李 師，王 毅

（1.武漢啟瑞藥業(yè)有限公司，湖北武漢430223；2.三川德青科技有限公司，湖北武漢430075）

SBR（序批式活性污泥法）由活性污泥法基礎(chǔ)上發(fā)展而來，功能包括均化、初沉、2 沉、生物降解等，具有處理設(shè)備少、投資低、構(gòu)造簡單、污泥不易膨脹、耐沖擊負(fù)荷、便于操作和維護(hù)管理等優(yōu)點(diǎn)，在廢水的生物除磷方面得到廣泛應(yīng)用。重金屬離子在污水中是1類既不能被微生物所降解，也不能被水體自身的自凈作用所清除的污染物，微量重金屬離子可作為微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)和微生物機(jī)體及各種酶的組成部分，但濃度過高的重金屬離子反而會造成毒害作用，使微生物中毒甚至死亡，從而影響最后微生物對污水的處理效果［1］。在眾多的重金屬離子中，2 價鎘離子（Cd（II））因其高毒性及其與生物分子的高反應(yīng)活性，成為降低污水處理效率的重要因素［2］，因此必須引起重視。

1 材料與方法

1.1 模擬生活污水

實(shí)驗(yàn)?zāi)M生活污水采用人工配備，污水主要成分見表1。

表1 污水配置方案

1.2 實(shí)驗(yàn)污泥的馴化培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)用活性污泥取自某污水處理廠曝氣池，為保證活性污泥處于最佳狀態(tài)，在實(shí)驗(yàn)前對其進(jìn)行培養(yǎng)、馴化。實(shí)驗(yàn)采用充氮?dú)獗３謪捬?，充氧氣維持好氧。污泥培養(yǎng)時采用厭氧—好氧交替方式進(jìn)行，以利于聚磷菌繁殖。馴化時每d 換水1 次，保持反應(yīng)器中溫度在20±1 ℃，pH 值在7.0±0.5。經(jīng)過1 段時間馴化后，污泥呈黃褐色，沉淀性能良好，TP去除率達(dá)到80%以上，至此，污泥馴化成熟。

1.3 Cd(II)溶液

用分析純3CdSO4·8H2O 配置成含一定體積質(zhì)量濃度的Cd(II)溶液待用。

1.4 實(shí)驗(yàn)裝置

具體實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計與方法

1.5.1 SBR 除磷標(biāo)準(zhǔn)時序的確定在SBR 工序的進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水、閑置5 個階段中，進(jìn)、出水及閑置時間對除磷效果影響較小，故將反應(yīng)和沉淀時間作為影響因素，其中反應(yīng)時間又分為厭氧時間和好氧時間，從而選出厭氧時間、好氧時間和沉淀時間3個因素，制定出3因素3水平正交表，得到9個工況，并測定9個工況中進(jìn)出水的COD 和總磷濃度，見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計因素及水平

1.5.2 Cd(II)對SBR 系統(tǒng)的影響實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)初始條件（包括活性污泥和人工污水）、操作參數(shù)（包括pH值、DO 等)與馴化培養(yǎng)時間相同，但除磷厭氧階段DO 低于0.2 mg/L、好氧階段DO 應(yīng)保持2～4 mg/L。在基于SBR除磷標(biāo)準(zhǔn)時序下，設(shè)定外加Cd2+濃度為0、5、10、20、30、40、50、60 mg/L，并在厭氧段和好氧段設(shè)置5 個取水樣時間點(diǎn)：厭氧段取水樣時間為15、30、60、90、120 min，好氧段取水樣時間為1、2、3、4、5 h。測定出水樣混合液DO、MLSS、COD、TP，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計算分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 SBR生物除磷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時序的確定

為探究SBR 生物除磷系統(tǒng)對Cd(II)脅迫的響應(yīng)，每個周期進(jìn)水2.3 L，混合液3.5 L，對9 種工況運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行3因素3水平正交，結(jié)果見表3。由表3 可見，根據(jù)總磷去除率、COD 去除率得出最優(yōu)工況為A3B3C3、A2B3C2，此實(shí)驗(yàn)研究Cd(II)對生物除磷的影響，且基于總磷極差（14≤R≤26.2）遠(yuǎn)大于基于COD 的極差（1.9≤R≤5.6），因此選取總磷去除率為決定因素，最優(yōu)工況為厭氧2 h、好氧5 h、沉淀1.5 h，則SBR 除磷標(biāo)準(zhǔn)時序?yàn)樗矔r進(jìn)水→厭氧反應(yīng)2 h→好氧反應(yīng)5 h→沉淀1.5 h→瞬時出水。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 Cd(II)對總磷的影響

