高氨氮、高有機物濃度的廢水含有大量N、P，會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化；污水滲漏造成地下水的污染；產(chǎn)生的氨、硫化物、甲烷等惡臭有害氣體污染大氣且危害人體健康。未經(jīng)處理的畜禽污水是一種典型的高氨氮、高有機濃度的廢水。
國外規(guī)�；i場廢水的處理主要采用厭氧+好氧+生物凈化組合工藝，一般堅持資源化、無害化、減量化的處理原則；國內(nèi)基本遵循固液分離、干糞制肥、廢水處理后排放的原則。由于畜禽養(yǎng)殖屬微利行業(yè)，廢水處理基本得不到保證。筆者采用ABR（厭氧折流板反應(yīng)器）與改良SBR（序批式反應(yīng)器）的厭氧-好氧組合工藝對人工模擬污水進(jìn)行處理，形成一體化處理設(shè)備并獲得國家實用新型專利（專利號ZL200420029270．7）。在寧河原種豬場進(jìn)行現(xiàn)場小試、中試，效果良好，得到了用戶肯定。該套工藝具有投資省、運行成本低、管理方便等特點，已經(jīng)向全國推廣。
筆者針對改良SBR 單元，優(yōu)化改良SBR 工藝條件，探索了各因素對氨氮去除率的影響規(guī)律。
1 實驗廢水與裝置
1.1 實驗廢水
研究涉及ABR 與改良SBR 兩部分的聯(lián)用系統(tǒng)，考慮到實際廢水水質(zhì)的波動性和最優(yōu)條件選擇的可控性，采用模擬廢水進(jìn)行研究。模擬廢水按營養(yǎng)比COD∶N ∶P =100 ∶5 ∶1 配制，配料為葡萄糖、NH4HCO3、K2HPO4、MgCl2、MnSO4、CuSO4、CoCl2、 FeSO4 等〔1〕。
實驗中ABR 系統(tǒng)和改良SBR 系統(tǒng)的啟動均采用同步接種馴化方法，ABR 系統(tǒng)啟動廢水COD 從 1 000～10 000 mg/L 逐步增加，以進(jìn)水COD 為10 000 mg/L 時去除率達(dá)72.0%為ABR 啟動完成的標(biāo)志。
ABR 系統(tǒng)和改良SBR 系統(tǒng)的進(jìn)、出水主要指標(biāo)如表 1 所示。
表 1 中，由于ABR 厭氧系統(tǒng)中污泥的引入，導(dǎo)致 ABR 出水NH3-N 高于原水。根據(jù)改良SBR 系統(tǒng)進(jìn)水要求和ABR 出水實際狀況，將ABR 出水經(jīng)適當(dāng)稀釋后作為SBR 進(jìn)水，以滿足脫氮時C/N=3～5 的要求。
1.2 裝置
ABR 反應(yīng)器L=600 mm，B=100 mm，H=600 mm，有效容積30 L。改良SBR 反應(yīng)器L=500 mm，B= 100 mm，H=500 mm，有效容積20 L。裝置見圖 1。
圖 1 實驗裝置
改良SBR 連續(xù)進(jìn)水、間歇出水操作，處理量為 2~3 L/h。前端沿池長，距池壁70 mm 及100 mm 兩處分別設(shè)擋板分隔形成生物選擇區(qū)（對于ICEAS 則稱為預(yù)反應(yīng)區(qū)），不曝氣，可形成兼氧條件；第二個擋板距池底有20 mm 空隙，來自預(yù)反應(yīng)區(qū)的污水從擋板下面的孔或縫隙以0.03～0.05 m/min 低速流至主反應(yīng)區(qū)，而所經(jīng)的區(qū)域為缺氧區(qū)。該單元結(jié)合ICEAS、 CASS 及IDEA 三種工藝形式，具有如ICEAS 那樣較長的停留時間，又具有CASS 缺氧厭氧的生物選擇區(qū)，還如ICEAS 和IDEA 采用連續(xù)進(jìn)水方式〔2〕，使該工藝具有占地面積小、運行維護簡便、處理效果好（特別是脫氮除磷效果）、自動化操作、可靠度高等特點〔3〕。
2 實驗部分
2.1 分析方法
COD 采用重鉻酸鉀法測定；NH3-N 采用納氏比色法測定；DO 采用膜電極法JPB-607 測定；MLSS 采用重量法測定；pH 采用玻璃電極法測定；SS 采用重量法測定。
2.2 改良SBR 啟動
取天津市紀(jì)莊子污水處理廠硝化池回流污泥馴化后接種，常溫下按表 1 配制模擬廢水（COD 約1 000 mg/L）引入反應(yīng)器，溶解氧控制在0.2 mg/L，pH 為 6.0～9.0，曝氣175 min，沉淀60 min，排水5 min 進(jìn)行操作。每天保證3 個周期，2 d 后COD 去除率達(dá)到 87.6%，啟動結(jié)束。
2.3 實驗方法
系統(tǒng)類似于CAST 是變?nèi)莘e運行，連續(xù)操作。每個循環(huán)周期為4 h，分別由曝氣、沉淀、出水組成。通常要求5～10 min 內(nèi)排水完畢，若沉淀時間太長，由于連續(xù)進(jìn)水，會導(dǎo)致出水惡化。試驗將沉淀時間固定為5 min，沉淀時間與曝氣時間共235 min。
對沉淀時間、停留時間、回流比、進(jìn)水基質(zhì)濃度等各因素進(jìn)行單因素實驗，獲得各因素的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，采用正交設(shè)計表L9（34），以NH3-N 去除率作為考察指標(biāo)，通過極差法獲得重要性影響順序與最優(yōu)參數(shù)。
