SBR工藝運行方式對脫氮規(guī)律的影響

馬博雅，姜宇妮，趙瑞澤，李金英＊，楊春維，2

（1.吉林師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 四平 136000；2.吉林師范大學(xué) 吉林省高校環(huán)境材料與污染控制重點實驗室，吉林 四平 136000；3.吉林師范大學(xué) 物理學(xué)院，吉林 四平 136000）

隨著我國水環(huán)境保護力度的加大，污水中氮的脫除成為目前污水處理廠改造的重點[1-3]。氮元素在常規(guī)污水處理工藝中的轉(zhuǎn)化路徑目前已經(jīng)基本明晰[4]，即在好氧條件下，污水中的有機氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮（N-NH3），然后通過硝化反應(yīng)，N-NH3轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮（N-NO2-）和硝態(tài)氮（N-NO3-）[5]，最后在缺氧狀態(tài)下，反硝化菌將NO3-和NO2-還原為氮氣[6]。而在眾多污水處理工藝中，序批式活性污泥工藝（SBR）具有流程簡單、運行方式靈活、費用低、效果好、耐沖擊負荷強等特點，因此得到了廣泛應(yīng)用[7-9]。但是，該技術(shù)工序組成與脫氮效果的規(guī)律仍有待進一步檢驗。本研究以吉林省某市城市污水為研究對象，探討了SBR工藝工序?qū)ξ鬯邪钡?、硝態(tài)氮和總氮的變化趨勢影響，得到了最佳脫氮工序組合方式，為SBR工藝的運行提供了一定的經(jīng)驗和借鑒。

1 實驗部分

1.1 藥品及儀器

葡萄糖、蛋白胨、KNO3、NH3Cl、KH2PO4、H2SO4、KI、NaOH，以上藥品均為分析純。分析天平，F(xiàn)A2004A，上海天平儀器廠；紫外可見分光光度計，TU-1810，上海光譜儀器有限公司；多功能水參數(shù)測定儀，HI839800，美國哈納儀器有限公司；電熱干燥箱，202-1，江蘇省東白縣電器廠；溶解氧測定儀，HI9146，美國哈納儀器有限公司；顯微鏡，XS-18，上海儀圓光學(xué)儀器廠。實驗采用上海同廣科教儀器有限公司TG-277 型SBR 式污水處理實驗裝置進行污泥培養(yǎng)和實驗研究，SBR 反應(yīng)池尺寸為58 cm×32 cm×32 cm，有效容積為45.24 L，采用電腦控制各反應(yīng)工序進行。

1.2 測試方法

廢水化學(xué)需氧量（COD）、N-NH3、總氮用多功能水參數(shù)測定儀確定，溶解氧（DO）采用溶解氧測定儀確定，污泥半小時沉降比（SV）、污泥質(zhì)量濃度（MLSS）、污泥體積指數(shù)（SVI）值采用常規(guī)標準方法確定[10]。

1.3 污泥培養(yǎng)

采用吉林省某市污水處理廠剩余污泥作為接種污泥，反應(yīng)器放入某市實際市政污水，開始持續(xù)曝氣培養(yǎng)活性污泥。接種曝氣兩周后，每天設(shè)3 個周期，每個周期的為8 h，即進水同時攪拌0.5 h，曝氣運行6 h，沉淀0.5 h，排水0.5 h，排水后靜置0.5 h，完成一個反應(yīng)周期。在培養(yǎng)過程中測試污水進出水COD、曝氣池DO、污泥SV、MLSS、SVI、N-NH3、N-NO3-等參數(shù)，同時顯微鏡觀察生物相。培養(yǎng)25 d 后，污泥質(zhì)量濃度可達3.0 g·L-1左右，SV為16%，每天排出8 g 污泥，SVI 值為50 左右，顯微鏡鏡檢結(jié)果如圖1所示?？梢?，經(jīng)過10 d 的培養(yǎng)，活性污泥已經(jīng)基本成熟，可以進行下一步實驗研究。

圖1 活性污泥培養(yǎng)馴化過程鏡檢圖（放大160 倍）

1.4 研究方法

實驗具體考察了3 種不同工序?qū)U水中氮元素轉(zhuǎn)化規(guī)律的影響，具體工序安排如表1所示。

表1 研究中3 種SBR 工序?qū)Ρ?/p>

2 結(jié)果與討論

經(jīng)過為期25 d 的污泥培養(yǎng)和27 d 的實驗研究，本研究SBR工藝的COD、總氮去除規(guī)律結(jié)果如圖2所示。由圖2 可知，雖然3 種工序均具有較好的脫氮效果，但是相比之下，工序2 具有較為穩(wěn)定的COD去除效果和總氮脫除效率，當(dāng)進水總氮由7.63 mg·L-1增至76.45 mg·L-1時，其總氮去除率可以維持在95%左右，出水總氮低于1.5 mg·L-1。因為工序2 設(shè)定進5 h 的強化曝氣反應(yīng)時間，因此其氨氮去除也較為穩(wěn)定，其結(jié)果如圖3所示。

圖2 不同SBR 工序條件下COD 及總氮去除規(guī)律

當(dāng)進水氨氮在10～70 mg·L-1范圍內(nèi)波動時，其出水氨氮為維持在1.0 mg·L-1以下，去除率高于95%。而且與其他兩種工序相比，具有較好的抗沖擊負荷的能力。硝態(tài)氮變化規(guī)律如圖4所示，其結(jié)果表明，工序2 中兩段缺氧反硝化過程其反硝化能力較強，其脫氮效果受進水硝態(tài)氮影響不大。

圖3 不同SBR 工序條件下氨氮去除規(guī)律

圖4 不同SBR 工序中N-NO3-去除規(guī)律

圖5 不同SBR 工序運行中污泥的特性變化規(guī)律

3 結(jié)論

SBR工藝在處理城市生活污水具有較好的脫氮特性，且不同運行工序?qū)ζ涿摰Ч头€(wěn)定性有一定的影響。本研究結(jié)果指出，選擇二段脫氮強化工序，即：進水（水下機械攪拌）0.5 h-曝氣5 h-水下機械攪拌1 h-沉淀0.5 h-排水0.5 h-閑置0.5 h 的工序，對水中氨氮及總氮的去除均有促進效果，當(dāng)進水總氮在7.63～76.45 mg·L-1范圍內(nèi)時，該工序SBR工藝可以實現(xiàn)總氮95%以上的去除率，其出水總氮可維持在1.5 mg·L-1以下。該工序具有較好的抗總氮負荷沖擊的能力，適合在實際含氮污水處理中應(yīng)用與推廣。