[摘要] 對SBR法處理高濃度生活污水的可行性進行了研究。結(jié)果表明，該工藝在懸浮性固體(MLSS)含量為3 g／L，COD容積負荷為1.0 kg／(kg·d)，好氧4 h，溶解氧(DO)3～5 mg／L；厭氧2 h，DO< 0.2 mg／L；好氧1h，DO 3 mg／L；缺氧1 h，DO<0.5 mg／L以及試驗溫度22~28℃ ，周期為9 h的運行條件下，對COD、NH 4 N、TP去除率分別為97.5% ，94.9% ，97.1% ；該工藝有利于反硝化除磷過程的同步實現(xiàn)，其適宜的污泥齡為20 d。
[關鍵詞] 序批式活性污泥法；高濃度生活污水；污水處理；脫氮；除磷
高濃度生活污水中含有大量的碳、氮、磷等營養(yǎng)性有機污染物。直接排放或處理不當將會造成嚴重污染，同時又造成巨大浪費。如何高效處理高濃度生活污水，使其污染降低，甚至使其回用于生活與生產(chǎn)之中是一個關鍵性的研究課題。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor，SBR)以其工藝簡單，高效耐沖擊，特別是其良好的脫氮除磷效果越來越引起人們的重視[1-6]。傳統(tǒng)的SBR脫氮除磷工藝是利用厭氧／好氧交替運行模式實現(xiàn)的，但是通常情況下污水中有機質(zhì)(Chemical oxygen demand，COD)常常成為該生物反應過程的限制性因素[7]。這是由于在厭氧價段反硝化菌消耗大量有機質(zhì)，從而抑制聚磷菌對磷的釋放，進而減弱了好氧階段聚磷菌的過量攝磷，導致除磷效果較差。近年來有研究表明[8-10]，反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate Ac—cumulating 0rganisms，DNPA0S)能在缺氧環(huán)境下，以NO。一N作為電子受體來實現(xiàn)同步反硝化和過量吸磷作用。這不僅節(jié)省了傳統(tǒng)工藝中反硝化所需的碳源，避免了反硝化菌和聚磷菌之間的競爭，而且也節(jié)省了好氧吸磷過程中的耗氧量。目前，有關利用反硝化脫磷生物過程SBR工藝對高濃度生活污水處理的研究尚未見報道，本試驗采用強化反硝化脫磷過程的SBR法處理高濃度生活污水，對該過程的最佳工藝條件及最佳污泥齡進行了研究，以期為尋求高濃度生活污水處理的有效途徑提供參考依據(jù)。
1 試驗裝置與方法
1.1 試驗裝置
SBR工藝是利用KL一1型單階完全混合曝氣設備，并采用時序控制來完成的。
SBR反應器由空氣擴散器、機械攪拌器、進出水管等組成。采用pH計和溶氧儀監(jiān)控運行過程中的相關參數(shù)，曝氣桶的有效容積為2O L，采用鼓風曝氣。曝氣和沉淀工序為自動控制，而進水和出水手動控制(圖1)。
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1.2 試驗方法
1.2.1 高濃度生活污水的配制
為模擬高濃度生活污水水質(zhì)，本試驗采用每日現(xiàn)配的新鮮水樣，其水質(zhì)成分見表1。
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1.2.2 污泥的馴化
以西安市污水處理廠二沉池的污泥作為接種污泥。為使污泥適應COD含量為1 000 1 300 mg／L的自配高濃度生活污水水質(zhì)，在培養(yǎng)前期用自來水將其稀釋至COD為600 mg／L左右，溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)為3～5 mg／L，pH 6～8，全天曝氣，接種2 d后沉淀，排出上清液換水。再曝氣48 h后換水1次，在這期間根據(jù)污泥沉降性能、出水COD及鏡檢結(jié)果不斷提高COD負荷，20 d后COD去除率達到80 以上，且待其穩(wěn)定后馴化結(jié)束。
1.2.3 試驗運行條件與方式
