劉紅麗 吳龍華 柯冰清 孫育平

武漢長江工商學(xué)院科亮生物研究院,武漢 430065

BSBR法處理生活污水的實(shí)驗(yàn)研究

劉紅麗 吳龍華 柯冰清 孫育平

武漢長江工商學(xué)院科亮生物研究院,武漢 430065

本實(shí)驗(yàn)對BSBR和SBR法處理生活污水的效果及BSBR的運(yùn)行方式進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明，處理生活污水時，BSBR處理污水時COD去除率達(dá)到95%，氨氮去除率達(dá)到97%，處理效果優(yōu)于常規(guī)SBR。采用BSBR處理易生物處理污水時，采用限制曝氣的進(jìn)水方式，且曝氣時間不超過2小時時能取得最好的處理效果。

生物帶；BSBR（膜法SBR）；運(yùn)行方式

Bio-belt;BSBR;operation precedure

生活污水污染程度低、較易進(jìn)行處理，目前很多污水處理廠采用SBR法處理污水[1]。SBR法有時會發(fā)生污泥膨脹，影響出水水質(zhì)[2]，因此筆者希望能找到一種經(jīng)濟(jì)易行的改進(jìn)型的SBR工藝，解決SBR工藝運(yùn)行中出現(xiàn)的問題。BSBR又稱膜法SBR，BSBR融合了生物接觸氧化技術(shù)和SBR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在BSBR反應(yīng)器內(nèi)布置有生物帶，生物帶是美國科恩公司研制的專門用于生物膜法污水處理的一種柔性填料。它采用生物惰性很強(qiáng)的高分子材質(zhì)，具有很好的物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，因此使用壽命長[3]；而且生物帶的纖維做了特殊的處理，每一根生物帶的纖維都有一種特殊的空洞結(jié)構(gòu)，生物帶內(nèi)部的這種孔洞結(jié)構(gòu)，最大限度地截留水體中的細(xì)菌，為細(xì)菌群落提供排他的生存環(huán)境。同時生物帶擁有巨大的比表面積，每平方米生物帶產(chǎn)品能夠提供約250平方米的表面積，可以為水中微生物生長、繁殖提供巨大的生物附著表面。

為此本次試驗(yàn)對比考察SBR和BSBR處理效果，并確定了BSBR的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，希望能為SBR的工藝改進(jìn)及BSBR的運(yùn)行提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)采用兩套SBR裝置同時運(yùn)行。其中一套為常規(guī)SBR池，另外一套為裝填生物帶的BSBR池。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-1所示。主體設(shè)備是SBR反應(yīng)器，反應(yīng)器是用有機(jī)玻璃制成的，有效體積40L。反應(yīng)器底部采用砂頭曝氣，用Z-0.036空氣壓縮機(jī)進(jìn)行微孔曝氣，通過轉(zhuǎn)子流量計控制空氣流量。SBR池內(nèi)無填料，有攪拌裝置。生活污水由進(jìn)水泵提升，經(jīng)流量計進(jìn)入SBR反應(yīng)器，SBR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)曝氣頭和攪拌裝置，同時對污水起曝氣和攪拌提升作用。BSBR池內(nèi)布置的生物帶寬45mm、厚4mm、高40cm，生活污水由進(jìn)水泵提升，經(jīng)流量計進(jìn)入BSBR反應(yīng)器，BSBR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)曝氣頭，同時對污水起曝氣和攪拌提升作用，在BSBR反應(yīng)器內(nèi)，污水中的有機(jī)物在生物帶上微生物的作用下被好氧降解。

圖1-1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.2 試驗(yàn)廢水及分析方法

本次實(shí)驗(yàn)采用生活污水。其COD為150mg/L～500mg/L，NH3-N為50mg/L～80mg/L，pH6-9。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測定。

1.3 運(yùn)行方式及運(yùn)行參數(shù)

實(shí)驗(yàn)在兩套反應(yīng)器中同時進(jìn)行。兩套反應(yīng)器的運(yùn)行方式均采取進(jìn)水、曝氣、靜置沉淀、排水、閑置共5個步驟來運(yùn)行[4]。反應(yīng)器的運(yùn)行模式為進(jìn)水1.5h、曝氣0.5h、靜置沉淀1h、排水1h、閑置0.5h。各時間段的運(yùn)行由繼電閥和電磁閥控制?？刂破貧獬厝芙庋鯘舛瘸Ｐ韪哂?mg/L～5mg/L，溫度在10℃～45℃范圍內(nèi)，PH為6～9[5]。整個實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程中不特意排泥。

采用生活污水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)啟動。SBR池接種污泥取自武漢工商學(xué)院校污水處理廠，培養(yǎng)馴化一段時間后投加到SBR池內(nèi)。BSBR池每天進(jìn)水兩次，每次進(jìn)水前潷出1/3的上清液，悶曝12h。掛膜運(yùn)行約5日后，BSBR池內(nèi)發(fā)育成熟的生物膜均勻分布于載體表面，大約一周后膜上出現(xiàn)了大量褐色污泥。SBR和BSBR池內(nèi)鏡檢均發(fā)現(xiàn)大量菌膠團(tuán)，啟動成功。

