂的曝气生物池采集。
针对印染废水混合前是否要对普通印染废水进行水解酸化处理，实验设计了3种混合水质配水方式，其中，配水方式1：印染废水和生活污水按体积比1∶5混合使用；配水方式2：印染废水pH从12先调整到9左右，再与生活污水按1∶5混合使用；配水方式3：在调节pH为9的印染废水中加入印染污水处理厂水解酸化池中污泥搅拌8 h，经水解酸化后与生活污水按1∶5混合后使用。
实验采用2 L烧杯按序批方式运行，模拟厌氧搅拌、曝气反应、沉淀和排泥四个阶段，设定4种方式考察不同厌氧和曝气时间对实验效果的影响，各阶段保持的时间见表 1。
表 1 实验曝气方式阶段安排 h
1.2 实验条件
用时控开关程序控制搅拌器、曝气装置的开启与关闭。用磁力搅拌器进行厌氧搅拌，曝气泵和曝气沙头进行好氧曝气，考察3种配水、4种曝气方式的处理效果。实验过程中MLSS控制在2 500～3 500 mg/L范围内，搅拌、曝气阶段每0.5 h调整曝气量，控制曝气段DO在2～4 mg/L，控制厌氧搅拌段DO＜0.5 mg/L。
1.3 监测项目
曝气过程中每0.5 h测定DO 1次；每日系统运行完测定 MLSS 1次；每个处理系统取厌氧、好氧末期水样约30 mL测定CODCr以及总氮（TN）和总磷（TP）；每种曝气和配水状态做1个平行，结果取2个水样的平均值。
DO测定使用哈希HQ30d溶解氧测定仪，CODCr测定采用哈希DR1010快速测定仪，pH测定使用WTW Multi 3400i手持式pH/溶解氧/电导率测试仪，BOD5、TN、TP及氨氮测定均采用国标方法。
2 结果与讨论
2.1 驯化实验与结果
为避免印染废水对原城市污水处理系统活性污泥的冲击，实验将生活污水、印染废水的体积比先设定为1∶9，2 d后，出水水质即达到了较好的状态，再逐步调整体积比到1∶5，待出水水质良好后驯化完成，可以进行后续实验。
驯化期间CODCr连续检测的结果见表 2。
表 2 驯化阶段厌氧、好氧后COD的去除情况
实验结果表明，体积比采用1∶5后，刚开始时各系统厌氧和好氧段的处理效率都出现了明显降低，但之后就有了明显回升并基本稳定，最终出水CODCr保持在25 ～60 mg/L，系统生物处理运行状态稳定。
2.2 三种配水的实验差异
在印染废水的常规处理工艺中，为减少废水对后续生物处理工艺的影响，通常需要添加硫酸等强酸来调整废水的酸碱性以保证后续生物处理单元的正常运行，在好氧生物处理之前还会增加水解酸化工艺提高废水的生物可降解性。但从生活污水处理厂的角度，增加这样的2个单元会增加不少投入，而将废水直接投入到处理系统中是最经济适用的方法。为考察不同配水方式对处理工艺的影响，实验采用3种配水进行实验以此来确定经济合理的配水方式。3种配水在不同曝气方式下COD去除效果见图 1、图 2。
图 1 各方案不同配水厌氧处理后的COD去除率
图 2 各方案不同配水好氧处理后的COD去除率
由表 1可以看出，厌氧处理完成后，直接混合配水方式1的COD去除率在34%～45%，平均为40%；酸化混合的配水方式2获得了平均为41%的去除率，范围在37%～45%，水解酸化后混合的配水方式3，COD去除率在41%～46%，平均值为44%。3种方式都获得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个方法相比，差别并不明显。
