張焱

北京中鐵生態(tài)環(huán)境設(shè)計院有限公司 北京 102600

近年來，由于我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，城市化進程日益加快，城市人口顯著增加，各種工業(yè)企業(yè)迅速成長，使得城市缺水問題日趨嚴重，生態(tài)環(huán)境嚴重惡化，水源污染日漸嚴重，城市中排放的工業(yè)廢水和生活污水，排入到自然環(huán)境中，引起環(huán)境、水源多重污染，其中受到污染的河長占總河長的 45%，50%以上的地下水受到污染，直接能夠飲用的水約有 60%，水資源短缺的問題日漸突出[1]，水資源缺乏問題的關(guān)鍵在于控制水污染，要解決水污染問題，必須減少污染水資源的排放，加大污水的治理。

隨著污水處理廠污染物排放標準的提高，我國上世紀建設(shè)的一批以SBR為主要處理工藝的污水處理廠很難達到現(xiàn)行的污水廠污染物排放標準，很大一部分面臨著升級改造，一部分需要從工藝角度進行與其他處理工藝相結(jié)合，還有一部分可以通過各反應(yīng)階段的優(yōu)化來達到處理要求。我國農(nóng)村小城鎮(zhèn)的發(fā)展面臨著很大的污水排放問題，傳統(tǒng)工藝一般都占地面積大，而且處理費用相對較高，調(diào)試不靈活等缺點，SBR以運行靈活方便、適應(yīng)性強，工藝簡單、造價低，污泥沉降性好[2]，時間上具有理想推流式反應(yīng)器的特點等優(yōu)點，使得SBR在處理小城鎮(zhèn)污水上顯得格外突出。

1 實驗方法

1.1 實驗裝置

實驗用SBR反應(yīng)器由不銹鋼板材料制成，有效體積為1100L，進水管、排泥管、放空管均位于反應(yīng)器底部，底部有3個砂芯曝氣頭，由空壓機供給空氣，SBR進水量由流量計控制，進氣量、攪拌機由變頻器控制，裝置進水、排泥均有電動閥門控制，電動閥門、進水泵、排水泵、空壓機、變頻器的啟閉由SBR裝置PLC電控柜控制。

1.2 試驗運行參數(shù)

試驗期間運行方式以A/O/A模式運行，HRT為8h，初期采用進水20min，攪拌70min，曝氣190min，攪拌120min，沉淀60min，出水20min，系統(tǒng)排泥曝氣結(jié)束后進行。SBR反應(yīng)器有效體積為1100L，SBR的排水比為50%，污泥濃度維持在2500mg/L-3000mg/L，污泥齡為15天，SBR連續(xù)水力停留時間為16h。經(jīng)過一段時間的穩(wěn)定運行更改工況為A/O/A模式多點進水，其中進水6min，攪拌81min，曝氣190min，攪拌+進水123min （其中進水：3min）沉淀60min，出水20min，系統(tǒng)排泥曝氣結(jié)束后進行。SBR的排水比為50%，污泥濃度維持在2500mg/L-3000mg/L，污泥齡為15天，SBR連續(xù)水力停留時間為16h。運行一段時間在調(diào)整為一點進水運行，SBR的排水比調(diào)整為30%。

1.3 實驗水質(zhì)

表1 試驗進水水質(zhì)

2 結(jié)果與分析

經(jīng)過一段時間的運行進出水COD、TN、NH4--N、TP變化如圖1-4所示。

圖1是每隔一段時間對進出水COD濃度進行檢測的結(jié)果，由圖可以看出，試驗期間進水COD濃度在130mg/L-720mg/L之間波動較大，進水平均COD濃度為325.72mg/L，出水COD濃度在21.25mg/L-46.83mg/L之間，出水水質(zhì)達到城鎮(zhèn)污水一級A排放標準，出水COD濃度平均值為32.97mg/L，經(jīng)計算COD平均去除率為89.88%。圖中豎線將數(shù)據(jù)分為三個區(qū)域第一段為HRT 8h，單點進水排水比50%，第二段為HRT 8h，兩點進水排水比50%，第三段為HRT 8h，單點進水排水比30%，由圖可以看出無論是排水比的變化還是進水方式的改變都對COD的去除影響不大，出水水質(zhì)平穩(wěn)均達到一級A排放標準。該運行工況COD去除原理跟單獨曝氣和A/O除磷模式以及A/O脫氮除磷模式都是有所差別的，該模式在A/O脫氮除磷模式的基礎(chǔ)上又增加了一個A段缺氧反應(yīng)階段，從而一部分有機物會在新增加的缺氧段由于反硝化細菌的反硝化作用得到去除。圖中進水COD波動較大，出水平穩(wěn)，說明在A/O/A狀態(tài)下SBR也具有較強的抗沖擊負荷的能力。