2 結(jié)果與討論

2.1 系統(tǒng)對COD的去除效率比較

運(yùn)行穩(wěn)定后，SBR和BSBR反應(yīng)器在同樣的模式下運(yùn)行，并保持進(jìn)水COD濃度一致，測定兩套反應(yīng)器對污水中有機(jī)物的去除效果。實(shí)驗(yàn)將結(jié)果如圖1。

圖1 系統(tǒng)對COD的去除效率

由上圖可看出系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，兩套反應(yīng)器對有機(jī)物均有良好的去除率，到第七天之后，COD去除率基本能穩(wěn)定在90%以上，出水COD基本維持在30mg/L以下，說明SBR和BSBR對有機(jī)物都有很好的去除效果。但相比而言，SBR的處理效果不如BSBR穩(wěn)定，SBR處理效率達(dá)到91.7%以后，COD的去除率開始下降。究其原因，此時系統(tǒng)不排泥運(yùn)行已達(dá)到20天左右，SBR池內(nèi)污泥濃度已經(jīng)很高，而且SVI已達(dá)到225mL/g。系統(tǒng)處于低COD負(fù)荷的情況下運(yùn)行，顯然是過低的進(jìn)水有機(jī)物濃度和水量、過高的污泥濃度導(dǎo)致了污泥負(fù)荷偏低，從而引起污泥膨脹[6]，由于上清液中有較多漂浮污泥，所以出水COD偏高，經(jīng)排泥運(yùn)行一周后，SBR的有機(jī)物去除率重新上升至90%以上。而BSBR池內(nèi)的污泥大部分都附著在生物帶上，在本次運(yùn)行周期內(nèi)一直保持90%以上的COD去除率，出水COD基本穩(wěn)定在15mg/L以下。因此，BSBR具有更強(qiáng)的COD抗沖擊負(fù)荷能力，處理效果更穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)對NH3-N的去除效率比較

SBR和BSBR反應(yīng)器在同樣的運(yùn)行模式下運(yùn)行，保持進(jìn)水氨氮濃度一致，測定兩套反應(yīng)器脫氮效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 系統(tǒng)對氨氮的去除效率

由上圖可以看出，當(dāng)運(yùn)行到第12天以后，兩套系統(tǒng)對NH3-N的去除率都可以達(dá)到80%以上，總體上BSBR的脫氮效果優(yōu)于SBR，BSBR出水氨氮最低達(dá)5mg/L，SBR的出水氨氮最低達(dá)10mg/L。由于生物脫氮需要在好氧、缺氧的環(huán)境下進(jìn)行，在兩套系統(tǒng)的沉淀周期階段，可以為反硝化提供缺氧環(huán)境，所以一般SBR的脫氮效果比較好[7]。本次實(shí)驗(yàn)中，BSBR的脫氮效果優(yōu)于SBR，究其原因是由于微生物固著于填料的表面，生物固體停留時間SRT與水力停留時間HRT無關(guān)，因此為增殖速度較慢的微生物提供了生長繁殖的可能性，特別適合世代時間長的硝化細(xì)菌生長，而且固著在生物帶表面生物膜，外層是有氧環(huán)境，靠近生物帶里層的是缺氧環(huán)境，這也為硝化菌和反硝化菌的生長提供了合適的生活條件，這是SBR所不具備的優(yōu)勢，因此BSBR的除氮效率更高。

2.3 BSBR運(yùn)行工藝條件的確定

BSBR工藝雖然是SBR工藝的改進(jìn)，但兩者微生物的存在狀態(tài)不同，SBR法屬于活性污泥法，BSBR法屬于生物接觸氧化法，因此有必要對BSBR的運(yùn)行條件進(jìn)行研究。一般影響B(tài)SBR法處理廢水效果的因素，可以歸結(jié)為兩大類：一類是操作條件，另一類是基質(zhì)條件[8]。操作條件包括運(yùn)行曝氣時間、曝氣方式、DO、溫度等；基質(zhì)條件包括PH、營養(yǎng)物質(zhì)和廢水中其他物質(zhì)。其中對處理影響較大的主要是曝氣時間和曝氣方式[9]，因此本次實(shí)驗(yàn)主要討論這兩項(xiàng)工藝條件對BSBR處理效果的影響。

2.3.1 曝氣時間對處理效果的影響

本次實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式為進(jìn)水1.5h，曝氣分別取0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、5h，靜置沉淀1h、排水1h、閑置0.5h。實(shí)驗(yàn)過程中，保持COD和氨氮濃度基本不變。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 曝氣時間對處理效果的影響

由圖可以看出不同曝氣時間下污水的COD和氨氮去除率變化情況，在曝氣時間1.5h內(nèi)COD去除率變化最快，在曝氣時間2h時COD的去除率達(dá)到92.97%，氨氮去除率達(dá)91.83%。此后即使延長曝氣時間，兩者的去除率都沒有明顯的增加。可見對于COD和氨氮濃度不高的生活污水，曝氣時間可以限制在2h左右，超過2h后，曝氣時間的長短對COD和氨氮去除率并沒有很大的影響。

