旁流式SBR生物除磷工藝強化污染物去除效果的研究

侯亞龍

（忻州市生態(tài)環(huán)境局神池分局，山西 神池 036199）

目前，我國城市污水的排放量逐年增加，致使我國地表水體污染愈加嚴(yán)重。其中，污水中的磷是造成地表水體富營養(yǎng)化的主要元兇之一。目前生物法除磷被廣泛應(yīng)用在城市污水處理廠，然而現(xiàn)有除磷工藝存在分配有機物碳源不合理、脫氮和除磷效果不可以同時達(dá)到最佳情況的現(xiàn)象［1］。因此，對現(xiàn)有生物除磷工藝進(jìn)行創(chuàng)新改造，提高城市污水處理廠除磷效率，同時優(yōu)化工藝污染物去除效果，對人類控制水體富營養(yǎng)化，促進(jìn)水資源的長期使用具有至關(guān)重要的現(xiàn)實價值。

1 試驗裝置及主系統(tǒng)工藝

本試驗裝置以穩(wěn)定可靠的SBR生物除磷工藝為基礎(chǔ)，通過旁流一部分好氧污泥至厭氧反應(yīng)器，對其進(jìn)行創(chuàng)新改造，保持SBR工藝內(nèi)高濃度的MLSS，緩解反應(yīng)器內(nèi)生物除磷、脫氮的沖突，保證脫氮除磷效果同時達(dá)到最佳［2］。改造后的旁流式SBR工藝裝置示意圖，如圖1所示。

由圖1可知，試驗主裝置采用SBR反應(yīng)器，外加旁流式厭氧發(fā)酵罐。主系統(tǒng)工藝為：周期進(jìn)水，以缺氧、好氧、沉淀等流程，曝氣結(jié)束時將部分好氧污泥排入?yún)捬醢l(fā)酵罐，厭氧發(fā)酵罐中較長的HRT使得厭氧環(huán)境得到加強，以強化釋磷，然后將泥水混合液回流至SBR系統(tǒng)主反應(yīng)器，再重按照缺氧、好氧、沉淀等流程，進(jìn)行下一周期反應(yīng)。主反應(yīng)器SBR每日運轉(zhuǎn)三周期，使用間歇進(jìn)水、排水的方式。試驗過程中采用曝氣砂頭、機械攪拌，并使用時間控制器實現(xiàn)自動切換出水、曝氣、攪拌等工況。

圖1 改造后的旁流式SBR工藝裝置示意圖

2 試驗材料與研究方法

2.1 試驗水質(zhì)與接種污泥

試驗用水根據(jù)忻州市某污水處理廠的水質(zhì)特征和實驗需要，同時為了試驗配水更加適應(yīng)微生物生長，以自來水作為基礎(chǔ)水，再分別以葡萄糖、氯化銨、磷酸二氫鉀作為C源、N源、P源，以EDTA、五水硫酸銅、七水硫酸鋅、三氯化鐵等作為微量元素，配置而得。接種污泥源自忻州市某污水處理廠污泥濃縮池的配泥井。試驗配水濃度及污泥主要成分，如表1所示。

表1 試驗配水濃度及污泥主要成分

2.2 主要實驗試劑及儀器

主要實驗試劑如下：葡萄糖（C6H12O6）、氯化銨（NH4Cl）、磷 酸 二 氫 鉀 （KH2PO4）、無 水 氯 化 鈣（CaCl2）、七水硫酸鎂（MgSO4·7H2O）、乙二胺四乙二酸（EDTA）、七水硫酸鋅（ZnSO4·7H2O）、四水氯化錳（MnCl2·4H2O）、五水合硫酸銅（CuSO4·5H2O）、碘 化 鉀 （KI）、硼 酸 （H3BO4）、硼 酸 鈉（Na3BO4）、硫酸（H2SO4）、過硫酸鉀（K2S2O8）、碳酸氫鈉（NaHCO3）、鉬酸銨［（NH4）6Mo7O24·4H2O］、無水碳酸鈉（Na2CO3）、酒石酸鉀鈉（C4H4O6KNa·4H2O）、福林酚試劑、氯化鈉（NaCl）、溴化鉀（KBr）、鹽酸（HCl）等。

