倪寶云 李帥 楊云龍 太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 030024

SBBR處理高氨氮城市污水運(yùn)行模式探究

倪寶云 李帥 楊云龍 太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 030024

為了提高高氨氮含量的城市污水脫氮效率，對(duì)SBBR工藝處理該類(lèi)污水運(yùn)行模式進(jìn)行了研究，比較三種運(yùn)行模式,得出好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運(yùn)行模式脫氮效果最好，可以滿足脫氮要求。

高氨氮；SBBR；運(yùn)行模式；城市污水

序批式生物膜反應(yīng)器(Sequencing Batch Biofilm Reactor，SBBR)是在序批式反應(yīng)器(Sequencing Batch Reactor,SBR)中引入生物膜而開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型復(fù)合式生物膜反應(yīng)器,是目前國(guó)內(nèi)外正在研究、應(yīng)用的一種污水生物處理新工藝。SBBR兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)，本身是厭氧—好氧交替過(guò)程，具有更好的脫氮除磷效果。SBBR工藝簡(jiǎn)單，基建、運(yùn)行費(fèi)用低，適合于城市污水處理。但是，城市污水存在碳源偏低，導(dǎo)致C、N、P比例失衡，成為高效脫氮除磷的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)針對(duì)氨氮偏高的城市污水（NH3-N含量50～70mg/L，C/N為3～6左右）研究SBBR工藝處理該類(lèi)城市污水的運(yùn)行模式對(duì)脫氮效果的影響，以期對(duì)今后的工程應(yīng)用有所指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置及材料

實(shí)驗(yàn)裝置：如圖1所示，該實(shí)驗(yàn)裝置為有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為18.8cm，有效容積13L，其中下部3L為沉淀區(qū)。本實(shí)驗(yàn)掛膜采用立體彈性填料，這種填料在實(shí)際工程中應(yīng)用較多，具有一定的代表性。填料的填充比為20%（填料、生物膜之和與反應(yīng)區(qū)體積之比）。

實(shí)驗(yàn)材料：實(shí)驗(yàn)用水取自太原市河西北中部污水處理廠細(xì)格柵之前的城市污水;彈性立體填料由河南省鞏義市龍洋凈水材料有限公司提供。

圖1 SBBR實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)采用取自太原市河西北中部污水處理廠細(xì)格柵之前的城市污水，該污水的特點(diǎn)是氨氮偏高，達(dá)50～70mg/L，C/N為3～6左右，具體的水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

COD：重鉻酸鉀法；NH4+-N：納氏試劑分光光度法；NO-N：N－（1—萘基）—乙二胺分光光度法；NO-N：酚二磺酸分光光度法；TP：過(guò)硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法；pH：電極法。

2 結(jié)果與討論

2.1 連續(xù)曝氣運(yùn)行模式對(duì)脫氮效果的影響

按照進(jìn)水→曝氣→沉淀→排水的周期運(yùn)行，其中進(jìn)水、沉淀、排水共計(jì)1h，曝氣7h，每個(gè)周期8h，一天只運(yùn)行兩個(gè)周期，在每個(gè)周期后面（排水之前）加上一個(gè)閑置階段。在DO=3.5～4.5mg/L，回流比1∶1，水溫22℃的條件下，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)月。圖2顯示了一個(gè)典型周期內(nèi)各污染物指標(biāo)隨曝氣時(shí)間的變化曲線。

圖2 SBBR連續(xù)曝氣運(yùn)行穩(wěn)定后各污染指標(biāo)在一個(gè)周期內(nèi)的變化情況

由圖2可知，整個(gè)SBBR連續(xù)曝氣運(yùn)行方式下，COD、NH3-N的去除效果一直都很好，COD可以穩(wěn)定維持在50mg/L以下，出水NH3-N已達(dá)到1mg/L以下。NO-N值在前期隨著NH3-N值的降低而逐漸升高，在系統(tǒng)內(nèi)尚含有一定濃度NH3-N（2.55mg/L）時(shí)，NO-N值即開(kāi)始緩慢減小，隨著曝氣時(shí)間的延長(zhǎng)，NO-N值繼續(xù)降低，直至為零。主要原因在于，NO-N很不穩(wěn)定，在有氧的條件下很容易被轉(zhuǎn)化為NO-N。而NO-N值在曝氣反應(yīng)期間不斷增加，整個(gè)過(guò)程中含量都超過(guò)NO-N值，表明反應(yīng)器內(nèi)的NH3-N更多的經(jīng)歷了全程硝化，被轉(zhuǎn)化為NO-N。在該運(yùn)行模式下，沒(méi)有缺氧過(guò)程，所以認(rèn)為在該過(guò)程中TN的降低是由于部分氨氮被同化合成細(xì)胞物質(zhì)引起的。穩(wěn)定后出水TN（NOX--N與NH3-N之和）維持在30mg/L左右，去除率在37.5%左右。

