季斌 朱雷 陳威 王健 楊開

摘要：序批式生物膜濾池（SBBF）是基于序批式生物膜法的改進(jìn)污水處理新型工藝，針對(duì)SBBF處理城市污水的除磷的效果較差的弊端，通過直接投加FeSO4 7H2O到反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)協(xié)同除磷，使得該工藝能夠較好地應(yīng)用于污水脫氮除磷。Fe（Ⅱ）的投加量從0.03～0.3 mM進(jìn)行協(xié)同除磷試驗(yàn)，結(jié)果表明0.2 mM的Fe（Ⅱ）投加可為有效投加量。進(jìn)一步將0.2 mM的Fe（Ⅱ）在進(jìn)水階段后投加到反應(yīng)體系，穩(wěn)定運(yùn)行1個(gè)月，發(fā)現(xiàn)出水的TP穩(wěn)定保持在0.5 mg/L以下，而COD和氮的去除基本不受影響。COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分別為84.9%、83.2%、46.3%和88.2%。反應(yīng)器出水的各項(xiàng)指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：序批式生物膜濾池；協(xié)同除磷；混凝劑；城市污水

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-4764（2016）03-0053-05

Abstract： A sequencing batch biofilm filter was a novel technology based on SBBR. As the sequencing batch biofilm filter was not efficient for phosphorus removal in the treatment of domestic sewage， FeSO4 7H2O was added to the SBBF in order to achieve chemical aided biological phosphorus removal， which was meaningful for nitrogen and phosphorus removal in wastewater treatment. When concentrations of Fe（Ⅱ）varied from 0.03 to 0.3 mM， it indicated that 0.2 mM Fe（Ⅱ） might be a proper dosage. When 0.2 mM Fe（Ⅱ）was added to the bioreactor at the end of influent phase for one month， the effluent TP remained stable at below 0.5 mg/L， and the removal of COD and nitrogen were not affected. The average removal efficiencies of COD、NH+4-N、TN and TP were 84.9%、83.2%、46.3% and 88.2%， respectively. The parameters of reactor effluent were stable to achieve the A standard “discharge standard of pollutants for municipal wastewater treatment plant （GB 18918—2002）”.

Keywords：sequencing batch biofilm filter； chemical aided biological phosphorus removal； coagulant； domestic sewage

序批式生物膜濾池（sequencing batch biofilm filter）是序批式生物膜法和生物濾池的有效結(jié)合，通過接觸氧化和過濾作用從而達(dá)到去除污染物的目的[1-2]。之前的研究表明[3]，序批式生物膜濾池通過同步硝化反硝化作用脫氮的效果較好， 由于大量的異養(yǎng)微生物的生長代謝可獲得較高的有機(jī)物的去除率。但是SBBF通過反硝化除磷作用和反沖洗過程排泥而達(dá)到除磷的效果，出水的TP的濃度基本上達(dá)不到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的要求[1-2， 4]。膜法除磷主要是依靠生物膜的脫落，然后排放到反應(yīng)系統(tǒng)外來達(dá)到除磷目的[5]，較長的SRT也不利于生物除磷。

化學(xué)除磷是利用化學(xué)藥劑將水中溶解性的磷變?yōu)榉侨芙庑缘牧?，而化學(xué)協(xié)同除磷是將化學(xué)混凝劑直接投加在生物反應(yīng)池中[6]，使溶解性有機(jī)磷由水中析出而沉淀或過濾分離[7]，是一種簡單有效的強(qiáng)化除磷的方法。這就需要采用化學(xué)協(xié)同除磷的方法來進(jìn)一步提高SBBF對(duì)磷的去除作用。鐵鹽和鋁鹽被廣泛運(yùn)用于強(qiáng)化反應(yīng)器磷的去除[8-11]，由于鐵鹽比鋁鹽對(duì)微生物毒性更小，且硫酸亞鐵價(jià)格相對(duì)低廉，本研究采用FeSO4 7H2O對(duì)SBBF進(jìn)行強(qiáng)化協(xié)同除磷，旨在探索其投加方式，投加量及對(duì)污染物去除效果的研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

SBBF裝置見圖1所示。反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃制造，有效高度3.5 m，內(nèi)徑0.235 m。底部為0.5 m集水區(qū)，在集水區(qū)上面是具有曝氣盤和長柄濾頭，其中，曝氣盤上開有數(shù)十個(gè)0.9 mm直徑的曝氣孔，曝氣盤上面依次是1.1 m的無煙煤濾料（直徑1～2 mm，真實(shí)密度1 500 kg/m3）和1.7 m的高分子復(fù)合物生物帶填料（4 mm厚，40 mm寬，真實(shí)密度800 kg/m3，30 000 m2/m3的比表面積），進(jìn)水口在填料的上部，每周期處理的水量通過浮球閥進(jìn)行自動(dòng)控制（H1-H2）。

通過控制柜來自動(dòng)控制裝置運(yùn)行，反應(yīng)器裝置的運(yùn)行方式為間歇進(jìn)水，間歇出水。原水通過管道進(jìn)水泵到反應(yīng)器，混合靜置30 min，曝氣70 min 沉淀10 min，靜置過濾出水從而進(jìn)入下一個(gè)周期。出水的初始濾速控制在5 m/h左右，控制氣閥使得水中DO保持在2～3 mg/L，通過控制每周期的水量使得HRT為10 h，通過反沖洗排泥使SRT控制在60 d左右。