主要實驗儀器如下：紫外可見分光光度計，DR5000；電熱 恒溫水 槽，DK－8D；COD 消 解 儀，DRB200；恒溫真空干燥箱，PS101－01BS；電子天平，CP214；純水器，UPH－Ⅱ－10T；手提式壓力蒸汽滅菌器，DSX－280A；便攜式多參數(shù)分析儀，HQ30d；馬弗爐，KSX－5－12；三維熒光光譜儀，F(xiàn)luoro Max－4；掃描電子顯微鏡，VEGA3SBH；高效液相色譜，HPLC A10等。

2.3 常規(guī)指標(biāo)分析方法

CODcr濃度高低反映有機物的污染程度，TP的含量多少對水體富營養(yǎng)化有直接影響，TN和氨氮是污水處理重點監(jiān)測的指標(biāo)，的出水含量直接決定TN的出水濃度。為此，本試驗主要指標(biāo)選定為COD、TP、TN及，其測定方法分別為：1）TN，堿性過硫酸鉀消解（HJ 636－2012）；2）pH，哈希儀器直讀；3），鈉氏試劑分光光度法（HJ 535－2009）；4）TOC，TOC分析儀直讀；5）TP鉬酸銨分光光度法（GB 11893－89）；6）CODcr，快速消解分光光度法（HJ／T399－2007）；7）DO，哈希儀器直讀等。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 旁流比對污染物去除效果的影響

旁流比對污染物去除效果的影響主要考察本工藝在旁流比分別為10%、15%、20%的情況下，在0d～16d內(nèi)，隨著時間的推移，對污水中COD、TP的去除率及脫氮效果。試驗研究結(jié)果及其分析具體如下：

1）COD去除。在三種旁流比下，COD的去除率都穩(wěn)定在90%以上，說明對COD去除效果較好。分析原因可能是因為COD進(jìn)水濃度較低，為400mg／L左右，而對于這三種旁流比而言，擁有較多的活性污泥，長期饑餓的活性污泥大量吸收及消耗COD有機物，所以COD很容易被降解，能夠滿足一級A排放標(biāo)準(zhǔn)（COD≤50mg／L）。同時，相同情況下，高旁流比對COD的去除率更高。

2）TP去除。在三種旁流比情況下，TP的去除率都穩(wěn)定在80%以上，說明對TP去除效果較好。同時，隨旁流比的增加，TP的去除效率呈逐漸增加的趨勢，這是由于旁流比增加，厭氧發(fā)酵罐中可利用的SCOD（溶解性COD）越多，那么聚磷菌就越活越，吸附的磷就越多。當(dāng)旁流比為20%時，TP去除率最大，平均去除率達(dá)到88%，TP去除效能最高，污水處理效果較好。

3）脫氮效果。試驗結(jié)果表明，旁流式SBR生物除磷工藝可以強化N的去除；N的去除受旁流比影響，且隨著旁流比的增加，TN和去除率逐漸增加；旁流比為20%，出水、TN大致滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)。分析原因，可能是厭氧發(fā)酵罐內(nèi)外加碳源可有效提高硝化和反硝化效率，從而顯著提高脫氮效果。不同旁流比下脫氮效果，如圖2所示。

圖2 不同旁流比下脫氮效果（TN和的去除效果）

3.2 HRT對污染物去除效果的影響

HRT對污染物去除效果的影響主要考察本工藝在HRT分別為4、6、8h的情況下，在0d～16d內(nèi)，隨著時間的推移，對污水中COD、TP的去除率及脫氮效果。試驗研究結(jié)果及其分析具體如下：

1）COD去除。在三種HRT下，COD的去除率都穩(wěn)定在90%以上，說明對COD去除效果較好。分析原因可能是存在厭氧磷的釋放或者缺氧氨氮的反硝化，從而使得COD得到較好的去除。具體的，出水COD濃度基本穩(wěn)定，能夠滿足GB18918－2002一級A標(biāo)準(zhǔn)（COD≤50mg／L）。同時，相同情況下，HRT為6h時，對COD的去除率更高。