表1 原水水質(zhì)主要參數(shù)

2.2 好氧（1h）—缺氧（1h）高頻間歇曝氣運(yùn)行模式對(duì)脫氮效果的影響

運(yùn)行模式為好氧（1h）—缺氧（1h）—好氧（1h）—缺氧（1h）—好氧（1h）—缺氧（1h）—好氧（1h），反應(yīng)時(shí)間共計(jì)7h，控制參數(shù)與連續(xù)曝氣運(yùn)行模式一致，反應(yīng)階段的運(yùn)行方式為曝氣55min，停止曝氣5min（取樣），缺氧攪拌60min（取樣），順序循環(huán)進(jìn)行。由于停止曝氣后DO需經(jīng)過(guò)幾分鐘才能降到1.0mg/L以下，所以將停止曝氣后的5min歸入好氧段。這樣，反應(yīng)過(guò)程中，好氧段共計(jì)為4h，缺氧段共計(jì)為3h。圖3為相應(yīng)的各污染物指標(biāo)隨反應(yīng)時(shí)間的變化曲線。

由圖3可知，COD的變化曲線基本與連續(xù)曝氣運(yùn)行模式一樣，高頻間歇曝氣方式幾乎對(duì)COD的降解沒(méi)有影響，只是在缺氧段COD降解速率慢了一些。NH3-N值的變化呈現(xiàn)出明顯的“臺(tái)階”狀，這是因?yàn)镹H3-N在好氧段被快速轉(zhuǎn)化為NO-N或NO-N，缺氧段基本不變，這是由于沒(méi)有分子態(tài)氧，硝化活動(dòng)受到抑制，缺氧段有機(jī)氮的轉(zhuǎn)化甚至還有可能導(dǎo)致NH3-N的增加。NH3-N在這4h好氧段被轉(zhuǎn)化速率可達(dá)9.77mg/(L·h)。NO-N 和NO-N的變化趨勢(shì)基本相同，呈“波浪”狀，但他們之和呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，只是NO-N在反應(yīng)后期由于被轉(zhuǎn)化為NO-N，所以出現(xiàn)下降。TN隨反應(yīng)時(shí)間的變化下降，但下降的速度和下降的幅度都要比前者小，系統(tǒng)出水TN維持在35mg/L左右，去除率在25%左右，效果較差。

2.3 好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運(yùn)行方式脫氮效果的影響

反應(yīng)階段的運(yùn)行方式為好氧（1h）—缺氧（2h）—好氧（1h）—缺氧（2h）—好氧（1h），反應(yīng)時(shí)間共計(jì)7h。好氧時(shí)間共計(jì)3h，缺氧攪拌時(shí)間共計(jì)4h。試驗(yàn)控制參數(shù)同前。圖4為相應(yīng)的各污染物指標(biāo)隨曝氣時(shí)間的變化曲線。

3 結(jié)論

（1）連續(xù)曝氣運(yùn)行模式TN出水效果一般，TN維持在30mg/L左右，去除率在37.5%左右，整個(gè)脫氮過(guò)程，氨氮大部分轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，存在硝態(tài)氮積累問(wèn)題，脫氮不徹底。

（2）好氧（1h）—缺氧（1h）高頻間歇曝氣運(yùn)行模式TN出水效果較差，TN維持在35mg/L左右，去除率在25%左右，硝態(tài)氮積累嚴(yán)重，說(shuō)明脫氮過(guò)程中反硝化過(guò)程受到一定程度的抑制。

（3）好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運(yùn)行方式對(duì)TN的去除效果最好。從試驗(yàn)結(jié)果可知，出水TN在15～30mg/L之間，去除率達(dá)50%。今后實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以調(diào)整適當(dāng)?shù)幕亓鞅群腿芙庋鯘舛?，以期使出水TN達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）的一級(jí)A（≤15mg/L）標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 好氧（1h）—缺氧（1h）間歇曝氣運(yùn)行方式下各指標(biāo)在一個(gè)周期內(nèi)變化情況

圖4 好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運(yùn)行各指標(biāo)在一個(gè)周期內(nèi)的變化情況

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