2.3.2 進(jìn)水方式對處理效果的影響

BSBR法中進(jìn)水方式有非限制曝氣（進(jìn)水時同時曝氣），限制曝氣（進(jìn)水時不曝氣），漸減曝氣三種方式，各種曝氣方式的效果及耗能不同[10]。本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)水COD維持在300mg/L～400mg/L，考察在三種進(jìn)水方式下，系統(tǒng)中COD的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同進(jìn)水方式下COD的變化情況

由上圖可以看出。BSBR法處理生活污水時，在進(jìn)水COD300mg/L～350mg/L時，限制曝氣和漸進(jìn)曝氣的出水COD最低可達(dá)到25mg/L，非限制曝氣進(jìn)水出水COD最低達(dá)到40mg/L，限制曝氣和漸進(jìn)曝氣的出水效果優(yōu)于非限制曝氣進(jìn)水。分析其原因，因?yàn)樯顝U水易于生物降解,在限制曝氣條件下進(jìn)水,混合液中基質(zhì)積累較多,有明顯的底物濃度梯度,造成反應(yīng)速度快，COD去除率高。因此，處理效果優(yōu)于非限制曝氣進(jìn)水。漸減曝氣和限制曝氣的處理效果比較接近，實(shí)際上，根據(jù)BSBR池中有機(jī)物降解的規(guī)律、溶解氧的變化規(guī)律以及運(yùn)行費(fèi)用來看，反應(yīng)器的供氧采用漸減曝氣更合理,更經(jīng)濟(jì)一些！而且這種曝氣方式由于計算機(jī)自動控制的實(shí)現(xiàn)已成為必然趨勢。

3 結(jié)語

3.1 BSBR法處理生活污水效果優(yōu)于常規(guī)SBR法。當(dāng)反應(yīng)器的運(yùn)行模式為進(jìn)水1.5h、曝氣0.5h、靜置沉淀1h、排水1h、閑置0.5h時，BSBR系統(tǒng)對COD、氨氮的去除率分別達(dá)到了90%、95%以上。出水中COD、氨氮含量均達(dá)到了國家《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

3.2 BSBR對COD的抗沖擊負(fù)荷能力更強(qiáng)，不會發(fā)生污泥膨脹，處理效果更穩(wěn)定。

3.3 處理生活污水時曝氣時間可控制在2h以內(nèi)，超過2h后，曝氣時間的長短對處理效果沒有很大的影響。

3.4 對有機(jī)物濃度不高、易于生物降解的生活污水，BSBR的進(jìn)水方式宜采用限制曝氣或漸減曝氣，處理效果好且經(jīng)濟(jì)節(jié)約。

[1] 肖大松.SBR法處理城市生活污水的研究[J].重慶環(huán)境科學(xué),1996;(18)5:68-70.

[2] 馬培忠，于崇濤.SBR法的發(fā)展應(yīng)用與探討[J].青島大學(xué)學(xué)報,2003;(6）：95-98.

[3] 梅曉明.SBR在城市污水處理中的發(fā)展與應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2007;26（3）：54- 57.

[4] 徐承睿，劉魯健編著.生物帶BSBR處理廢水工程技術(shù)[M].武漢：華中師范大學(xué)出版社,2009.

[5] 張統(tǒng)主.SBR及其變法污水處理與回用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[6] Yang Jian,DengC hao-bing.Selectoiof n optimiza tion process of denitrificatioinn piggery wastewat er treatment by SBR[J].EnvironmenStcail ence &Technology,2009,32(1):174-177.

[7] 魏瑞霞，孫劍輝，陳金龍.SBR法處理廢水的影響因素[J].重慶環(huán)境科學(xué).2003;25(11)：156-157.

[8] 崔延瑞, 崔鳳靈。進(jìn)水方式對SBR系統(tǒng)處理廢水的影響[J].水處理技術(shù),2006,32（8）：50-53.

[9] 王洪臣.城市污水處理廠運(yùn)行控制與維護(hù)管理[M]. 北京:科學(xué)出版社,1997.

Experimental Study on Treatment of sewage by BSBR

The experimenotns the BSBR and SBR treatment of sewage effect and the runningp attern of BSBR were studied. Experimentrael sults show that, using the BSBR treatmenot f sewaget, he COD removarl ate reached 95%, the ammo nia nitrogenr emovarl ate reached 97%, process ing effect is better than that of conventionSaBl R.Using BSBR treatment of Biodegradabsele wag e,by restricting aerated water inlet, and the aerationt ime is not more than2 hourst o get the best treatment effect.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.12.006

劉紅麗（1975-），女，湖北荊門人，碩士研究生，武漢長江工商學(xué)院工學(xué)院環(huán)境科學(xué)系講師。主要研究方向：水污染控制。

孫育平（1980~），男，碩士研究生，環(huán)境保護(hù)工程師，研究方向主要為有機(jī)廢水的處理研究工作。