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(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

0 引 言

SBR工藝，即序批式活性污泥法，指在同一反應(yīng)池內(nèi)，按照時(shí)間順序依次進(jìn)行進(jìn)水、曝氣、沉淀、排水及待機(jī)的工序的活性污泥處理污水的方法。SBR工藝的運(yùn)行效果穩(wěn)定，需要時(shí)間短，效率高，出水水質(zhì)好，若適當(dāng)控制運(yùn)行方式，會(huì)有良好的脫氮除磷效果[1]。

污泥微膨脹SBR工藝[2]就是通過適當(dāng)控制曝氣時(shí)間，使進(jìn)水處于低溶解氧狀態(tài)下，污泥發(fā)生微膨脹，然而不影響活性污泥污染物的去除效果，達(dá)到降低能耗，節(jié)約成本及同步去除碳、氮和磷的目的。

為了進(jìn)一步對(duì)低溶解氧污泥微膨脹SBR工藝實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制，縮短反應(yīng)時(shí)間，這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行了pH及DO值的監(jiān)測(cè)，尋找這兩者隨時(shí)間變化的關(guān)鍵特征點(diǎn)，以達(dá)到優(yōu)化曝氣時(shí)間的目的。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)向蒸餾水中添加適量化學(xué)試劑配制原水水樣以模擬生活污水，再通過適當(dāng)縮減曝氣時(shí)間使裝置在污泥微膨脹SBR工藝下運(yùn)行，與此同時(shí)，將pH電極與溶解氧電極伸入水面以下用以檢測(cè)pH與DO隨時(shí)間的變化規(guī)律。在裝置進(jìn)行過程中，分別于0.5，1.5，2.5 h以及3.5 h取水樣進(jìn)行檢測(cè)水中碳、氮及磷的去除程度。

1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)向蒸餾水中分別加入適量乙酸鈉，氯化銨以及磷酸二氫鉀以模擬生活污水作為實(shí)驗(yàn)原水，使原水中氨氮含量、COD及正磷酸鹽含量維持于表1所示范圍以內(nèi)。

表1實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)范圍

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)2 L燒杯同時(shí)進(jìn)行兩組平行實(shí)驗(yàn)，燒杯內(nèi)放置螺旋攪拌槳以及用于監(jiān)測(cè)的pH電極與溶解氧電極，同時(shí)配備充氣泵以進(jìn)行曝氣作用。燒杯中所用污泥均由哈爾濱市內(nèi)文昌污水處理廠提供，使MLSS維持在2 000～3 000 mg/L以內(nèi)。實(shí)驗(yàn)主要所用儀器見表2。

表2主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

通過添加適量化學(xué)試劑配置原水；保持30%～40%的換水率將新配制的原水倒入燒杯中；啟動(dòng)螺旋攪拌槳，使攪拌槳以0.10 m/s的速度進(jìn)行攪拌0.5 h；連接電源，啟動(dòng)充氣泵，開始曝氣3 h。在運(yùn)行SBR工藝同時(shí)，將已進(jìn)行極化的pH電極與溶解氧電極伸入水面以下，每隔10 min進(jìn)行一次人工讀數(shù)。與此同時(shí)，每隔1 h取30 ml水樣進(jìn)行檢測(cè)其中碳、氮及磷的去除程度。本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定的設(shè)備及方法見表3。

表3分析項(xiàng)目及方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 pH變化規(guī)律

實(shí)驗(yàn)過程中每隔十分鐘pH值的變化情況如圖1所示。

圖1 控制過程中pH值的變化情況

由圖1可知，在前30分鐘未進(jìn)行曝氣的階段pH值維持在7.47左右；在曝氣階段，從開始曝氣至曝氣40 min左右時(shí)，可見pH值是不斷上升的，升至8.25左右后，可見pH值開始下降，持續(xù)下降至7.65左右，此時(shí)已曝氣110 min，緊接著pH值開始回升，此回升過程持續(xù)至曝氣結(jié)束，pH值回升至8.00左右。

實(shí)驗(yàn)中COD的去除程度如圖2所示。

圖2 污泥微膨脹SBR工藝COD的去除效果

在未進(jìn)行曝氣的前30 min內(nèi)，pH值維持不變，由圖2看出此時(shí)大部分可降解有機(jī)物有機(jī)物已被降解；開始曝氣后，pH值有明顯上升，這是因?yàn)楫愷B(yǎng)微生物降解有機(jī)物時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，又由于曝氣使得二氧化碳不斷地被吹脫，從而使pH值持續(xù)上升，由圖2可看出此時(shí)有機(jī)物含量仍有小幅度下降；pH值升至峰值后，便不斷下降，其原因?yàn)楫?dāng)大部分可降解有機(jī)物被異養(yǎng)微生物降解完成后，硝化反應(yīng)成為主要反應(yīng)過程，硝化反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量H+，致使pH值下降,當(dāng)pH值低至最低時(shí)，意味著硝化反應(yīng)的結(jié)束；緊接著pH值發(fā)生回升，這是因?yàn)榉聪趸磻?yīng)過程中不斷產(chǎn)生堿度，同時(shí)由于曝氣使得二氧化碳不斷被吹脫[3-4]。

2.2 DO變化規(guī)律

實(shí)驗(yàn)過程中溶解氧值變化情況如圖3所示。

圖3 控制過程中DO值的變化情況

由上圖可見，在前30 min未進(jìn)行曝氣的階段，溶解氧水平并沒有發(fā)生較大變化，始終維持在較低水平；開始曝氣后，溶解氧水平亦始終保持在較低水平，并沒有較大躍升，然而，在曝氣時(shí)間60 min時(shí)，始終低于0.1 mg/L的DO值突然躍升至0.3 mg/L左右，這一現(xiàn)象并不持續(xù)，僅在此點(diǎn)產(chǎn)生突躍，隨后DO值便再次降至0.1 mg/L左右，直至曝氣進(jìn)行至140 min時(shí)，可見DO值再次發(fā)生躍升，此時(shí)躍升至0.6 mg/L左右，隨后可見DO值再次下降。

在裝置運(yùn)行至90 min時(shí)，DO點(diǎn)發(fā)生第一次突躍，這一點(diǎn)與pH變化規(guī)律圖進(jìn)行對(duì)照可發(fā)現(xiàn)，此點(diǎn)可反映大部分有機(jī)物已被降解完全以及硝化反應(yīng)的開始，這是因?yàn)楫愷B(yǎng)菌不再耗氧，致使耗氧速率低于供氧速率，DO值發(fā)生突躍；在裝置運(yùn)行至170 min時(shí)，DO發(fā)生第二次突躍，對(duì)照?qǐng)D1可見反硝化反應(yīng)已進(jìn)行30 min，此點(diǎn)可表示反硝化反應(yīng)的結(jié)束，這是因?yàn)楫?dāng)反硝化中自養(yǎng)菌的耗氧速率已遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于供氧速率[5-6]，故DO值出現(xiàn)第二次躍升。

3 結(jié)束語

通過對(duì)pH變化規(guī)律以及DO變化規(guī)律的分析，可取DO第二次突躍點(diǎn)作為此裝置結(jié)束運(yùn)行的時(shí)間點(diǎn)，此時(shí)反硝化反應(yīng)已經(jīng)完成，且通過圖2可見，此時(shí)大部分有機(jī)物已被降解完成，故可將工藝運(yùn)行時(shí)間縮短至170min，以達(dá)到縮短反應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制的目的。