張盼 房麗 周敬一 佘一 鐘安 李曉紅

摘 ?????要： 為解決傳統(tǒng)SBR工藝處理城市污水時(shí)存在反硝化菌與聚磷菌競(jìng)爭(zhēng)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(duì)分段進(jìn)水進(jìn)行研究。結(jié)果表明：有效反應(yīng)時(shí)間為12?h時(shí)效果最好，而分段進(jìn)水流量比對(duì)COD的去除沒有明顯差異，流量比為???9∶1時(shí)總氮和氨氮的去除效率最高，可分別達(dá)到83.40%和93.50%，流量比為7∶3時(shí)總磷去除效率最高，可達(dá)到83.68%，大大提高了脫氮除磷效果。

關(guān) ?鍵 ?詞：SBR；脫氮；除磷；分段進(jìn)水

中圖分類號(hào)：X703 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)： 1004-0935（2024）05-0663-05

SBR是序批式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，由于其具有占地面積小、工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行方式靈活、脫氮除磷效果好等優(yōu)點(diǎn)，近年來成為研究熱點(diǎn)^[1-3]。但是傳統(tǒng)SBR工藝在有機(jī)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(jìng)爭(zhēng)，脫氮除磷效果往往不佳，難以達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，李飛^[4]等發(fā)現(xiàn)有機(jī)物、氮、磷的去除率只有85.2%、62.4%、65.7%。因此如何改進(jìn)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(guān)注焦點(diǎn)。目前出現(xiàn)了很多SBR的改良技術(shù)，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(yùn)行方式上分步進(jìn)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(fā)現(xiàn)可以很好地進(jìn)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(jī)污染物，發(fā)現(xiàn)在15～30?℃的溫度范圍內(nèi)有較強(qiáng)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(yùn)行方式，曝氣與攪拌為脫氮提供了較好的反應(yīng)環(huán)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(huán)境^[10]。

本實(shí)驗(yàn)采用“好氧-缺氧-厭氧-好氧”的工藝流程，實(shí)現(xiàn)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(shí)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(tài)氮對(duì)厭氧釋磷菌產(chǎn)生不利影響；另一方面縮短了除磷的進(jìn)程，使得磷的去除更加高效。另外，對(duì)分段進(jìn)水進(jìn)行研究，避免了反硝化菌與聚磷菌釋磷對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，強(qiáng)化了微生物對(duì)原水碳源的有效利用，從而達(dá)到更好的脫氮除磷效果。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 ?實(shí)驗(yàn)裝置

采用有機(jī)玻璃制成長(zhǎng)方體 SBR 反應(yīng)器，長(zhǎng)??60?cm，寬 40?cm，高 40?cm，總?cè)莘e 96?L，處理污水有效容積 72?L。反應(yīng)器外壁設(shè)有取水口（兼排水），底部設(shè)有排泥管，內(nèi)設(shè)有微孔曝氣頭和機(jī)械攪拌器以滿足反應(yīng)要求。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。

1.2 ?活性污泥和實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

活性污泥取自中國(guó)礦業(yè)大學(xué)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(yíng)養(yǎng)液，加大曝氣量，連續(xù)曝氣培養(yǎng)1個(gè)月后，大量原生動(dòng)物鐘蟲、輪蟲、累枝蟲的出現(xiàn)，表明污泥馴化成功，開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

1.3 ?檢測(cè)方法

污水處理的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和分析方法見表2。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同工況的選擇

