巫方才

（宣城市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，安徽 宣城 242000）

目前，生活污水處理工藝較多，大體可分為生物處理法、化學(xué)處理法、物理處理法、生物接觸氧化法（如活性污泥法、SBR、生物膜法）等[1]。短程硝化反硝化技術(shù)是在SBR工藝上發(fā)展起來的，該工藝具有占地面積少、對氮磷元素的處理效果好等優(yōu)點(diǎn)[2]，在高NH3-N廢水處理中應(yīng)用較為廣泛。王文琪等[3]模擬高濃度含磷廢水，研究了連續(xù)曝氣、階段曝氣以及間歇曝氣3種工況下脫氮除磷效果；李娜等[4]認(rèn)為影響短程硝化反硝化對氮元素處理效果的影響因素包括溫度、污水氮磷比、溶解氧、pH值、污泥泥齡等；繆新年等[5]分析了反硝化除磷工藝和短程硝化工藝耦合作用除磷的機(jī)理以及影響因素；趙杰俊等[6]從工藝啟動(dòng)和控制的角度分析了短程硝化和厭氧氨氧化工藝除氮磷的影響因素；代偉等[7]通過控制厭氧好氧時(shí)間改進(jìn)SBR工藝，模擬高濃度NH3-N廢水，分析了該工藝下N2O的控制關(guān)鍵技術(shù)。

短程硝化反硝化工藝在高濃度含鹽含堿廢水處理中應(yīng)用較多[8,9]，但在生活污水中應(yīng)用較少。本研究將SBR工藝改進(jìn)，將該工藝分為4個(gè)階段，通過控制裝置內(nèi)厭氧/缺氧環(huán)境及時(shí)間，分析不同時(shí)間段內(nèi)裝置中COD、TN、TP、NH3-N的去除效果，研究結(jié)論可為該工藝在生活污水處理中的進(jìn)一步利用提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究采用SBR裝置進(jìn)行試驗(yàn)，主要通過改變裝置內(nèi)厭氧/缺氧時(shí)間分為4段進(jìn)行，裝置流程見圖1。反應(yīng)器內(nèi)總體積為16L，有效體積12～14L，在反應(yīng)器外部設(shè)有取水口以及排泥口，進(jìn)水通過裝置左邊的恒流泵抽，確保進(jìn)水水量均勻，通過氣泵控制反應(yīng)器內(nèi)氧環(huán)境，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有氣體流量計(jì)以及攪拌裝置，裝置運(yùn)行時(shí)控制攪拌頻率為60r·min-1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Test device diagram

1.2 實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了60d，均控制反應(yīng)器內(nèi)為厭氧/缺氧環(huán)境,每天運(yùn)行4個(gè)周期，分4段運(yùn)行，每天排泥量為150mL，實(shí)驗(yàn)時(shí)控制的各階段運(yùn)行參數(shù)見表1，進(jìn)水水質(zhì)見表2。實(shí)驗(yàn)污泥取自宣城市某生活污水處理廠已馴化好的污泥。

表1 實(shí)驗(yàn)各階段運(yùn)行參數(shù)Tab.1 Operating parameters of each stage of the test

表2 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)Tab.2 Test water quality

1.3 試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)耗材除鹽酸萘乙胺（上海源葉生物科技有限公司）和鄰菲羅啉（康迪斯化工（湖北）有限公司）為優(yōu)級純外，其他均為分析純試劑。

H2SO4（河南福瑞德儀表有限公司）；HCl（天津市大茂化學(xué)試劑廠）；K2S2O8（臨沂茂興化工有限公司）；K2Cr2O7（山東榕成包裝科技有限公司）；KI（青州市領(lǐng)航化工有限公司）；KNO3（天津市大茂化學(xué)試劑廠）；HgI2（河南源豐潔石商貿(mào)有限公司）；NaNO2（江蘇冠裕流體設(shè)備有限公司）；丙酮（上海撫生實(shí)業(yè)有限公司）；乙醇（東莞市啟明化工有限公司）；酒石酸鉀鈉（眉山市金利化工有限公司）；抗壞血酸（安徽省中佳鹽化科技有限公司）；鄰苯二甲酸氫鉀（常州百運(yùn)渡化工有限公司）；CaCO3（南銘之鑫化工產(chǎn)品有限公司）；葡萄糖（湖南長沙縣金輝化工廠）；ZnSO4（濟(jì)南益帆化工有限公司）。

