分段進水對SBR工藝脫氮除磷性能的研究

張盼 房麗 周敬一 佘一 鐘安 李曉紅

摘 ?????要： 為解決傳統SBR工藝處理城市污水時存在反硝化菌與聚磷菌競爭碳源、脫氮除磷效果不佳的問題，本通過“好氧-缺氧-厭氧-好氧”，將脫氮除磷過程分離開來，并對分段進水進行研究。結果表明：有效反應時間為12?h時效果最好，而分段進水流量比對COD的去除沒有明顯差異，流量比為???9∶1時總氮和氨氮的去除效率最高，可分別達到83.40%和93.50%，流量比為7∶3時總磷去除效率最高，可達到83.68%，大大提高了脫氮除磷效果。

關 ?鍵 ?詞：SBR；脫氮；除磷；分段進水

中圖分類號：X703 ??????文獻標識碼： A ??????文章編號： 1004-0935（2024）05-0663-05

SBR是序批式活性污泥法的簡稱，由于其具有占地面積小、工藝簡單、運行方式靈活、脫氮除磷效果好等優點，近年來成為研究熱點^[1-3]。但是傳統SBR工藝在有機物、氮、磷共存的情況下，由于反硝化過程與聚磷菌釋磷過程存在碳源的競爭，脫氮除磷效果往往不佳，難以達到規定的排放標準，李飛^[4]等發現有機物、氮、磷的去除率只有85.2%、62.4%、65.7%。因此如何改進SBR工藝、如何有效解決碳源矛盾以提高氮、磷的去除效果已成為眾多研究者的關注焦點。目前出現了很多SBR的改良技術，常見的有CAST工藝、多段SBR工藝、間歇曝氣SBR工藝、交替式SBR工藝^[5]等，在運行方式上分步進水工藝越來越受到人們的重視^[6-7]。黃慶^[8]等采取CAST工藝發現可以很好地進行城市污水的生物脫氮除磷處理。魏娜^[9]等采用多段式SBR工藝處理有機污染物，發現在15～30?℃的溫度范圍內有較強的降解能力，污泥脫氮除磷性能良好。間歇曝氣法采用“曝氣-攪拌-曝氣”的運行方式，曝氣與攪拌為脫氮提供了較好的反應環境，攪拌與后置曝氣為除磷提供了較好的厭氧釋磷與好氧吸磷?????環境^[10]。

本實驗采用“好氧-缺氧-厭氧-好氧”的工藝流程，實現氮、磷的分開去除，“好氧-缺氧”主要為了脫氮，而“厭氧-好氧”則注重于除磷，同時完成COD的去除，一方面避免了除磷過程活性污泥中攜帶的硝態氮對厭氧釋磷菌產生不利影響；另一方面縮短了除磷的進程，使得磷的去除更加高效。另外，對分段進水進行研究，避免了反硝化菌與聚磷菌釋磷對碳源的競爭，強化了微生物對原水碳源的有效利用，從而達到更好的脫氮除磷效果。

1 ?實驗部分

1.1 ?實驗裝置

采用有機玻璃制成長方體 SBR 反應器，長??60?cm，寬 40?cm，高 40?cm，總容積 96?L，處理污水有效容積 72?L。反應器外壁設有取水口（兼排水），底部設有排泥管，內設有微孔曝氣頭和機械攪拌器以滿足反應要求。實驗裝置示意圖如圖1所示。

1.2 ?活性污泥和實驗水質

活性污泥取自中國礦業大學生活污水處理廠二沉池的脫水污泥 ，按 COD、N、P比例100∶5∶1配制營養液，加大曝氣量，連續曝氣培養1個月后，大量原生動物鐘蟲、輪蟲、累枝蟲的出現，表明污泥馴化成功，開始進行實驗。水質指標如表1所示。

1.3 ?檢測方法

污水處理的各項監測項目和分析方法見表2。

2 ?結果與分析

2.1 ?不同工況的選擇

各處理工序中最關鍵參數為進水流量比、厭氧時間、好氧曝氣時間和缺氧攪拌時間，本實驗設計了A、B、C?3種實驗方案，并且通過改變進水流量比來探究最佳運行工況，具體參數設定見表3。不同工況下的處理效果經過多次實驗反復驗證后將所得數據經過統計、整理后見表4。

2.2 ?不同工況下COD去除效果分析

圖2為不同工況下COD去除率對比圖。由圖2可知，C方案COD的整體去除率最優，這得益于有效運行時間最長。在保持總進水量不變的條件下，有效運行時間越長，COD的去除率越高。這種現象主要與COD的去除方式有關。當有效運行時間增長，曝氣時間增長，異養菌的好氧氧化活動增強時，COD的去除量隨之也會增加。當有效運行時間相同時，不同進水方式對COD去除率的影響效果不大，但1號進水方式呈現出最優效果。

2.3 ?不同工況下TP去除效果分析

磷的去除主要在厭氧和好氧階段完成，厭氧階段水中聚磷菌釋磷，并消耗溶解性有機物（VFA），進而在后續曝氣階段過量吸磷，通過生物污泥的排放來實現磷的去除^[11]。不同工況下TP去除效果對比結果如圖3所示。

