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(lái)，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(jiǎn)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(zhǎng)所需的營(yíng)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(guò)高的重金屬離子反而會(huì)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(duì)污水的處理效果［1］。在眾多的重金屬離子中，2 價(jià)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(jiàn)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(duì)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(shí)采用厭氧—好氧交替方式進(jìn)行，以利于聚磷菌繁殖。馴化時(shí)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(guò)1 段時(shí)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(jiàn)圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

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

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平

1.5.2 Cd(II)對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)取水樣時(shí)間點(diǎn)：厭氧段取水樣時(shí)間為15、30、60、90、120 min，好氧段取水樣時(shí)間為1、2、3、4、5 h。測(cè)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(jì)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(shí)序的確定

為探究SBR 生物除磷系統(tǒng)對(duì)Cd(II)脅迫的響應(yīng)，每個(gè)周期進(jìn)水2.3 L，混合液3.5 L，對(duì)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(jiàn)表3。由表3 可見(jiàn)，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(duì)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(shí)序?yàn)樗矔r(shí)進(jìn)水→厭氧反應(yīng)2 h→好氧反應(yīng)5 h→沉淀1.5 h→瞬時(shí)出水。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2 Cd(II)對(duì)總磷的影響

2.2.1 Cd(II)對(duì)總磷去除的影響總磷濃度隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)圖2。

圖2 總磷濃度隨時(shí)間變化

由圖2 可見(jiàn)，0～120 min 時(shí)總磷呈上升趨勢(shì)；而120～420 min時(shí)，總磷呈下降趨勢(shì)，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(shí)，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(shí)，厭氧釋磷量、吸磷量明顯變小，出水總磷濃度相比對(duì)照組有所升高，且Cd(II)濃度為20、30、40、50、60 mg/L 時(shí)，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(duì)厭氧段比總磷釋放率的影響厭氧段Cd(II)對(duì)比總磷釋放率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 厭氧段Cd(II)對(duì)比總磷釋放率的影響

由圖3可見(jiàn)，厭氧段比總磷釋放速率總體趨勢(shì)是隨時(shí)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(shuō)明聚磷菌對(duì)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(shí)比總磷釋放速率高于對(duì)照組的，而其它濃度的比總磷釋放速率則明顯要低于對(duì)照組且隨著Cd(II)濃度的升高比總磷釋放速率逐漸減小，說(shuō)明含有微量的Cd(II)對(duì)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(shí)對(duì)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(duì)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(shì)。好氧段在Cd(II)濃度為0～10 mg/L 時(shí)比總磷釋放率高于對(duì)照，其它濃度比總磷釋放率則低于對(duì)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(duì)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(shí)對(duì)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(duì)COD去除的影響

不同Cd(II)濃度下COD 變化趨勢(shì)呈隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸減小的十分相似的規(guī)律，說(shuō)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(shí)，COD 濃度明顯高于對(duì)照組和其它實(shí)驗(yàn)組，而Cd(II)濃度低于40 mg/L時(shí)COD 濃度低于對(duì)照組，說(shuō)明Cd(II)濃度在0～40 mg/L 對(duì)COD 的降解呈促進(jìn)作用，而Cd(II)濃度在50 mg/L 以上則會(huì)對(duì)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(huì)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)，COD去除率達(dá)到最大，為90.3%［5］。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)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(shí)序?yàn)檫\(yùn)行周期8.5 h，即瞬時(shí)進(jìn)水→厭氧反應(yīng)2 h→好氧反應(yīng)5 h→沉淀1.5 h→瞬時(shí)出水。在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序下，Cd(II)濃度在10 mg/L 以下時(shí)，對(duì)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(guò)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(shí)，對(duì)SBR 生物除磷系統(tǒng)COD 去除表現(xiàn)出促進(jìn)作用，超過(guò)50 mg/L則表現(xiàn)出抑制作用。