图 1的实验结果表明，3种配水经厌氧和好氧批式处理后均能取得较好的COD去除率，配水方式1获得了平均82%的去除率，曝气方式引起的变化范围在79%～86%；配水方式2获得的平均去除率为83%，变化范围为81%～86%；配水方式3的平均去除率则为84%，3种配水方式对处理效果的影响并不明显。这个结果说明对该污水厂来说，3种配水方式都是可行的，在驯化的基础上，未来印染工业园每天2万t的印染废水可以直接和污水厂的生活污水混合进入到污水处理系统，对生活污水处理厂的活性污泥系统没有明显影响，能保持较好的处理效果。
2.3 不同曝气方式对污染物去除的影响
2.3.1 不同曝气方式对COD去除的影响
图 1、图 2的结果表明，在厌氧段，4种方式分别取得了平均42%、43%、39%、43%的COD去除率，在好氧末段分别取得了81%、85%、83%、83%的平均去除率，4种曝气方式对COD去除效果的差异很小。这一结果说明在保证足够的曝气时间的条件下，该废水中的主要污染物能够有效去除。
直接混合的配水方式1在厌氧阶段的4种曝气方式分别取得了45%、40%、34%、39%的去除效果，好氧曝气结束时，取得了79%、86%、81%、82%的去除效果，在该配水条件下，厌氧反应时间对COD的去除在2 h左右达到了最高值（45%），在4 h左右则下降到了最低值（34%），此后有上升的趋势。好氧曝气后，厌氧3 h、曝气9 h的曝气方式2取得了86%的去除率，明显高于其他曝气方式。曝气方式3和曝气方式4相比曝气方式2，减少了曝气好氧时间，但总去除率也出现了明显下降，这表明维持9 h的曝气时间对维持系统较高的去除率有重要的意义。经过2 h厌氧搅拌10 h曝气的曝气方式1尽管在厌氧段有较高的去除率但在好氧结束后只获得了79%的总去除率，是4种曝气方式中最低的，这也表明 2 h的厌氧搅拌时间在提升直接混合的配水后续好氧处理效率的作用中表现不够优秀，尽管厌氧段自身的效率最高，但废水中部分难降解的污染物没有在厌氧段充分分解，影响了最后的好氧曝气降解的效果。为保持直接混合配水的降解效果，必须维持系统3 h的厌氧处理时间。
2.3.2 不同曝气方式对TN去除的影响
废水中的氮一般需要经过完整的硝化和反硝化过程才能得到有效的去除，在序批反应中，如果需要获得脱氮效果，必须在排水阶段保留部分已完全硝化的废水，或在曝气阶段投加原水。
本实验中完全曝气反应后处理水全部排放，反应器中只保留了一定的污泥，没有反硝化菌群的培养措施，污水中氮素只完成了硝化过程，总氮去除效率相对不高，但系统运行参数对总氮去除的影响依然在实验结果中有体现，结果见图 3、图 4。
图 3 不同曝气方式下不同配水厌氧段总氮去除率
图 4 不同曝气方式下不同配水好氧段总氮去除率
实验结果表明：在实验条件下获得的最大脱氮率的曝气方式为曝气时间最长10 h的方式1，脱氮率在曝气结束后达到了平均28%，而其余3种方式的脱氮率随曝气时间的减短，出现了下降，分别达到27%、27%、25%。在厌氧末端段TN的去除率和好氧曝气完成后的结果有些不一致，方式2的去除率最低，只有11%，其他3种方式平均去除率保持在19%左右。但基于方式2的最后去除率也达到了27%，可以推断方式2厌氧段的低去除率没有影响到系统最终的硝化脱氮过程。
对不同的配水方式的比较结果表明，不同配水方式对系统最终的脱氮效果影响很小，基于不同曝气方式得到的平均值均在26%左右，这一结果说明，配水方式除对系统COD去除没有影响外，对TN的硝化脱除也没有产生影响，直接混合两种废水的配水，对硝化脱氮系统生物活性没有影响。
进一步研究配水方式1，曝气时间最长的方式1获得了最佳的脱氮效果，其他3种方式的脱氮效果明显下降，曝气时间最短的方式4（7 h）只获得了 23%的去除率，明显低于方式1的30%，曝气8 h的方式3获得了27%的去除率，也高出方式4一定的值。该结果说明要获得较完整的硝化，需要保证最少8 h的曝气时间。
