A/O/A模式運(yùn)行的SBR處理生活污水研究

張焱

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

近年來(lái)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市化進(jìn)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(zhǎng)，使得城市缺水問(wèn)題日趨嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，水源污染日漸嚴(yán)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(zhǎng)占總河長(zhǎng)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(wèn)題日漸突出[1]，水資源缺乏問(wèn)題的關(guān)鍵在于控制水污染，要解決水污染問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)的提高，我國(guó)上世紀(jì)建設(shè)的一批以SBR為主要處理工藝的污水處理廠很難達(dá)到現(xiàn)行的污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，很大一部分面臨著升級(jí)改造，一部分需要從工藝角度進(jìn)行與其他處理工藝相結(jié)合，還有一部分可以通過(guò)各反應(yīng)階段的優(yōu)化來(lái)達(dá)到處理要求。我國(guó)農(nóng)村小城鎮(zhèn)的發(fā)展面臨著很大的污水排放問(wèn)題，傳統(tǒng)工藝一般都占地面積大，而且處理費(fèi)用相對(duì)較高，調(diào)試不靈活等缺點(diǎn)，SBR以運(yùn)行靈活方便、適應(yīng)性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低，污泥沉降性好[2]，時(shí)間上具有理想推流式反應(yīng)器的特點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，使得SBR在處理小城鎮(zhèn)污水上顯得格外突出。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)用SBR反應(yīng)器由不銹鋼板材料制成，有效體積為1100L，進(jìn)水管、排泥管、放空管均位于反應(yīng)器底部，底部有3個(gè)砂芯曝氣頭，由空壓機(jī)供給空氣，SBR進(jìn)水量由流量計(jì)控制，進(jìn)氣量、攪拌機(jī)由變頻器控制，裝置進(jìn)水、排泥均有電動(dòng)閥門(mén)控制，電動(dòng)閥門(mén)、進(jìn)水泵、排水泵、空壓機(jī)、變頻器的啟閉由SBR裝置PLC電控柜控制。

1.2 試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)

試驗(yàn)期間運(yùn)行方式以A/O/A模式運(yùn)行，HRT為8h，初期采用進(jìn)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(jìn)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(shí)間為16h。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行更改工況為A/O/A模式多點(diǎn)進(jìn)水，其中進(jìn)水6min，攪拌81min，曝氣190min，攪拌+進(jìn)水123min （其中進(jìn)水：3min）沉淀60min，出水20min，系統(tǒng)排泥曝氣結(jié)束后進(jìn)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(shí)間為16h。運(yùn)行一段時(shí)間在調(diào)整為一點(diǎn)進(jìn)水運(yùn)行，SBR的排水比調(diào)整為30%。

1.3 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

表1 試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)

2 結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行進(jìn)出水COD、TN、NH4--N、TP變化如圖1-4所示。

圖1是每隔一段時(shí)間對(duì)進(jìn)出水COD濃度進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果，由圖可以看出，試驗(yàn)期間進(jìn)水COD濃度在130mg/L-720mg/L之間波動(dòng)較大，進(jìn)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(dá)到城鎮(zhèn)污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，出水COD濃度平均值為32.97mg/L，經(jīng)計(jì)算COD平均去除率為89.88%。圖中豎線將數(shù)據(jù)分為三個(gè)區(qū)域第一段為HRT 8h，單點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第二段為HRT 8h，兩點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第三段為HRT 8h，單點(diǎn)進(jìn)水排水比30%，由圖可以看出無(wú)論是排水比的變化還是進(jìn)水方式的改變都對(duì)COD的去除影響不大，出水水質(zhì)平穩(wěn)均達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。該運(yùn)行工況COD去除原理跟單獨(dú)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(gè)A段缺氧反應(yīng)階段，從而一部分有機(jī)物會(huì)在新增加的缺氧段由于反硝化細(xì)菌的反硝化作用得到去除。圖中進(jìn)水COD波動(dòng)較大，出水平穩(wěn)，說(shuō)明在A/O/A狀態(tài)下SBR也具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷的能力。

