張可方，張朝升，方茜，伍小軍，周莉萍，譚小萍
(廣州大學(xué)<廣園校區(qū)>環(huán)境工程系，廣東廣州510405)

　　摘要：采用SBR工藝對(duì)廣州的城市污水進(jìn)行了生物脫氮除磷試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：在碳、氮、磷比例不理想的情況下，達(dá)到了既去除有機(jī)物又能脫氮除磷的效果。當(dāng)總停留時(shí)間控制在4.5～5.5h、污泥負(fù)荷為0.14～0.26kgBOD₅/(kgMLSS·d)時(shí)，出水BOD5濃度為5.12～13.62mg/L，去除率達(dá)85%～93%；出水COD濃度為10.7～32.2 mg/L，去除率達(dá)82%～88%；出水NH3-N濃度為2.83～9.23 mg/L，去除率達(dá)53%～87%；出水TP濃度為0.1～0.45 mg/L，去除率達(dá)85%～99%。
　　關(guān)鍵詞：城市污水；SBR；脫氮除磷
　　中圖分類號(hào)：X703.1
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)11-0017-04

Efficiency of SBR Process in Removal of Nitrogen and Phosphorus from MunicipalWastewater

ZHANG Ke-fang,ZHANG Chao-sheng,FANG Qian,WU Xiao-jun,ZHOU Li-ping,TAN Xiao-ping
(Department of Environmental Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510405,China)

　　Abstract：Study was made on the use of SBR process for biological removal of nitrogen and phosphorus from municipal wastewater in Guangzhou city.The result showed that atundesirable proportion of C∶N∶P,removal of both organic matters and N-P can be achieved.When total HRT is controlled at 4.5～5.5 h and sludge load is 0.14～0.26 kgBOD5/(kgMLSS·d),the removal rate of BOD5,COD,NH3-N,and TP is respectively 85%～93%,82%～88%,53%～87% and 85%～99% as their effluent　concentration is successively in the range of 5.12～13.62mg/L,10.7～32.2mg/L,2.83～9.23mg/L,and 0.1～0.45mg/L.
　　Keywords:municipal wastewater;SBR;removal of nitrogen and phosphorus

　　在SBR法處理城市污水的實(shí)際運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時(shí)除磷效果差、除磷效果好時(shí)脫氮效果不佳的情況，而若要同時(shí)滿足高效脫氮除磷的要求，就需要控制影響工藝有效運(yùn)行、相互制約的各種因素，而其中最主要的制約因素就是污泥齡。如果在SBR處理工藝中能選擇一個(gè)最佳泥齡，同時(shí)控制好其他環(huán)境因素，使各制約因素得到統(tǒng)一，則脫氮除磷就會(huì)取得較好的效果。

1　試驗(yàn)內(nèi)容與方法

　　SBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，總?cè)莘e為47.4L，有效容積為42.8L。采用穿孔管布?xì)?、空壓機(jī)曝氣，其流程見圖1。

　　前期試驗(yàn)使用配水，后期則取廣州市某河涌的城市污水。反應(yīng)器中的污泥取自大坦沙污水廠，然后進(jìn)行培養(yǎng)馴化。城市污水水質(zhì)見表1，試驗(yàn)運(yùn)行方式及參數(shù)分別見表2、3。

表1　河涌污水水質(zhì)　　　　　mg/L COD 86～166.7 BOD₅ 44.7～85.0 TN 19.8～26.5 TP 1.6～7.1 NH₃^-N 17.8～25.0 NO₃^-N 0.06 NO₂^-N 未檢出 SS 38.5～126.0

表2　　試驗(yàn)運(yùn)行方式 運(yùn)行方式 反應(yīng)過程 停留時(shí)間(h) 進(jìn)水(厭氧) 反硝化、釋放磷 1.0 曝氣(好氧) 降解有機(jī)物、硝化、吸收磷 2.0～3.0 沉淀 懸浮物及污泥沉淀 1.0 排水 處理后的水排放 0.5

表3　　試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù) 反應(yīng)器有效容積(L) 42.8 進(jìn)水量(L/周期) 31.7 污泥負(fù)荷［kgBOD₅/(kgMLSS·d)］ 0.14～0.26 停留時(shí)間(h/周期) 4.5～5.5 MLSS(mg/L) 1720～2010

　　共進(jìn)行了5種工況的運(yùn)行試驗(yàn)，表3是最佳工況、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的參數(shù)。水質(zhì)分析方法均采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法。

