SBBR處理高氨氮城市污水運行模式探究

倪寶云 李帥 楊云龍 太原理工大學環境科學與工程學院 030024

SBBR處理高氨氮城市污水運行模式探究

倪寶云 李帥 楊云龍 太原理工大學環境科學與工程學院 030024

為了提高高氨氮含量的城市污水脫氮效率，對SBBR工藝處理該類污水運行模式進行了研究，比較三種運行模式,得出好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運行模式脫氮效果最好，可以滿足脫氮要求。

高氨氮；SBBR；運行模式；城市污水

序批式生物膜反應器(Sequencing Batch Biofilm Reactor，SBBR)是在序批式反應器(Sequencing Batch Reactor,SBR)中引入生物膜而開發出來的一種新型復合式生物膜反應器,是目前國內外正在研究、應用的一種污水生物處理新工藝。SBBR兼有活性污泥法和生物膜法的優點，本身是厭氧—好氧交替過程，具有更好的脫氮除磷效果。SBBR工藝簡單，基建、運行費用低，適合于城市污水處理。但是，城市污水存在碳源偏低，導致C、N、P比例失衡，成為高效脫氮除磷的關鍵和難點。

本實驗針對氨氮偏高的城市污水（NH3-N含量50～70mg/L，C/N為3～6左右）研究SBBR工藝處理該類城市污水的運行模式對脫氮效果的影響，以期對今后的工程應用有所指導。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置及材料

實驗裝置：如圖1所示，該實驗裝置為有機玻璃制成，內徑為18.8cm，有效容積13L，其中下部3L為沉淀區。本實驗掛膜采用立體彈性填料，這種填料在實際工程中應用較多，具有一定的代表性。填料的填充比為20%（填料、生物膜之和與反應區體積之比）。

實驗材料：實驗用水取自太原市河西北中部污水處理廠細格柵之前的城市污水;彈性立體填料由河南省鞏義市龍洋凈水材料有限公司提供。

圖1 SBBR實驗裝置示意圖

1.2 實驗水質

實驗采用取自太原市河西北中部污水處理廠細格柵之前的城市污水，該污水的特點是氨氮偏高，達50～70mg/L，C/N為3～6左右，具體的水質指標見表1。

1.3 測定指標及方法

COD：重鉻酸鉀法；NH4+-N：納氏試劑分光光度法；NO-N：N－（1—萘基）—乙二胺分光光度法；NO-N：酚二磺酸分光光度法；TP：過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法；pH：電極法。

2 結果與討論

2.1 連續曝氣運行模式對脫氮效果的影響

按照進水→曝氣→沉淀→排水的周期運行，其中進水、沉淀、排水共計1h，曝氣7h，每個周期8h，一天只運行兩個周期，在每個周期后面（排水之前）加上一個閑置階段。在DO=3.5～4.5mg/L，回流比1∶1，水溫22℃的條件下，連續穩定運行一個月。圖2顯示了一個典型周期內各污染物指標隨曝氣時間的變化曲線。

圖2 SBBR連續曝氣運行穩定后各污染指標在一個周期內的變化情況

由圖2可知，整個SBBR連續曝氣運行方式下，COD、NH3-N的去除效果一直都很好，COD可以穩定維持在50mg/L以下，出水NH3-N已達到1mg/L以下。NO-N值在前期隨著NH3-N值的降低而逐漸升高，在系統內尚含有一定濃度NH3-N（2.55mg/L）時，NO-N值即開始緩慢減小，隨著曝氣時間的延長，NO-N值繼續降低，直至為零。主要原因在于，NO-N很不穩定，在有氧的條件下很容易被轉化為NO-N。而NO-N值在曝氣反應期間不斷增加，整個過程中含量都超過NO-N值，表明反應器內的NH3-N更多的經歷了全程硝化，被轉化為NO-N。在該運行模式下，沒有缺氧過程，所以認為在該過程中TN的降低是由于部分氨氮被同化合成細胞物質引起的。穩定后出水TN（NOX--N與NH3-N之和）維持在30mg/L左右，去除率在37.5%左右。

表1 原水水質主要參數

2.2 好氧（1h）—缺氧（1h）高頻間歇曝氣運行模式對脫氮效果的影響

運行模式為好氧（1h）—缺氧（1h）—好氧（1h）—缺氧（1h）—好氧（1h）—缺氧（1h）—好氧（1h），反應時間共計7h，控制參數與連續曝氣運行模式一致，反應階段的運行方式為曝氣55min，停止曝氣5min（取樣），缺氧攪拌60min（取樣），順序循環進行。由于停止曝氣后DO需經過幾分鐘才能降到1.0mg/L以下，所以將停止曝氣后的5min歸入好氧段。這樣，反應過程中，好氧段共計為4h，缺氧段共計為3h。圖3為相應的各污染物指標隨反應時間的變化曲線。

由圖3可知，COD的變化曲線基本與連續曝氣運行模式一樣，高頻間歇曝氣方式幾乎對COD的降解沒有影響，只是在缺氧段COD降解速率慢了一些。NH3-N值的變化呈現出明顯的“臺階”狀，這是因為NH3-N在好氧段被快速轉化為NO-N或NO-N，缺氧段基本不變，這是由于沒有分子態氧，硝化活動受到抑制，缺氧段有機氮的轉化甚至還有可能導致NH3-N的增加。NH3-N在這4h好氧段被轉化速率可達9.77mg/(L·h)。NO-N 和NO-N的變化趨勢基本相同，呈“波浪”狀，但他們之和呈增長的趨勢，只是NO-N在反應后期由于被轉化為NO-N，所以出現下降。TN隨反應時間的變化下降，但下降的速度和下降的幅度都要比前者小，系統出水TN維持在35mg/L左右，去除率在25%左右，效果較差。

2.3 好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運行方式脫氮效果的影響

反應階段的運行方式為好氧（1h）—缺氧（2h）—好氧（1h）—缺氧（2h）—好氧（1h），反應時間共計7h。好氧時間共計3h，缺氧攪拌時間共計4h。試驗控制參數同前。圖4為相應的各污染物指標隨曝氣時間的變化曲線。

3 結論

（1）連續曝氣運行模式TN出水效果一般，TN維持在30mg/L左右，去除率在37.5%左右，整個脫氮過程，氨氮大部分轉化為硝態氮，存在硝態氮積累問題，脫氮不徹底。

（2）好氧（1h）—缺氧（1h）高頻間歇曝氣運行模式TN出水效果較差，TN維持在35mg/L左右，去除率在25%左右，硝態氮積累嚴重，說明脫氮過程中反硝化過程受到一定程度的抑制。

（3）好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運行方式對TN的去除效果最好。從試驗結果可知，出水TN在15～30mg/L之間，去除率達50%。今后實驗過程中可以調整適當的回流比和溶解氧濃度，以期使出水TN達到污染物排放標準（GB18918-2002）的一級A（≤15mg/L）標準。

圖3 好氧（1h）—缺氧（1h）間歇曝氣運行方式下各指標在一個周期內變化情況

圖4 好氧（1h）—缺氧（2h）間歇曝氣運行各指標在一個周期內的變化情況

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