3 結(jié)果與討論
3.1 沉淀時間對氨氮去除率的影響
隨著曝氣時間的延長，出水NH3-N 下降。曝氣時間太短，會使充水比太小而導(dǎo)致SVI 變大，泥水分離效果變差〔4〕。根據(jù)同步硝化反硝化理論，保持好氧、缺氧條件同時存在，即DO 保持在0.5～1.5 mg/L 即可〔5, 6〕。研究發(fā)現(xiàn)，沉淀時間＞20 min 時，氨氮去除率明顯提高。但沉淀時間＞60 min，增大了水力停留時間，從而增大反應(yīng)器的容積，使大量未經(jīng)處理的污水進(jìn)入反應(yīng)器與上一周期的反應(yīng)出水混合，降低了處理效果，如圖 2 所示。研究結(jié)果表明沉淀時間為 30~60 min 時，處理效果較好。
圖 2 沉淀時間對氨氮去除率的影響
3.2 回流比對氨氮去除率的影響
按連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水方式操作，改良SBR 前端設(shè)置生物選擇區(qū)或稱作預(yù)反應(yīng)區(qū)。將出水回流至預(yù)反應(yīng)區(qū)，可以調(diào)節(jié)進(jìn)水，提高系統(tǒng)抗沖擊性，同時可在預(yù)反應(yīng)區(qū)形成脫氮條件，延長硝化污泥的泥齡，利于脫氮過程的進(jìn)行。根據(jù)反硝化經(jīng)驗，硝化液內(nèi)回流比＞200%〔5〕。如圖 3 所示，回流比為300%時氨氮去除率最高。
圖 3 回流比對氨氮去除率的影響
3.3 進(jìn)水COD 對氨氮去除率的影響
硝化菌是自養(yǎng)型細(xì)菌，對環(huán)境變化非常敏感，有機底物并不是它的生長限制因素〔7〕。進(jìn)水COD 為 1 000 mg/L 時，BOD 污泥負(fù)荷（Ns）為0.8 kg/（kg·d），超過了一般活性污泥法所要求的經(jīng)驗值〔0.3~0.5 kg/（kg·d）〕〔8〕，影響了氨氮的去除效果。由圖 4 可以看出，隨著COD 的增大，氨氮去除率單調(diào)下降。COD 為700 mg/L 時去除率最高，實際中系統(tǒng)COD 盡量控制在700~1 000 mg/L。
圖 4 進(jìn)水COD 對氨氮去除率的影響
3.4 水力停留時間對氨氮去除率的影響
據(jù)HRT=V/Q 知，進(jìn)水流量的變化影響HRT 的變化，而HRT 的變化又影響Ns，Ns 太大，出水水質(zhì)差，Ns 太小，處理效率低〔9〕。本課題要求處理量為2~ 3 L/h，為了取得較高的脫氮率，硝化反應(yīng)歷時一般不低于6 h。HRT=10 h 時處理效果存在一個轉(zhuǎn)折點。 HRT=8 h 時，氨氮去除率為55%，HRT=5 h、12 h 時，氨氮去除率低于49%。鑒于1 d 24 h 內(nèi)可安排3 個周期，HRT 取8 h。
圖 5 水力停留時間對氨氮去除率的影響
3.5 正交試驗優(yōu)化
正交試驗中沉淀時間、水力停留時間均選擇轉(zhuǎn)折點前后，考察轉(zhuǎn)折點處的交互影響。回流比選擇200%和500%與沒有回流進(jìn)行對比，污泥泵相應(yīng)的流量是5 L/h 和12.5 L/h�；亓鞅葹�200%，NH3-N 去除率從沒有回流前的30%增至74%，可見內(nèi)回流對于改良SBR 是絕對必要的。進(jìn)水COD 也是影響硝化效果的重要因素，考慮系統(tǒng)整體屬于高速反應(yīng)器，前端ABR 要求改良SBR 具備較大的處理能力，故采用800、1 000、1 200 mg/L。正交試驗方案設(shè)計及結(jié)果分別如表 2、表 3 所示。
由表3 可見，回流比對氨氮去除率影響最大，其次是進(jìn)水COD，最小的是沉淀時間。同時發(fā)現(xiàn)與單因素研究一致的規(guī)律是，最佳點出現(xiàn)在進(jìn)水COD 最小時：800 mg/L。最佳條件下的處理效果為74.02%，相應(yīng)條件為回流比200% ，循環(huán)周期組成曝氣 175 min，沉淀時間60 min，排水時間5 min，HRT= 8 h，進(jìn)水COD 為800 mg/L，出水NH3-N 為24.86 mg/L，可達(dá)到GB 8978—1996 中二級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4 結(jié)論
（1）采用改良SBR 工藝處理模擬高氨氮有機廢水，處理效果好（特別是脫氮除磷效果）。
（2）通過正交試驗獲得各影響因素的重要度排序：回流比＞進(jìn)水COD＞停留時間＞沉淀時間。
（3）最佳工藝條件：回流比200%，曝氣175 min，沉淀時間為60 min，排水時間5 min，HRT=8 h，進(jìn)水 COD 為800 mg/L。此時NH3-N 去除率為74.02%，出水NH3-N 為24.86 mg/L，達(dá)到GB 8978—1996 中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