2.2.1 Cd(II)對總磷去除的影響總磷濃度隨時間變化曲線見圖2。

圖2 總磷濃度隨時間變化

由圖2 可見，0～120 min 時總磷呈上升趨勢；而120～420 min時，總磷呈下降趨勢，驗(yàn)證了聚磷菌厭氧釋磷好氧吸磷的特性。Cd(II)濃度為0～10 mg/L時，出水的總磷濃度明顯降低，總磷去除率在73%以上；當(dāng)Cd(II)濃度為20 mg/L 及以上時，厭氧釋磷量、吸磷量明顯變小，出水總磷濃度相比對照組有所升高，且Cd(II)濃度為20、30、40、50、60 mg/L 時，在進(jìn)水TP 濃度均為4 mg/L 的情況下，最終出水TP濃度分別為1.203、1.352、1.772、1.996、2.104 mg/L，即隨著Cd(II)濃度增大，總磷去除率逐漸降低，除磷效率將顯著下降。

2.2.2 Cd(II)對厭氧段比總磷釋放率的影響厭氧段Cd(II)對比總磷釋放率的影響見圖3。

圖3 厭氧段Cd(II)對比總磷釋放率的影響

由圖3可見，厭氧段比總磷釋放速率總體趨勢是隨時間逐漸降低，且在厭氧反應(yīng)的最后30 min總磷釋放速率逐漸趨于平穩(wěn)，說明聚磷菌對磷的釋放逐漸趨于飽和狀態(tài)。厭氧段在0～10 mg/L Cd(II)濃度時比總磷釋放速率高于對照組的，而其它濃度的比總磷釋放速率則明顯要低于對照組且隨著Cd(II)濃度的升高比總磷釋放速率逐漸減小，說明含有微量的Cd(II)對聚磷菌厭氧釋磷有一定的促進(jìn)作用，而當(dāng)Cd(II)濃度為20 mg/L 及以上時對聚磷菌厭氧釋磷具有抑制作用，且抑制作用隨著Cd(II)濃度的升高而增強(qiáng)。

2.2.3 Cd(II)對好氧段比總磷吸收率的影響好氧段比總磷吸收率隨反應(yīng)進(jìn)行呈減少趨勢。好氧段在Cd(II)濃度為0～10 mg/L 時比總磷釋放率高于對照，其它濃度比總磷釋放率則低于對照且隨著濃度升高比總磷釋放率逐漸下降，表明含有微量的Cd(II)對聚磷菌好氧攝磷有促進(jìn)作用，當(dāng)Cd(II)濃度為20 mg/L 及以上時對聚磷菌好氧攝磷具有抑制作用，且抑制作用隨著Cd(II)濃度的升高而增強(qiáng)。

2.3 Cd(II)對COD去除的影響

不同Cd(II)濃度下COD 變化趨勢呈隨時間的增長而逐漸減小的十分相似的規(guī)律，說明在Cd(II)0～60 mg/L 的脅迫下，COD 在厭氧和好氧條件仍表現(xiàn)為降解作用。

Cd(II)濃度為50、60 mg/L 時，COD 濃度明顯高于對照組和其它實(shí)驗(yàn)組，而Cd(II)濃度低于40 mg/L時COD 濃度低于對照組，說明Cd(II)濃度在0～40 mg/L 對COD 的降解呈促進(jìn)作用，而Cd(II)濃度在50 mg/L 以上則會對COD 的降解產(chǎn)生抑制，其可能原因?yàn)楦邼舛鹊闹亟饘匐x子會導(dǎo)致微生物活性降低甚至死亡，從而使得活性污泥分解有機(jī)物的能力有所降低［3］。與磷的去除相比，COD 的去除對Cd(II)有更高的耐受濃度，這可能是因?yàn)镃OD 主要由一些異養(yǎng)菌去除，而異養(yǎng)菌對重金屬毒性有更顯著的耐受作用［4］。

在Cd(II)濃度為0～40 mg/L 時COD 去除率均在83%以上，而50mg/L 以上COD 去除率則逐漸減少至80%以下，這與上述結(jié)論是一致的。隨著Cd(II)濃度升高去除率逐漸減低，而Cd(II)濃度為5 mg/L時，COD去除率達(dá)到最大，為90.3%［5］。

3 結(jié)束語

通過3 因素3 水平正交實(shí)驗(yàn)表明，SBR 生物除磷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時序?yàn)檫\(yùn)行周期8.5 h，即瞬時進(jìn)水→厭氧反應(yīng)2 h→好氧反應(yīng)5 h→沉淀1.5 h→瞬時出水。在標(biāo)準(zhǔn)時序下，Cd(II)濃度在10 mg/L 以下時，對SBR 生物除磷系統(tǒng)的厭氧釋磷和好氧攝磷表現(xiàn)為促進(jìn)作用，而超過20 mg/L 則表現(xiàn)為抑制作用，且Cd(II)濃度越高，其抑制作用越強(qiáng)。Cd(II)濃度在40 mg/L 以下時，對SBR 生物除磷系統(tǒng)COD 去除表現(xiàn)出促進(jìn)作用，超過50 mg/L則表現(xiàn)出抑制作用。