SBR工艺在农村污水处理中的应用

农村生活污水中的氮磷**标排放很大程度上导致了水体污染和富营养化。因此，寻求高效、经济、简易的生活污水处理方法成为国内外学者研究的方向。SBR 工艺因具有工艺简单、节省费用及用地、运行灵活、脱氮除磷效果好等优点成为人们研究的热点。在目前的实际应用中，SBR 工艺大多以基本运行方式进行设计，如A/O、A2/O、UCT、五段Bardenpho、Phostrip 等，但由于聚磷菌和反硝化细菌对碳源的竞争，导致这些传统处理工艺脱氮除磷的效率都不是很高。公司技术人员考察了采用A/O/A 模式的SBR 工艺对生活污水的处理效果。


1 材料和方法


1.1 SBR反应器的运行


实验用水采取人工配水，其中葡萄糖0.4 g/L（微生物生长所需碳源），NH4Cl 0.153 g/L（微生物生长所需氮源），K2HPO4 0.129 g/L 为磷源，以MgSO4、CaCl2及FeSO4等作为微量元素来源（50 L水中微量元素的添加量分别为MgSO4 3 g、CaCl2 18 g、FeSO40.06 g）。模拟废水的进水COD控制在400mg/L 左右，NH4+-N控制在40mg/L 左右，PO43--P 控制在5mg/L 左右。


反应器由**玻璃制成，尺寸为20 cm×20 cm×30 cm，有效容积为7 L。实验运行参数：瞬时进水，厌氧60min，好氧240min，缺氧120min，静置沉淀30min，闲置30min。实验装置如图1 所示，好氧采用空气压缩机通过微孔曝气头曝气，厌氧和缺氧均采用华夏D-8401 型多功能搅拌器搅拌，搅拌速度设有10个档位，各档位的搅拌速度依次递增。实验过程中采用**档位，搅拌速度约为50 r/min。搅拌棒为不锈钢材质，直径为6mm，长43 cm，每隔10 cm设有叶片，共设3个。曝气及搅拌时间通过微电脑时间控制器控制。


实验所用污泥取自太原市河西北中部污水 处理厂的回流污泥，污泥取回后先闷曝1d，设定温度25℃左右，pH 为6.5～8.5，按照“瞬时进水—厌氧（2 h）—曝气（5 h）—搅拌（3 h）—沉淀（2 h）—出水”的工况周期进行污泥活性恢复，1d两个周期，每个周期12 h，每个周期进出水均为3.5 L。采用COD、NH4+-N逐渐递增的方式运行培养，其中COD从200～400mg/L，NH4+-N从20～40mg/L，2 天提高一次，每次提高幅度10%～20%。以污泥的MLSS 及COD、NH4+-N去除率来确定培养驯化的终点。较终MLSS 保持在4 000mg/L 左右，MLVSS/MLSS 为0.8左右，COD、NH4+-N的去除率达到90%左右。正常运行后设计为1d三个周期，每个周期排水比为0.5。






 1.2 实验方法


通过改变SBR 系统的污泥龄SRT、温度、曝气量等探讨不同实验条件对A/O/A 模式SBR 工艺处理生活污水的影响，并研究了运行中缺氧段的反硝化聚磷现象。


水质监测方法采用国家环保总局颁布的标准方法进行测定，见表1。






 2 结果与讨论


2.1 SRT 对处理效果的影响


实验进水COD为400mg/L，NH4+-N为40mg/L，PO43--P 为5mg/L，通过改变每日排泥量控制SRT分别为15、20、25、30d。研究了不同泥龄条件下该系统对COD、氮磷的去除效果，结果见图2。


由图2 可见，SRT 的变化对系统中COD的去除影响不大，4个SRT 条件下COD的去除率均达到93%以上，出水COD都符合GB 18918—2002一级A标准。这是由于在DO 充足且温度适宜的条件下，系统中微生物生长良好，代谢速度较快，污泥活性较高，因此COD这种易于被微生物降解的**物去除效果较好，受SRT 的影响不大。


随着SRT 的增大，NH4+-N去除率明显升高。这是因为以去除NH4+-N占主导作用的微生物为硝化细菌，而硝化细菌世代时间长，较长的SRT 对硝化细菌的生长繁殖及代谢过程有促进作用，故NH4+-N去除率提高。由图2 可知，SRT≤25d时，TN去除率随着泥龄的增加而增大，这与该条件下NH4+-N去除率升高的原因一致。然而当SRT 继续增大，TN去除率下降，则是由于NO3--N的积累所致。


TP 的去除率随着SRT 的增大而增加，这与聚磷菌世代时间较短相矛盾。这是由于实验采用的是A/O/A 运行模式，系统中反硝化聚磷菌占有一定优势。而反硝化聚磷菌能在缺氧条件下利用NO3-作电子受体氧化细胞内储存的PHB，从而去除废水中的氮，在除磷的同时进行反硝化脱氮。据此，随着SRT 的延长，硝化细菌产生的NO3-增多，可更好地被反硝化聚磷菌用来反硝化除磷，因此磷的去除率有一定的提高。所以，SRT 宜控制在25d左右。