圖1 A/O/A模式進出水COD濃度及去除率

圖2 是A/O/A模式下進出水TN濃度及去除率變化圖，將圖5-9反應(yīng)階段分為三個階段第一段為HRT 8h，單點進水排水比50%，第二段為HRT 8h，兩點進水排水比50%，第三段為HRT 8h，單點進水排水比30%，第一階段進水TN濃度在20.75mg/L-60.25mg/L之間，平均進水TN為38.98mg/L，出水TN在6.5mg/L-20mg/L之間，平均出水TN為11.9mg/L，TN的平均去除率為68.46%，第二階段進水TN濃度在44mg/L-49.75mg/L之間，平均進水TN為46.45mg/L，出水TN在12mg/L-14.88mg/L之間，平均出水TN為13mg/L，TN的平均去除率為71.94%，第三階段進水TN濃度在45.5mg/L-48.75mg/L之間，平均進水TN為47.07mg/L，出水TN在8.5mg/L-16.88mg/L之間，平均出水TN為10.49mg/L，TN的平均去除率為77.72%，經(jīng)過三個階段的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)TN去除率第三種運行方式>第二種運行方式>第一種運行方式，分析原因是由于第一種運行方式由于在缺氧階段溶解性COD含量很低，硝態(tài)氮基本沒有多少被還原成N2，而兩點進水方式在缺氧階段使溶解性COD得到補充所以系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮被還原成N2排出系統(tǒng)而進水總量跟單點進水一樣后進水部分NH4--N未被轉(zhuǎn)化為NO3--N，在后續(xù)的反應(yīng)中去除不多，所以兩點進水比單點進水方式TN去除率高但沒有高出很多，第三種運行方式去除率高于第一種和第二種運行方式原因是由于排水比降低進水TN總量減少經(jīng)過稀釋作用TN濃度減少幅度大所以相比于前兩種運行模式出水TN濃度低。

圖2 A/O/A模式進出水TN濃度及去除率

圖3 A/O/A模式進出水NH4--N濃度及去除率

圖3 是A/O/A模式進出水NH4--N濃度及去除率變化圖，圖5-10反應(yīng)階段分為三個階段第一段為單點進水排水比50%，第二段為兩點進水排水比50%，第三段為單點進水排水比30%，第一階段除去一個特殊點進水NH4--N濃度在24mg/L-29mg/L之間，平均進水NH4--N為26.9mg/L，出水NH4--N在0.16mg/L-2.42mg/L之間，平均出水NH4--N為0.83mg/L，NH4--N的平均去除率為97.07%，第二階段進水NH4--N濃度在31.5mg/L-45.25mg/L之間，平均進水NH4--N為38.95mg/L，出水NH4--N在1.57mg/L-5.78mg/L之間，平均出水NH4--N為4.1mg/L，NH4--N的平均去除率為89.57%，第三階段進水NH4--N濃度在32.25mg/L-38.75mg/L之間，平均進水NH4--N為35.58mg/L，平均出水NH4--N在0.5mg/L左右，NH4--N的平均去除率為98.6%，對比三個反應(yīng)階段數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)第三階段NH4--N的平均去除率>第一階段NH4--N的平均去除率>第二階段NH4--N的平均去除率，第三階段跟第一階段相比主要是由于在相同的好氧時間下由于第三階段進水少于第一階段，所以經(jīng)過稀釋作用混合均勻后第三階段NH4--N濃度低于第一階段NH4--N濃度，所以在相同的反應(yīng)條件下如果轉(zhuǎn)化同樣濃度的NH4--N第三階段的NH4--N去除率就比第一階段要高。第二階段跟第一階段相比主要是由于第二階段在好氧過程結(jié)束后又有一部分原水進入系統(tǒng)，而此時進入系統(tǒng)的NH4--N沒有經(jīng)過好氧轉(zhuǎn)化，由于最后第一階段和第二階段進水體積相同而第二階段還有一部分NH4--N未被轉(zhuǎn)化，所以最后出水NH4--N濃度第二階段高于第一階段。