1.2 投藥方案

在最佳工藝參數(shù)條件下，SBBF對(duì)有機(jī)物和氮素的去除效果很高，但對(duì)磷的去除效果的欠缺，將FeSO4 7H2O用10 mL純水溶解后，在進(jìn)水階段結(jié)束后的3 min內(nèi)，直接投加到反應(yīng)器，在得出最佳投藥量之后，試驗(yàn)一個(gè)月。選擇每日正午的進(jìn)水和出水來測(cè)定氮磷和COD等指標(biāo)。由于混凝劑的投加使得反應(yīng)器的產(chǎn)泥量增多，SBBF的反沖洗周期從5 d左右減少到3 d左右。

1.3 試驗(yàn)水質(zhì)及方法

以武漢市二郎廟污水處理廠的沉砂池出水為試驗(yàn)用水，具體水質(zhì)指標(biāo)如表1。COD、NH+4-N、TN和TP的測(cè)定分別采用標(biāo)準(zhǔn)方法即重鉻酸鉀法、納氏試劑分光光度法、堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法，水溫和DO采用YSI52數(shù)字式溶解氧測(cè)量儀測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

FeSO4 7H2O的投加量從0.03～0.3 mM，取樣并測(cè)定各項(xiàng)水常規(guī)指標(biāo)。FeSO4 7H2O投加量如表2所示，圖2為不同濃度FeSO4 7H2O投加量下進(jìn)水和出水的總磷濃度。由圖2可知，當(dāng)FeSO4 7H2O達(dá)到0.2 mM及以上的時(shí)候，出水總磷均在0.5 mg/L以下，綜合考慮污染物去除效果和經(jīng)濟(jì)因素，F(xiàn)eSO4 7H2O的投加量確定為0.2 mM。

由圖3～6可知，反應(yīng)器1個(gè)月的進(jìn)水總磷范圍為1.4～6.8 mg/L，出水TP均保持在0.5 mg/L以下，其他指標(biāo)TN、NH+4-N和COD均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分別為84.9%、83.2%、46.3%和88.2%。因此，進(jìn)水階段末向反應(yīng)器里面投加0.2 mM FeSO4 7H2O（55.6 mg/L FeSO4 7H2O或30.4 mg/L FeSO4）可以實(shí)現(xiàn)同步化學(xué)生物耦合除磷。另外投加的亞鐵離子可為微生物反硝化作用提供電子，即可形成鐵自養(yǎng)反硝化作用，從而提高反應(yīng)器脫氮的效果。

鐵鹽的水解產(chǎn)物對(duì)磷酸根的吸附通過電中和、吸附架橋及絮體的卷掃作用使膠體凝聚沉淀。關(guān)于利用鐵鹽進(jìn)行強(qiáng)化脫氮除磷的報(bào)告也有。用硫酸亞鐵（Fe∶P =2.1∶1， 摩爾比） 可使出水的TP在0.5～1.0 mg/L變化[12]。投加氯化鐵（Fe∶P = （1.5～2.3）∶1， 摩爾比） 到一個(gè)生物曝氣池可以獲得超過90%的TP去除[8]。盡管AOB的活性可能受到含鐵產(chǎn)物的影響，F(xiàn)e2+或Fe3+的投加（0.446 mM）不影響實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的反應(yīng)器NH+4-N 的去除率[13]。也有報(bào)道FeSO4·7H2O投加到一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的A/O反應(yīng)器對(duì)總氮的去除率沒有影響（78%到85%） [12]。說明亞鐵鹽應(yīng)用于SBBF強(qiáng)化協(xié)同除磷是可行的。

盡管反滲透和電滲析等物化手段除磷效率較高，但目前為止成本很高。強(qiáng)化生物除磷（EBPR）的除磷是利用PAOs在厭氧好氧或者厭氧缺氧的環(huán)境下運(yùn)行從而過量攝取磷，達(dá)到除磷的目的，但條件要求高且很難穩(wěn)定。將無機(jī)的混凝劑直接投加到生物反應(yīng)體系是一種簡單有效的強(qiáng)化除磷的方法。投加過量金屬鹽會(huì)對(duì)生物處理系統(tǒng)中的微生物造成毒害作用[14]，從而影響生物處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行。亞鐵鹽的投加從某種程度上會(huì)影響到生物除磷，這是因?yàn)榱姿徼F對(duì)鉀離子的競爭吸附作用[15]。盡管混凝劑的投加可使得反應(yīng)體系的產(chǎn)泥量增多[16]，通過投加0.2 mM的亞鐵鹽使得后SBBF的出水COD、TN、NH+4-N和TP的濃度均穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，使得SBBF在處理低碳氮比的城市污水上有實(shí)用價(jià)值的可能。今后的研究可進(jìn)一步將SBBF進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)的微生物生態(tài)學(xué)特性進(jìn)行研究，揭示鐵元素作用下系統(tǒng)的功能菌群結(jié)構(gòu)。另外，由于亞鐵鹽的投加使得系統(tǒng)產(chǎn)泥量增多，必須從協(xié)同除磷的污泥中進(jìn)一步分離鐵和磷，從而達(dá)到污染物回收利用的目的。

3 結(jié) 論

1）針對(duì)SBBF除磷效果差的特點(diǎn)，成功運(yùn)用硫酸亞鐵直接投加到反應(yīng)體系進(jìn)行強(qiáng)化脫氮除磷。

2）硫酸亞鐵的用量為0.2 mM，可使得SBBF出水的TP在0.5 mg/L以下，而有機(jī)物和氮的去除基本不受影響。

3）將0.2 mM 的FeSO4 7H2O投加到SBBF穩(wěn)定運(yùn)行1個(gè)月，COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分別為84.9%、83.2%、46.3%和88.2%，均能達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

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（編輯 胡 玲）