在試驗前，選擇活性污泥COD負荷、曝氣時間和厭氧時間3個主要影響因素及其不同水平進行正交試驗，經(jīng)過分析比較選擇污泥COD負荷為1.0 kg／(kg·d)，曝氣時間為5 h，厭氧時間為2 h。試驗運行的懸浮性固體(Mix—ture Liquid Suspended Solids，MLSS)含量為3 g／L，溫度為22～28℃ 。試驗期間利用NaHCO3調(diào)pH為6～8。
每個運行周期包括4個階段，具體運行方式為：好氧4 h，D0 3～ 5 mg／L；厭氧2 h，DO< 0.2mg／L；好氧1 h DO 3 mg／L；缺氧1 h，DO<0.5mg／L；沉淀0.5 h，出水10 min，閑置20 min后進入下一個運行周期。
1.2.4 污泥齡對出水水質(zhì)的影響
為了掌握污泥齡(Sludge Retention Time，SRT)對出水水質(zhì)的影響，在1.2.3設定的運行條件和運行方式下待出水COD達80 以上，出水水質(zhì)穩(wěn)定后，通過控制污泥排放量改變污泥齡，設置污泥齡分別為5，10，15，20，25，30，35，40 d，均經(jīng)過3個污泥齡周期的馴化，出水水質(zhì)穩(wěn)定后，測定出水COD、NH4+ -N和總磷(TP)含量。
1.2.5 具反硝化除磷過程
SBR工藝處理高濃度生活污水試驗原水COD為1201.67 mg／L，NH4+ -N含量為22.34 mg／L ，TP含量為9.16 mg／L，將高濃度生活污水在1.2.3確定的運行條件和運行方式下連續(xù)運行，待出水水質(zhì)穩(wěn)定后，從運行周期開始，每隔15 min采取水樣，測定出水COD、NH4+ -N、NO3 -一N 和TP含量。
1.3 測定項目與方法
采用國家水質(zhì)標準[11]中規(guī)定的方法測定出水的COD、NH4+ -N、NO3 - 一N和TP含量及MLSS，DO 和pH。
2 結(jié)果與分析
2.1 污泥齡對出水水質(zhì)的影響
典型運行周期中污泥齡對出水COD、NH4+ -N和TP含量的影響如圖2和圖3所示。
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由圖2和圖3可知，隨著污泥齡的增加，出水COD、TP、NH4+ -N含量均呈先降低后升高的趨勢。當污泥齡為5～20 d時，出水COD 由43.44 mg／L降為28.99 mg／L，COD 去除率達97.6 ；出水NH4+ -N含量則由4.09 mg／L降為0.83 mg／L，NH4+ -N去除率達到96.3%，說明隨著污泥的齡增加，污泥負荷增大，沉降性能和出水水質(zhì)得到改善和提高，同時硝化程度加強；當污泥齡為20～40 d時，出水COD和NH4+ -N含量均隨著污泥齡的增加而增加。這可能是由于污泥在反應器中長期滯留，造成部分污泥腐化上浮所致。當污泥齡為5～15 d時，出水TP含量由3.01 mg／L降為0.11 mg／L，TP去除率達99%；當污泥齡為15～40 d時，出水TP含量隨著污泥齡的增加而增加。由此可知，與去除COD和NH4+ -N所需的最佳污泥齡相比，適合除磷所需的最佳污泥齡較短一些。縮短污泥齡可以排放較多的污泥，從而去除較多的磷[12]，但污泥齡太短，又會將反硝化硫細菌從反應器中排走，導致除磷率下降 ]。本試驗結(jié)果表明，除磷的最佳污泥齡為15 d，此時出水TP含量僅為0.1l mg／L，當污泥齡為20 d時，TP含量為0.26 mg／L，但此時出水COD和NH4+ -N含量均最低，為同時兼顧除磷和脫氮的需求，污泥齡以20d為宜。
2.2 SBR工藝凈水過程出水水質(zhì)分析
對SBR工藝一個典型運行周期內(nèi)的出水水質(zhì)作全程檢測，分析其凈水過程。一個典型運行周期出水COD、NH4+ -N、NO3- 一N 和TP含量的變化見圖4。
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2.2.1 好氧階段I(O～4 h)