各處理工序中最關(guān)鍵參數(shù)為進(jìn)水流量比、厭氧時(shí)間、好氧曝氣時(shí)間和缺氧攪拌時(shí)間，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了A、B、C?3種實(shí)驗(yàn)方案，并且通過改變進(jìn)水流量比來探究最佳運(yùn)行工況，具體參數(shù)設(shè)定見表3。不同工況下的處理效果經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證后將所得數(shù)據(jù)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)、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(duì)比圖。由圖2可知，C方案COD的整體去除率最優(yōu)，這得益于有效運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)。在保持總進(jìn)水量不變的條件下，有效運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，COD的去除率越高。這種現(xiàn)象主要與COD的去除方式有關(guān)。當(dāng)有效運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，曝氣時(shí)間增長(zhǎng)，異養(yǎng)菌的好氧氧化活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)，COD的去除量隨之也會(huì)增加。當(dāng)有效運(yùn)行時(shí)間相同時(shí)，不同進(jìn)水方式對(duì)COD去除率的影響效果不大，但1號(hào)進(jìn)水方式呈現(xiàn)出最優(yōu)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(jī)物（VFA），進(jìn)而在后續(xù)曝氣階段過量吸磷，通過生物污泥的排放來實(shí)現(xiàn)磷的去除^[11]。不同工況下TP去除效果對(duì)比結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，1號(hào)進(jìn)水方式磷的去除率最高，而4號(hào)進(jìn)水方式最低。當(dāng)進(jìn)水比為10∶0時(shí)，厭氧段之前沒有進(jìn)水，而溶解性有機(jī)物會(huì)被前面的反硝化過程去除，從而抑制聚磷菌厭氧釋磷，進(jìn)而導(dǎo)致磷的去除效果變差；當(dāng)采取分段進(jìn)水時(shí)，NO₃^-在缺氧階段被消耗完，既能避免抑制產(chǎn)酸菌的厭氧發(fā)酵作用及揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的產(chǎn)生，又能避免反硝化菌消耗掉易生物降解的有機(jī)基質(zhì)，從而導(dǎo)致厭氧放磷受到抑制^[12]，即厭氧階段中有相應(yīng)的碳源供給，利于聚磷菌釋磷，而1號(hào)進(jìn)水方式碳源供給量最充足，總磷的去除率最高。同時(shí)，隨著厭氧、好氧反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，對(duì)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(duì)比結(jié)果如圖4所示。

（a）氨氮去除率

（b）總氮去除率

對(duì)比圖4中兩圖可以看出，氨氮與總氮去除率的變化趨勢(shì)大致相同，在保持總進(jìn)水量不變的條件下，C方案氮的去除效率最高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，在進(jìn)水方式相同的條件下，硝化反應(yīng)時(shí)間相同，隨著反硝化時(shí)間的延長(zhǎng)，更多的硝酸鹽被轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)猓娜コ试黾?。而在有效運(yùn)行時(shí)間相同的前提下，3號(hào)進(jìn)水方式效果最好。4號(hào)采用全進(jìn)水的方式，會(huì)導(dǎo)致污染物負(fù)荷過高，微生物的活動(dòng)受限，氮的去除率下降，分段進(jìn)水會(huì)在一定程度上解決這個(gè)問題。但是值得注意的是，分段進(jìn)水會(huì)導(dǎo)致聚磷菌與反硝化菌爭(zhēng)奪碳源，而聚磷菌可優(yōu)先利用污水中的碳源進(jìn)行釋磷，反硝化反應(yīng)過程就有可能得不到充足的碳源，使到缺氧時(shí)的混合液不能完全反硝化，從而不能有效去除后進(jìn)入污水中的氮，而且后加原水中的氨氮會(huì)在曝氣過程中轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮留在水體中，從而使得出水TN的濃度增大^[13]，故1號(hào)、2號(hào)的脫氮效果不及3號(hào)。

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(duì)比圖如圖5所示。由圖5可知，1號(hào)進(jìn)水方式COD、總磷的平均去除效果最好，3號(hào)進(jìn)水方式氨氮、總氮平均去除效率最佳?？梢钥闯?，氮、磷的去除仍存在一定的矛盾，但總體表現(xiàn)出很好的去除效果，當(dāng)有效反應(yīng)時(shí)間為12?h時(shí)，出水已經(jīng)可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。故在實(shí)際運(yùn)行過程中，要根據(jù)原水水質(zhì)及所需去除效果合理調(diào)整進(jìn)水比例以滿足自身需求。

3??結(jié)?論

1）工藝采取“好氧-缺氧-厭氧-好氧”的工藝流程，實(shí)現(xiàn)氮、磷的分開去除，從而達(dá)到更好的脫氮除磷效果。

2）對(duì)于COD的去除，不同進(jìn)水方式對(duì)COD的去除效果影響不大，而有效運(yùn)行時(shí)間對(duì)COD的去除效果影響較大，C方案即有效運(yùn)行時(shí)間為12?h時(shí)，COD的去除效果最好，可達(dá)85.27%～91.64%。

3）對(duì)于磷的去除，進(jìn)水方式和有效運(yùn)行時(shí)間對(duì)磷的去除都有影響。C方案中1號(hào)進(jìn)水方式為磷去除的最優(yōu)工況，去除率可達(dá)83.69%。

4）對(duì)于氮的去除，進(jìn)水方式和有效運(yùn)行時(shí)間都會(huì)影響氨氮的去除效果。C方案中3號(hào)進(jìn)水方式為氮去除的最優(yōu)工況，氨氮和總氮的去除率分別達(dá)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(xiàng)目： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)型項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2021SYF25）。

收稿日期： 2023-03-17

作者簡(jiǎn)介： 張盼（2003-），女，河南省南陽市人。

通信作者： 李曉紅（1966-），女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：水污染控制工程。