2.3.3 不同曝气方式对TP去除的影响
总磷的去除需要含聚磷菌的污泥在厌氧和好氧环境的转化中对磷的结合能力改变以获得对磷的超量吸收，而后通过剩余污泥的排放达到磷去除的目标。本研究中，污水在处理过程中先经过厌氧状态释放污泥中多余的磷，而后在好氧状态下对污水中的磷重新吸收，通过逐日排放一定的污泥，获得了较好的脱磷效果，结果见图 5、图 6。
图 5 不同曝气方式下不同配水厌氧段总磷去除率
图 6 不同曝气方式下不同配水好氧段总磷去除率
实验结果表明：4种曝气方式下经过完全的厌氧好氧反应后，磷的平均去除率分别达到60%、69%、65%、55%，其中曝气时间为9 h的方式2取得了最高的脱磷效果（69%），随着曝气时间的缩短，脱磷效果变差，在曝气时间为7 h的方式4中磷的脱除率只有55%，该结果表明，系统取得好的脱磷效果需要8～9 h的曝气时间，低于7 h的曝气时间对除磷不利。结果还表明，曝气时间最长10 h的曝气方式1没有获得最好的除磷效果，同时该方式在厌氧阶段的2 h搅拌也没有取得最好的释磷效果，析出率略低于方式2。依据释磷越好，吸磷越好的一般原理，曝气方式2因为在厌氧阶段取得了好于方式1的磷溶出效果因此在曝气的最后阶段取得了最好的吸磷和除磷率。对本系统的废水来说，获得好的除磷，必须保持3 h的厌氧搅拌释磷时间。
3种配水方式的结果还表明，经水解酸化后混合的配水方式3获得的除磷效果最好（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获得的除磷效果最差，只有56%左右。在厌氧状态时磷的释放效率和上面的顺序又有不同，直接混合的溶出率最高，水解酸化混合后的溶出率最低。这一结果和磷的释出率与降解率呈负相关的理论并不一致，这表明，直接混合配水的磷释出与水解酸化以及酸化混合配水的磷释出有差异，尽管在直接混合中有最多的磷释出，但因为没有大量的聚β羟基丁酸（PHB）在聚磷菌中的合成，后续的好氧阶段聚磷菌不会有过度吸磷现象的产生。因此从上面实验结果推断，直接混合虽然有助于磷的释出，但水解酸化相对酸化混合，缺少PHB的生成，在总体上除磷效果因此比其他两种配水方式差。
直接混合配水方式1的4种曝气方式的实验结果表明，厌氧3 h、曝气9 h的曝气方式2相比其他曝气方式，对磷的去除率（62%）最高，该方式在厌氧环境下也是磷释出最多的方式。这一结果和前述综合4种曝气方式得到的有关厌氧好氧时间参数一致，即需要保证9 h的好氧曝气时间和3 h的厌氧释磷时间才能使系统获得最佳的除磷效果。。
3 结论
为解决南方某工业园内生活污水处理厂日常进水污染物浓度低的问题，本研究通过序批实验，对该厂混合处理工业园印染废水的可行性进行了研究，同时考察了1∶5混掺条件下系统达到最佳处理效果时的运行参数。实验结果表明：
（1）该生活污水处理系统可以直接混掺20%牛仔布生产过程印染废水，混合废水对系统的生物处理系统没有影响，COD仍然能保持86%左右的去除率，且出水在实验条件下能达到生活污水处理厂出水排放一级B标准。
（2）设计的4种曝气方式中以厌氧搅拌3 h、曝气9 h的曝气方式2处理效果最佳，该方式在去除COD和TP的部分均获得了最佳的效果，分别为86%、69%。在总氮的去除方面，系统因没有设置保留部分硝化后的处理水的机制，只形成了全硝化系统，脱氮率不高。实验表明，对系统的硝化过程，不同配水方式没有显著的影响，但为保证全硝化的完整，需要保持至少8 h的曝气时间。
（3）尽管直接混合配水在厌氧段有最多的磷释出，却没有在好氧段获得最多的磷吸收。在除磷过程中直接混合的配水存在和经酸化或水解酸化配水不同的机理。