圖1 A/O/A模式進(jìn)出水COD濃度及去除率

圖2 是A/O/A模式下進(jìn)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(gè)階段第一段為HRT 8h，單點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第二段為HRT 8h，兩點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第三段為HRT 8h，單點(diǎn)進(jìn)水排水比30%，第一階段進(jìn)水TN濃度在20.75mg/L-60.25mg/L之間，平均進(jìn)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(jìn)水TN濃度在44mg/L-49.75mg/L之間，平均進(jìn)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(jìn)水TN濃度在45.5mg/L-48.75mg/L之間，平均進(jìn)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(guò)三個(gè)階段的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)TN去除率第三種運(yùn)行方式>第二種運(yùn)行方式>第一種運(yùn)行方式，分析原因是由于第一種運(yùn)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(méi)有多少被還原成N2，而兩點(diǎn)進(jìn)水方式在缺氧階段使溶解性COD得到補(bǔ)充所以系統(tǒng)內(nèi)硝態(tài)氮被還原成N2排出系統(tǒng)而進(jìn)水總量跟單點(diǎn)進(jìn)水一樣后進(jìn)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(diǎn)進(jìn)水比單點(diǎn)進(jìn)水方式TN去除率高但沒(méi)有高出很多，第三種運(yùn)行方式去除率高于第一種和第二種運(yùn)行方式原因是由于排水比降低進(jìn)水TN總量減少經(jīng)過(guò)稀釋作用TN濃度減少幅度大所以相比于前兩種運(yùn)行模式出水TN濃度低。

圖2 A/O/A模式進(jìn)出水TN濃度及去除率

圖3 A/O/A模式進(jìn)出水NH4--N濃度及去除率

圖3 是A/O/A模式進(jìn)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(gè)階段第一段為單點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第二段為兩點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第三段為單點(diǎn)進(jìn)水排水比30%，第一階段除去一個(gè)特殊點(diǎn)進(jìn)水NH4--N濃度在24mg/L-29mg/L之間，平均進(jìn)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(jìn)水NH4--N濃度在31.5mg/L-45.25mg/L之間，平均進(jìn)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(jìn)水NH4--N濃度在32.25mg/L-38.75mg/L之間，平均進(jìn)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(duì)比三個(gè)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(shí)間下由于第三階段進(jìn)水少于第一階段，所以經(jīng)過(guò)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(guò)程結(jié)束后又有一部分原水進(jìn)入系統(tǒng)，而此時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的NH4--N沒(méi)有經(jīng)過(guò)好氧轉(zhuǎn)化，由于最后第一階段和第二階段進(jìn)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(jìn)出水TP濃度及去除率

圖4 是A/O/A模式進(jìn)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(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第二部分兩點(diǎn)進(jìn)水排水比50%，第三部分單點(diǎn)進(jìn)水排水比30%，第一部分進(jìn)水TP濃度在1.9mg/L-6.6mg/L之間，平均進(jìn)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(jìn)水TP濃度在4.5mg/L-5.6mg/L之間，平均進(jìn)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(jìn)水TP濃度在3.4mg/L-4.5mg/L之間，平均進(jìn)水TP為3.97mg/L，進(jìn)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(kāi)始時(shí)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(yùn)行模式調(diào)整過(guò)來(lái)系統(tǒng)內(nèi)反硝化細(xì)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(xì)菌和聚磷菌之間的競(jìng)爭(zhēng)作用使得磷的釋放受到影響，從而在后期對(duì)磷的過(guò)量吸收產(chǎn)生影響，所以TP的去除率低，隨著反應(yīng)的進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)反硝化細(xì)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(jìn)水初期硝態(tài)氮濃度低，對(duì)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(guò)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(jìn)水是總進(jìn)水量的2/3，進(jìn)水有機(jī)物含量減少，在者由于進(jìn)水體積減少響應(yīng)的硝態(tài)氮濃度會(huì)升高，并且在缺氧階段進(jìn)入1/3的原水，由于碳源不足進(jìn)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(xì)菌的競(jìng)爭(zhēng)使得本來(lái)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(huì)嚴(yán)重影響TP的去除。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于我國(guó)一部分小城鎮(zhèn)及農(nóng)村處理生活污水時(shí)，由于比較分散，不可能完全集中到一起進(jìn)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(gè)反應(yīng)過(guò)程于一體，對(duì)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(yùn)行出水達(dá)到城鎮(zhèn)污水一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，出水COD穩(wěn)定，有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。排水比對(duì)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(duì)TP的去除，所以根據(jù)實(shí)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(dá)到最佳的狀態(tài)。