2）TP去除。在三種HRT下，TP的去除率都穩(wěn)定在80%以上，說明對TP去除效果較好。同時，當(dāng)HRT越大時，TP的去除率增加，這是由于隨著HRT增大，厭氧發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)酸菌群增加，聚磷菌活躍，除磷效果得到提高。具體的，在HRT為6h和8h時，出水濃度基本滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，當(dāng)HRT為8h，隨著時間的推移，TP去除率有降低的趨勢，同時，當(dāng)HRT過長時，污水處理的成本會增加，不利于污水處理的長期運行。根據(jù)污水的處理效率和經(jīng)濟成本綜合分析可知，當(dāng)HRT為6h時，污水的處理效能最高。

3）脫氮效果。試驗結(jié)果表明，當(dāng)HRT為4h、6h時，隨著時間的推移，TN和的去除率不斷增大，且相同條件下，當(dāng)HRT為6h時，TN和的去除率更高；當(dāng)HRT為8h時，隨著時間的推移，TN和的去除率反而有所下降，且相同條件下，TN和的去除率低于HRT為6h時。由此可見，HRT為6h時，脫氮效果最佳，出水的質(zhì)量濃度約為6.5mg／L，出水TN質(zhì)量濃度約為10mg／L，滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)。分析原因，可能由于HRT為6h時剩余污泥產(chǎn)酸發(fā)酵最多，導(dǎo)致硝化菌和反硝化菌在此時最為活躍，從而導(dǎo)致脫氮效果較好。不同HRT下脫氮效果，如圖3所示。

圖3 不同HRT下脫氮效果（TN和的去除效果）

3.3 曝氣方式對污染物去除效果的影響

曝氣方式對污染物去除效果的影響主要考察本工藝在旁流比分別為曝3停3（h）、曝4停2（h）、曝5停1（h）的情況下，在0d～16d內(nèi)，隨著時間的推移，對污水中COD、TP的去除率及脫氮效果。試驗研究結(jié)果及其分析具體如下：

1）COD去除。在三種曝氣方式下，COD的去除率都穩(wěn)定在88%以上，說明對COD去除效果較好，且出水滿足一級A標(biāo)準(zhǔn)（COD≤50mg／L）。同時，相同情況下，曝4停2（h）時，對COD的去除率更高，去除率可以穩(wěn)定達(dá)95%以上。分析原因可能是由于曝氣時間越長，硝化菌和聚磷菌消耗COD越多，故而效果最好。

2）TP去除。在三種曝氣方式下，TP的去除率都穩(wěn)定在87%以上，說明對TP去除效果較好。同時，相同情況下，曝4停2（h）對TP的去除率最高，可達(dá)92%以上，其次為曝3停3（h），去除率可達(dá)90%以上，最后為曝5停1（h），去除率穩(wěn)定在87%～88%之間。原因能是由于曝氣時間過長，破壞了沉淀時的厭氧環(huán)境，而好氧吸磷較少，從而致使出水TP含量較高。因此，選擇曝氣方式為曝4停2（h）。

3）脫氮效果。試驗結(jié)果表明，曝4停2（h）時脫氮效果最好，曝3停3（h）和曝5停1（h）的脫氮效果基本相當(dāng)。這是由于曝氣時間越長，曝氣量的越多，硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌越活躍，脫氮效果越好，但是過長的曝氣時間，，但過長的曝氣時間則會導(dǎo)致硝氮過高，影響反硝化階段的進(jìn)行，同時會減少好氧磷吸收和硝化反硝化脫氮過程。不同曝氣方式下脫氮效果，如圖4所示。

圖4 不同HRT下脫氮效果（TN和的去除效果）

4 結(jié)語

通過旁流式SBR生物除磷工藝強化污染物去除效果的研究發(fā)現(xiàn)，旁流比為20%、HRT為6h、曝4停2（h）時，脫氮除磷以及COD去除效果最佳，去除率分別達(dá)到93%、85%、73%、90.5%，出水C、N、P均滿足一級A排放，此創(chuàng)新方法值得相關(guān)污水處理廠的借鑒與參考。