2　結(jié)果與討論

2.1SBR工藝的處理效果
　　SBR工藝的處理效果見表4，其出水的COD、BOD₅、TP、NH₃-N濃度都達(dá)到了國家及廣州市的排放標(biāo)準(zhǔn)(COD=60 g/L、BOD5=20mg/L、TP=0.5mg/L、NH₃-N=10mg/L)。SBR工藝對(duì)廣州市城市污水的處理效果很好，特別是磷的處理效果更為突出。進(jìn)水磷濃度為1.6～7.1mg/L時(shí)，出水磷濃度在0.1～0.45mg/L之間，去除率為85%～99%。

表4　SBR工藝的處理效果 項(xiàng)目 進(jìn)水濃度(mg/L) 出水濃度(mg/L) 去除率(%) COD 86.0～250.0 10.7～32.2 82～88 BOD₅ 44.7～127.6 5.2～13.6 85～93 TN1 9.7～26.5 13.5～15.2 33～39 NH₃-N 15.0～25.4 2.83～9.23 53～87 TP 1.6～7.1 0.1～0.45 85～99 注：此系最佳工況運(yùn)行期間的進(jìn)、出水水質(zhì)。

2.2氮的去除及轉(zhuǎn)化
　　圖2是一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)氮的轉(zhuǎn)化情況。

　

　?、俜聪趸?br> 　　污水進(jìn)入反應(yīng)裝置后，將原有的硝酸鹽濃度稀釋，同時(shí)借助水中的碳源，使剩余混合液中的硝酸鹽發(fā)生反硝化反應(yīng)。在厭氧段的前10 min，反硝化反應(yīng)迅速，該階段利用厭氧發(fā)酵產(chǎn)物作為碳源，其反硝化速率是第二階段(10～30 min)反硝化速率的3倍左右。硝酸鹽在經(jīng)過約50 min的厭氧反硝化后，其濃度＜0.007 mg/L。水中原有的硝酸鹽在缺氧的情況下，則被還原成氣態(tài)N₂后從水中逸出。
　?、赥N的去除
　　在厭氧階段總氮濃度的降低主要是混合稀釋作用和硝態(tài)氮的去除造成的。在隨后進(jìn)行的好氧曝氣段，總氮也得到了一定的去除，主要是其中一部分被同化，被同化的氮(基本是氨氮)和厭氧階段被除掉的氮占總氮的1/3左右。
　　③硝化
　　進(jìn)水NH₃-N在經(jīng)過硝化反應(yīng)后變成了硝態(tài)氮，硝化反應(yīng)時(shí)間達(dá)到2 h時(shí)，出水基本可以達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)，若在最佳工況運(yùn)行則出水氨氮可在2.83～9.23 mg/L之間。
2.3磷的厭氧釋放及好氧吸收
　?、賂P的去除
　　SBR反應(yīng)器對(duì)TP的去除效果如圖3所示。

　　由圖3可見，進(jìn)水磷的濃度為1.6～7.1 mg/L時(shí)，出水磷濃度在0.1～0.45 mg/L之間，去除率為85%～99%，達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)。
　?、诹椎膮捬踽尫藕瓦M(jìn)、出水磷濃度的關(guān)系
　　通過試驗(yàn)觀察到，SBR反應(yīng)器中經(jīng)過厭氧狀態(tài)釋放了正磷酸鹽的活性污泥，在好氧狀況下具有很強(qiáng)的磷吸收能力，也就是說磷的厭氧釋放是磷好氧吸收和除磷的前提條件。
　　磷的釋放與進(jìn)、出水磷濃度的關(guān)系見圖4。