JSTD03 SBR型反應(yīng)器（衢州市沃德儀器有限公司）；G300-1J型蠕動(dòng)泵（愛來寶（濟(jì)南）生物技術(shù)有限公司）；QSS-J02型攪拌器（三泰環(huán)?？萍加邢薰荆籅W100型恒流泵（上?；顑x器儀表有限公司）；SESFG-07型分光光度計(jì)（深圳市三恩時(shí)科技有限公司）；YTLL-S6型流量計(jì)（上海儀天科學(xué)儀器有限公司）；GKBQ-04型曝氣泵（大安市冠康科技發(fā)展有限公司）；ROH-ST1 COD型快速測定儀（蘇州實(shí)譜信息科技有限公司）；FD7-D6型干燥箱（沈陽鑫科之杰儀器化玻有限公司）；STDJ-03 DO型測定儀（廣州卓諧儀器設(shè)備有限公司）。

1.4 檢測方法

本實(shí)驗(yàn)中DO采用碘量法測定，COD采用重鉻酸鉀法測定，NH3-N采用納氏試劑分光光度法測定，TN采用堿性過硫酸鉀法測定，TP采用分光光度法測定，pH值通過pH試紙直接測定，實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行[10]。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同反應(yīng)時(shí)間下COD含量變化情況

反應(yīng)不同時(shí)間后裝置內(nèi)COD含量變化情況見圖2。

圖2 不同反應(yīng)時(shí)間下COD含量變化情況Fig.2 Changes of COD content under different reaction times

由圖2可知，反應(yīng)60d后裝置內(nèi)COD出水已達(dá)到穩(wěn)定，第60天反應(yīng)器內(nèi)COD濃度為37.5mg·L-1，滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[11]中一級A標(biāo)準(zhǔn)。從反應(yīng)時(shí)間上看，階段1和階段2時(shí)COD去除速率較低，第15天和第30天的含量分別為224.2mg·L-1和198.6mg·L-1，對應(yīng)的去除率分別為16.02%和25.6%，這是因?yàn)檠b置還處于前期污泥馴化階段。第45天出水中COD含量為97.2mg·L-1，此時(shí)COD的去除率達(dá)到63.5%。第50天后COD含量雖然仍在下降，但下降幅度明顯減小，說明此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)幾乎達(dá)到穩(wěn)定。

從裝置啟動(dòng)角度進(jìn)行分析可知，短程硝化反硝化反應(yīng)時(shí)，第一和第二階段裝置內(nèi)硝化細(xì)菌居多，反硝化細(xì)菌較少，因此，前期COD濃度下降較慢。30d后隨著反硝化細(xì)菌的增加，反硝化作用增強(qiáng)，反硝化聚磷菌所含碳源增加，從而導(dǎo)致反應(yīng)速率提高。反應(yīng)后期隨著碳源的減少，反硝化細(xì)菌死亡量大于新增量，反硝化作用逐漸減弱，從而導(dǎo)致反應(yīng)速率降低。

2.2 不同反應(yīng)時(shí)間下NH3-N含量變化情況

反應(yīng)不同時(shí)間后裝置內(nèi)NH3-N含量變化情況見圖3。

圖3 不同反應(yīng)時(shí)間下NH3-N含量變化情況Fig.3 Changes of NH3-N content under different reaction times

由圖3可知，反應(yīng)45d后NH3-N出水濃度和第60天相差不大，第45天NH3－N出水濃度由最初進(jìn)水的43.8mg·L-1降至7.2mg·L-1，第60天出水中NH3－N濃度為6.4mg·L-1，從第45天開始出水NH3－N濃度就滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A標(biāo)準(zhǔn)。從反應(yīng)時(shí)間上看，階段1和階段2 NH3－N去除速率較高，第15天和第30天的NH3－N含量分別為22.6mg·L-1和15.3mg·L-1，對應(yīng)的NH3－N去除率分別為48.4%和65.06%。