2.2 温度对处理效果的影响


温度是微生物生长的重要生态因子。而污水的生物处理实质是利用微生物体内的酶促生化反应来实现的代谢过程，因此酶本身所具有的蛋白质特性就决定了污水生物处理反应器必须在一定温度范围内运行才能取得良好的处理效果。控制温度为15、20、25、30℃，研究温度对SBR 系统污水处理效果的影响，结果见图3。


由图3 可以看出，在一定范围内，随着温度的升高，COD、NH4+-N、TN、TP 的去除率均增大；当温度达到25℃时去除率分别高达98.3%、96%、83.6%、97.5%。此后随着温度继续升高，出水的COD和NH4+-N均略有上升，去除率相应有所下降，这是由于系统中参与各种酶促反应的细菌只有在适宜的温度条件下才可以正常代谢反应，过高和过低的温度都对其不利。综上所述，实验较终选定25℃为系统较适温度。


  2.3 曝气量对处理效果的影响


SBR 系统的曝气量大小、强度直接影响系统中的溶解氧以及活性污泥产率等。如曝气量参数确定不当，很*引起污泥膨胀，影响较终的处理效果。


通过调节气体流量计将曝气量分别设定为32、48、64、80 L/h，研究曝气量对处理效果的影响，结果见图4。


 由图4 可见：COD去除率受曝气量的影响不大。当曝气量为32 L/h 时，系统中溶解氧＜2mg/L，活性污泥絮体内的多数微生物处于缺氧状态，抑制了微生物消耗降解**物的生化过程，从而影响了处理效果。而当曝气量＞32 L/h 时，曝气量对于处理效果的影响不再显着，这说明只要给系统充分供氧，污泥中丰富的微生物对**物的去除受DO 影响不大。另外，系统经过充分的闲置期后，污泥的吸附能力较强也是去除COD的重要原因。


曝气量为32、48、64、80 L/h 时NH4+-N去除率分别达到47.1%、66%、90.8%、84.7%。这是因为过低的DO 不利于硝化细菌进行硝化反应，导致处理效果差。曝气量提高到64 L/h 时，DO 的提高使硝化反应进行得比较彻底，NH4+-N去除率达到较大。曝气量继续增大去除率下降是由于曝气池内过高的溶解氧使**污染物分解过快，导致微生物缺乏营养，活性污泥易于老化。同理，TN的去除率亦随着曝气量的增加而增大，较终趋于平衡。


曝气量为32 L/h 时，系统对TP 的去除率仅为40.5%。这是由于DO 过低使好氧聚磷菌的活性受到抑制，从而影响磷的去除。随着曝气量的提高，DO浓度上升，这一现象得到缓解，好氧聚磷菌的活性逐渐恢复，磷的去除率呈上升趋势。当曝气量提高到80 L/h 时，TP 去除率由97.8%下降到86.6%，原因是好氧段曝气量过大会使聚磷菌消耗过多的PHA，从而影响对磷的吸收。


综上所述，该系统的较佳曝气量应确定64 L/h较为合理。


2.4 缺氧段的反硝化除磷现象


T. Kuba 等研究表明：当微生物依次经过厌氧、缺氧和好氧3个阶段后，有一部分聚磷菌既能利用氧气又可利用NO3-作为电子受体来聚磷。D. S.Lee 等证实了NO2-可以像NO3-一样作为电子受体进行反硝化除磷。


实验在25℃、SRT 为25d、曝气量为64 L/h 的条件下，对系统缺氧阶段的NO3-、NO2-和磷酸盐进行跟踪测定，研究A/O/A 模式SBR 反应器中缺氧段的反硝化除磷现象（见图5）。

 由图5 可见：缺氧阶段一开始NO3-浓度下降，磷酸盐随之下降，说明该过程中反硝化聚磷菌利用NO3-作电子受体进行了反硝化聚磷。当NO3-＜2mg/L时，系统中的NO2-开始被消耗，表明反硝化聚磷菌开始利用NO2-进行缺氧吸磷。这里认为：当系统中NO3-和NO2-共存时，NO3-首先被消耗，但当NO3-浓度下降到一定程度时，NO2-随之被消耗。通过计算可知缺氧段的反硝化除磷占整个除磷过程的9.3%。


3 结论


（1）实验确定该系统的SRT 为25d，温度为25℃，曝气量为64 L/h 为较佳条件，经过一段时间的连续运行，对COD、NH4+-N、TN、TP 的去除率分别达到92.9%、90.8%、82.9%、97.8%。生活污水经该系统处理后可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918—2002 的一级A 标准。


（2）实验采用A/O/A 模式的SBR 工艺，通过连续培养，系统中出现了一定程度的反硝化聚磷现象，虽然缺氧段对磷酸盐的去除仅占9.3%，但可为今后的研究提供一定理论依据和技术支持。山东千秋环境科技有限公司坐落于国际风筝都--山东潍坊，公司位于潍坊**开发区，是本市**企业，专业从事各类水处理设备的研发、生产、销售和技术服务，公司集中了一批优秀的科研技术及管理专业人才，能为客户提供良好的售前、售中及售后服务并能根据用户的用水条件，可代为制定适宜的水处理设备及配备方案，做到经济实用，优质高效。
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