　　從圖4可以看出，磷的釋放量越大，出水的磷濃度就越低，處理效果也就越好。
　　當(dāng)進(jìn)水的磷濃度＜2 mg/L時(shí)，如果磷的釋放量≤7 mg/L，則很難使出水磷濃度＜0.5 mg/L；若進(jìn)水磷濃度在2～7 mg/L之間時(shí)，磷的釋放濃度為10～20 mg/L，則出水的磷濃度＜0.3mg/L。
　?、哿椎膮捬踽尫?、好氧吸收與所需時(shí)間的關(guān)系
　　在SBR反應(yīng)系統(tǒng)中，微生物交替進(jìn)行厭氧和好氧運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)生物除磷。在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，進(jìn)水經(jīng)過40 min左右的厭氧處理，磷的釋放濃度即達(dá)到最高。在厭氧處理的40～60 min之時(shí)間段內(nèi)，磷的釋放濃度基本上沒有太大的變化。
　　磷的吸收從曝氣開始，磷的快速吸收則發(fā)生在曝氣開始的30 min之內(nèi)；到90 min后，磷的出水濃度已達(dá)到0.5 mg/L以下(需保持一定的DO濃度)。
　　④DO濃度對(duì)磷吸收的影響
　　在同一裝置中要求同時(shí)進(jìn)行除磷脫氮，其中DO濃度對(duì)生物除磷的影響尚無專門的報(bào)道。從生物除磷機(jī)理可知，DO濃度可能會(huì)影響好氧區(qū)的磷吸收速率，但只要有足夠的好氧時(shí)間就不會(huì)影響磷的去除。從試驗(yàn)結(jié)果看，在不同的DO濃度下，磷的降解速率有所不 同，但只要有足夠的好氧時(shí)間，磷的去除總量不變。
　?、菸勰帻g對(duì)除磷的影響
　　污泥齡越長，單位BOD去除的磷量就會(huì)越少，為達(dá)到最高的除磷率，污泥齡應(yīng)越短越好。但廣東地區(qū)城市污水中有機(jī)物濃度較低，反應(yīng)裝置中的異養(yǎng)菌比例也較低，為了有足夠數(shù)量的硝化菌以保證脫氮效果，一般泥齡＞15 d。如果泥齡＜15 d，硝化將很難進(jìn)行。本試驗(yàn)的污泥齡控制在17～21 d范圍內(nèi)，基本都可以達(dá)到較好的除磷效果。污泥齡是通過污 泥增長速率來計(jì)算的，并以排泥量來控制。
　?、尴跛猁}濃度對(duì)除磷的影響
　　關(guān)于硝酸鹽對(duì)除磷的影響有過很多報(bào)道，主要認(rèn)為：厭氧區(qū)的硝酸鹽還原過程消耗了可供貯磷菌吸收用的基質(zhì)，因此硝酸鹽會(huì)降低進(jìn)水的有效BOD/P值；一般BOD/P＞20時(shí)，硝態(tài)氮才不會(huì)影響磷的厭氧釋放及磷的去除效果。在本試驗(yàn)進(jìn)水中，BOD/P值大部分控制 在15～17左右，盡管BOD/P值較低，但沒有影響磷的厭氧釋放及除磷的效果。原因可能是：a.由于在SBR處理系統(tǒng)中貯磷微生物本身就是反硝化菌［2］，即使有硝態(tài)氮存在，除磷效果也可能不會(huì)受影響；b.水中的溶解性有機(jī)物基本可以滿足反硝化的要求；c.由于在SBR處理系統(tǒng)中，微生物不斷地進(jìn)行厭氧和好氧(ORP＜150 mV)交替運(yùn)行，在此過程中水中殘余的硝酸鹽對(duì)生物除磷影響甚微。

3　結(jié)論

　　①SBR工藝在去除有機(jī)物的同時(shí)可以完成脫氮除磷。試驗(yàn)結(jié)果表明，出水COD濃度為10.7～32.2 mg/L，去除率可達(dá)82%～88%；出水BOD5濃度為5.12～13.62 mg/L，去除率 可達(dá)85%～93%；出水NH3-N濃度為2.83～9.23 mg/L，去除率可達(dá)53%～87%；TP 出水濃度為0.1～0.45 mg/L，去除率可達(dá)85%～99%。
　?、谠赟BR工藝處理廣州城市污水過程中，得出一個(gè)同時(shí)滿足硝化和除磷的最佳污泥齡(17～21 d)。
　　③雖然廣州城市污水的BOD/P＜20，硝態(tài)氮并沒有影響磷的厭氧釋放及除磷效果。
　?、芰椎膮捬踽尫攀橇缀醚跷蘸统椎那疤釛l件。磷的釋放量越大，出水磷的濃度就越低，除磷效果也就越好。
　?、軩O濃度可能會(huì)影響好氧區(qū)的磷吸收速率，但只要有足夠的好氧時(shí)間就不會(huì)影響磷的去除量。

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作者簡介：

　　張可方(1954-)，女，黑龍江哈爾濱人，現(xiàn)任廣州大學(xué)(廣園校區(qū))環(huán)境工程系教師，主要從事污水生物處理方面的研究。
　　電　話：(020)86595939×2381
　　E-mail:gzdxzkf@163.net
　　收稿日期：2001-07-18