由圖4可知，高濃度污水剛進入SBR反應時， 攪拌、混合稀釋和活性污泥吸附的共同作用下，原水相比，入水的COD、NH4+ -N、TP含量均明顯卜降，分別為300.7，18.95，8.33 mg／L。在好氧階段I的曝氣過程中，COD含量一直下降，至好氧階段I結(jié)束時，COD含量為94.91 mg／L，COD去除率達92.1 9／6。此階段由于有機物含量較高，自養(yǎng)型的硝化菌不占優(yōu)勢，NH4+ -N含量降低了2.08 mg／L，NO3- 一N含量則上升了2.06 mg／L，忽略氮源用于硝化菌合成生長的影響，表明少量的NH -N轉(zhuǎn)化為N03- —N。在好氧階段工中TP含量基本保持穩(wěn)定。
2.2.2 厭氧階段I(4～6 h)
由圖4可知，在厭氧階段I(4～6 h)中，C0D 含量繼續(xù)呈下降趨勢；NH4+ -N和N03- 一N含量變化較小，表明NH N向NO。一N 的轉(zhuǎn)化作用很微弱；TP 含量由8.3 mg／L上升為10.34 mg／L，TP去除率降低了。說明在厭氧條件下，在不存在大量NO3- 一N反硝化競爭的情況下，聚磷菌水解體內(nèi)多聚磷酸鹽產(chǎn)生能量，充分利用基質(zhì)合成聚一8一羥基丁酸鹽(PHB)，實現(xiàn)過量釋磷。
2.2.3好氧階段11(6～7 h)
由圖4可知，在好氧階段11(6～7 h)中，主要完成的是硝化作用。由于好氧階段I和厭氧階段I中對COD的降解和利用，使C0D 含量逐漸降低，故到此階段C0D不再是硝化菌繁殖的抑制因素，NO3- 一N 含量上升了13.5 mg／L，而含量下降了15.44 mg／L，二者含量的變化幾乎相當。
2.2.4 缺氧階段11(7～9 h)
圖4表明，在缺氧階段11(7～9 h)中，TP含量隨N03- 一N含量的下降而急劇降低，說明在缺氧條件下反硝化除磷菌可能以NO。一N為電子受體，使反硝化和除磷過程同步進行[13]。對該階段中的TP含量和NO3-一N 含量進行相關性分析，結(jié)果見圖5。
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圖5表明，TP含量與NO3- 一N 含量呈極顯著性線性相關，相關系數(shù)高達97.9 9／6，證實了反硝化脫氮和除磷過程同時發(fā)生。這不僅避免了由于碳源不足對除磷過程的抑制作用，同時也減少了好氧攝磷過程所需的耗氧量。
2.3 SBR法處理高濃度生活污水的效果
當MLSS含量為3 g／L，COD容積負荷為1.0(kg／kg·d)， 運行方式為：好氧4 h，DO 3～ 5mg／L；厭氧2 h，DO<0.2 mg／L；好氧1 h，DO 3mg／L；缺氧1 h，DO<0.5 mg／L以及試驗溫度22～28℃ ，運行周期9 h，污泥齡為20 d，其典型周期出水水質(zhì)見表2。
表2表明，該工藝處理高濃度生活污水的效率極高，出水水質(zhì)達到并且超過國家污水綜合排放一級標準(CoD含量為60 mg／L，NH4+ -N含量為15 mg／L，TP含量為0.5 mg／I [11]，不僅COD去除率高，而且脫氮除磷效果較好。
3 結(jié)論
(1)SBR法處理高濃度生活污水效果顯著。原水(COD、NH4+ -N、TP含量分別為1 201.67，22.34，9.16 mg／L)經(jīng)SBR法處理后，出水的C0D、NH4+ -N和TP含量分別為29.89，1.15和0.26 mg／L，其去除率分別為97.5 ，94.9 和97.1 ，超過了國家污水綜合排放一級標準。
(2)缺氧條件下TP含量和NO3- 一N含量的相關系數(shù)高達97.9 ，說明該SBR工藝有利于反硝化菌在缺氧條件下，以NO3- 一N作為電子受體使除磷過程得以實現(xiàn)。與薛英文等口 的研究結(jié)果相比，該工藝條件下的脫氮去磷效果較優(yōu)。
(3)利用此工藝在COD負荷1.0 kg／(kg·d)，MLSS含量為3 g／L，試驗溫度為22～28℃ 的運行條件下，除磷脫氮所需污泥齡以20 d為宜。
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