圖4 A/O/A模式進出水TP濃度及去除率

圖4 是A/O/A模式進出水TP濃度及去除率變化圖，同樣圖中數(shù)據(jù)分為三部分第一部分單點進水排水比50%，第二部分兩點進水排水比50%，第三部分單點進水排水比30%，第一部分進水TP濃度在1.9mg/L-6.6mg/L之間，平均進水TP為4.03mg/L，出水TP在0.1mg/L-1.4mg/L之間，平均出水TP為0.77mg/L，TP的平均去除率為74.25%，第二部分進水TP濃度在4.5mg/L-5.6mg/L之間，平均進水TP為5mg/L，出水TP在0.8mg/L-1.8mg/L之間，平均出水TP為1.38mg/L，TP的平均去除率為72.19%，第三部分進水TP濃度在3.4mg/L-4.5mg/L之間，平均進水TP為3.97mg/L，進水TP濃度在1.2mg/L-3.05mg/L之間，平均出水TP在2.36mg/L左右，TP的平均去除率為40.7%，從圖中第一階段可以看出開始時TP去除率很低在50%左右，而在反應(yīng)末期TP的去除率上升到98%，這種變化的原因是，反應(yīng)初期剛剛從A/O運行模式調(diào)整過來系統(tǒng)內(nèi)反硝化細菌比例低系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化率低，在厭氧反應(yīng)初期由于反硝化細菌和聚磷菌之間的競爭作用使得磷的釋放受到影響，從而在后期對磷的過量吸收產(chǎn)生影響，所以TP的去除率低，隨著反應(yīng)的進行系統(tǒng)內(nèi)反硝化細菌變多，從而末期缺氧階段反硝化比例升高，出水含硝態(tài)氮濃度很低，從而進水初期硝態(tài)氮濃度低，對聚磷的釋放影響較小，所以在好氧階段聚磷菌能夠?qū)崿F(xiàn)過量吸磷從而使TP濃度降低，在反應(yīng)末期TP去除率升高到98%，第二階段TP去除率逐漸降低是由于第一次進水是總進水量的2/3，進水有機物含量減少，在者由于進水體積減少響應(yīng)的硝態(tài)氮濃度會升高，并且在缺氧階段進入1/3的原水，由于碳源不足進水中硝態(tài)氮反硝化比例低所以反應(yīng)初期系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮含量高，由于反硝化細菌的競爭使得本來就不充足的碳源減少使得聚磷菌釋磷受到影響，從而影響TP的去除效果，一直這樣惡性循環(huán)下去，所以導(dǎo)致TP的去除率逐漸降低[3]。第三階段TP去除也是持續(xù)下降主要是由于排水比降低系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮的影響導(dǎo)致TP去除率降低。綜上所述反應(yīng)初期系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮含量高的條件下會嚴重影響TP的去除。

3 結(jié)語

對于我國一部分小城鎮(zhèn)及農(nóng)村處理生活污水時，由于比較分散，不可能完全集中到一起進行處理，應(yīng)用傳統(tǒng)工藝由于流量小很難建設(shè)，而SBR則集整個反應(yīng)過程于一體，對于農(nóng)村污水的處理有好的發(fā)展前景。

在脫氮除磷模式下SBR以A/O/A模式運行出水達到城鎮(zhèn)污水一級A排放標準，出水COD穩(wěn)定，有較強的抗沖擊負荷能力。排水比對SBR氮磷去除效果有較大影響，較小的排水比條件下有利于系統(tǒng)TN的去除，而較大的排水比對TP的去除，所以根據(jù)實際情況要不同的處理要求應(yīng)該合理調(diào)整排水比，使處理效果能夠達到最佳的狀態(tài)。