反應(yīng)初期裝置內(nèi)碳源充足，硝化細(xì)菌占主導(dǎo)地位，硝化速率增高，生物脫氮速率增高，第45天出水中NH3－N含量為7.2mg·L-1，此時(shí)NH3－N的去除率達(dá)到83.6%。第4階段裝置內(nèi)NH3－N含量雖略有下降，但下降幅度較小，說明此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)碳源減少，以反硝化作用為主。

2.3 不同反應(yīng)時(shí)間下TN含量變化情況

反應(yīng)不同時(shí)間裝置內(nèi)TN含量變化情況見圖4。

圖4 不同反應(yīng)時(shí)間下TN含量變化情況Fig.4 Changes of TN content under different reaction times

由圖4可知，60d后出水TN濃度由最初的43.8mg·L-1降至第60天的8.76mg·L-1，滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A標(biāo)準(zhǔn)。從反應(yīng)時(shí)間上看，階段1和階段4時(shí)TN去除速率較低，第15天裝置內(nèi)TN含量為38.4mg·L-1，對應(yīng)的TN去除率為12.3%。第4階段裝置內(nèi)TN的去除率由第45天的78.08%升至第50天的80%，這是因?yàn)?，裝置前期雖然碳源充足，但反應(yīng)器內(nèi)各種生物量尚在繁殖期間。TN的快速去除主要在階段2和階段3，階段2出水中TN由第15天的38.4mg·L-1降至第30天的24.3mg·L-1，TN去除率由第15天的12.3%升至第30天的44.5%。階段4時(shí)出水中TN由第45天的13.2mg·L-1降至第60天的8.76mg·L-1，TN的去除率由第45天的69.8%升至第60天的80.5%。

2.4 不同反應(yīng)時(shí)間下TP含量變化情況

不同反應(yīng)時(shí)間后裝置內(nèi)TP含量變化情況見圖5。

圖5 不同時(shí)間下TP含量變化情況Fig.5 Changes of TP content under different reaction times

由圖5可知，該裝置TP的快速去除主要是在第3、4階段中TP含量由第45天的1.2mg·L-1降至第60天的0.73mg·L-1，對應(yīng)的TP去除率也由86.5%升至91.8%，出水滿足《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級A標(biāo)準(zhǔn)。在本文分析的4種污染物中，出水中TP的去除率最高。

對圖5進(jìn)一步分析可知，第3階段裝置內(nèi)TP含量由第30天的6.1mg·L-1降至第45天的1.2mg·L-1，該階段也為TP的快速去除階段，TP去除率由31.5%升至86.5%，對TP的去除率增幅達(dá)到50%以上。階段1和階段2反應(yīng)器內(nèi)TP去除率較低，經(jīng)分析，可能是該階段反硝化細(xì)菌較少，反硝化聚磷菌較少，從而導(dǎo)致TP去除率較低。

3 結(jié)論

本文在SBR裝置的基礎(chǔ)上，通過控制厭氧/缺氧時(shí)間，將SBR工藝改造成短程硝化反硝化工藝，并研究了該工藝對生活污水中TN、TP、NH3-N和COD的去除效果，結(jié)果表明：

（1）該裝置成功啟動(dòng)并反應(yīng)60d后TN、TP、NH3-N和COD的去除率分別為80%，91.8%，81.8%，85.9%。

（2）COD的快速去除集中在第3階段，該階段在15d內(nèi)COD去除率增加37.9%；NH3-N含量在前面45d降低較快，第45天后由于反硝化細(xì)菌的減少影響了反應(yīng)速率；TN含量在第15天～第30天的反應(yīng)速率較高，TP含量在第3階段（30～45d）降低較快，該階段TP的去除率由第30天的31.5%升86.5%；

（3）該裝置內(nèi)反硝化聚磷菌以及聚糖菌對碳源的儲(chǔ)存主要集中在第15天～第45天，該階段碳源的儲(chǔ)存為反硝化除磷和同步硝化反硝化除氮提供了充足的碳源。