由圖3可知，1號進水方式磷的去除率最高，而4號進水方式最低。當進水比為10∶0時，厭氧段之前沒有進水，而溶解性有機物會被前面的反硝化過程去除，從而抑制聚磷菌厭氧釋磷，進而導致磷的去除效果變差；當采取分段進水時，NO₃^-在缺氧階段被消耗完，既能避免抑制產酸菌的厭氧發酵作用及揮發性脂肪酸（VFA）的產生，又能避免反硝化菌消耗掉易生物降解的有機基質，從而導致厭氧放磷受到抑制^[12]，即厭氧階段中有相應的碳源供給，利于聚磷菌釋磷，而1號進水方式碳源供給量最充足，總磷的去除率最高。同時，隨著厭氧、好氧反應時間的增長，對總磷的去除效率有著明顯的提高，即C方案的效果最佳。

2.4 ?不同工況下N去除效果分析

不同工況下氮的去除效率對比結果如圖4所示。

（a）氨氮去除率

（b）總氮去除率

對比圖4中兩圖可以看出，氨氮與總氮去除率的變化趨勢大致相同，在保持總進水量不變的條件下，C方案氮的去除效率最高。出現這種現象的原因是，在進水方式相同的條件下，硝化反應時間相同，隨著反硝化時間的延長，更多的硝酸鹽被轉變為氮氣，氮的去除率增加。而在有效運行時間相同的前提下，3號進水方式效果最好。4號采用全進水的方式，會導致污染物負荷過高，微生物的活動受限，氮的去除率下降，分段進水會在一定程度上解決這個問題。但是值得注意的是，分段進水會導致聚磷菌與反硝化菌爭奪碳源，而聚磷菌可優先利用污水中的碳源進行釋磷，反硝化反應過程就有可能得不到充足的碳源，使到缺氧時的混合液不能完全反硝化，從而不能有效去除后進入污水中的氮，而且后加原水中的氨氮會在曝氣過程中轉化為硝態氮留在水體中，從而使得出水TN的濃度增大^[13]，故1號、2號的脫氮效果不及3號。

2.5 ?不同工況各污染物去除效果總分析

不同工況各污染物去除效果總對比圖如圖5所示。由圖5可知，1號進水方式COD、總磷的平均去除效果最好，3號進水方式氨氮、總氮平均去除效率最佳。可以看出，氮、磷的去除仍存在一定的矛盾，但總體表現出很好的去除效果，當有效反應時間為12?h時，出水已經可以達到排放標準。故在實際運行過程中，要根據原水水質及所需去除效果合理調整進水比例以滿足自身需求。

3??結?論

1）工藝采取“好氧-缺氧-厭氧-好氧”的工藝流程，實現氮、磷的分開去除，從而達到更好的脫氮除磷效果。

2）對于COD的去除，不同進水方式對COD的去除效果影響不大，而有效運行時間對COD的去除效果影響較大，C方案即有效運行時間為12?h時，COD的去除效果最好，可達85.27%～91.64%。

3）對于磷的去除，進水方式和有效運行時間對磷的去除都有影響。C方案中1號進水方式為磷去除的最優工況，去除率可達83.69%。

4）對于氮的去除，進水方式和有效運行時間都會影響氨氮的去除效果。C方案中3號進水方式為氮去除的最優工況，氨氮和總氮的去除率分別達到83.40%和93.50%。

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Study on Performance of Nitrogen and Phosphorus Removal

in SBR Process by Staged Influent

ZHANG Pan， FANG Li， ZHOU Jingyi， SHE Yi， ZHONG An， LI Xiaohong

（School of Environment Science and Spatial Informatics， China University of Mining and Technology，

Xuzhou?Jiangsu 221000，China）

Abstract：??In order to solve the problem that denitrifying bacteria compete with phosphorus accumulating bacteria for carbon source and the effect of nitrogen and phosphorus removal is poor when the traditional SBR process is used to treat urban sewage， the process of nitrogen and phosphorus removal was separated through "aerobic - anoxic - anaerobic - aerobic"， and the staged influent?was studied. The results showed?that the effect was best when the effective reaction time was 12?h， but there was no obvious difference in the removal of COD in the staged influent flow ratio. When the flow ratio was 9∶1， the removal efficiency of total nitrogen and ammonia nitrogen was the highest， which could reach 83.40% and 93.50%，respectively. When the flow ratio was 7∶3， the removal efficiency of total phosphorus was the highest， which could reach 83.68%， greatly improving the nitrogen and phosphorus removal effect.

Key words：??SBR; Denitrification; Dephosphorization; Staged water inflow

基金項目： 中國礦業大學實驗室開發型項目（項目編號：2021SYF25）。

收稿日期： 2023-03-17

作者簡介： 張盼（2003-），女，河南省南陽市人。

通信作者： 李曉紅（1966-），女，高級實驗師，研究方向：水污染控制工程。