低溶解氧条件A/OSBR工艺污染物去除性能的研究*
导读:：低溶解氧条件下。发现A/OSBR系统低DO条件下。对比考察城市生活污水中污染物的去除效果。去除效果。
关键词：低溶解氧，A/OSBR，污染物，去除效果
1引言
活性污泥法中，曝气主要起供氧和扰动混合的作用。曝气提供的氧被污水中的活性微生物用来氧化有机物并合成细胞。反应器中的溶解氧 (DO)浓度是活性污泥法的重要运行参数 。当曝气池中DO浓度偏低，好氧微生物不能正常生长和代谢，导致出水水质不达标;当DO浓度过高，不仅曝气能耗增加，而且活性污泥的活性也会降低。一般情况下要求曝气池中DO不低于 2mg/L，但在实际工程中却常常会出现曝气强度过高的情况。
有研究发现通过有效手段将DO控制在较低的适当水平，不影响微生物的正常生长和有机物的代谢，仍然可保持良好的出水水质[1-3]。本文通过控制平均溶解氧(DO)浓度保持在1mg/L和2mg/L左右的条件下，对比考察城市生活污水中污染物的去除效果。
间歇式活性污泥法(以下简称SBR工艺)，由于其较高的处理效率，较少的基建投资和脱氮除磷功能，在污水处理中得到广泛应用[4-7]。本试验采用A/O运行方式的SBR工艺进行研究。
2 试验材料和方法
2.1试验用水来源和水质
实验采用哈尔滨工业大学家属楼生活污水，活性污泥取自哈尔滨文昌污水处理厂，实际生活污水水质成分详见表1。
表1 实验用水水质
|
水质参数 |
浓度范围 |
|
pH值 |
6.5-8.2 |
|
COD (mg/L) |
300-400 |
|
NH4+-N (mg/L) |
40-50 |
|
PO43-P (mg/L) |
2-4 |
2.2 试验装置和方法
SBR反应器由有机玻璃制成，上部为圆柱形，下部为圆锥体，试验装置图如图1所示，反应器高为700 mm，直径为200 mm，总有效容积为12 L，排水体积为3 L，充水比为0.25。在反应器壁的垂直方向设置一排间隔为10 cm的取样口，用于取样和排水。底部设有放空管，用于放空和排泥。在反应器下方设置曝气砂头，由转子流量计调节曝气量。pH、DO、ORP(氧化还原电位)探头置于反应器内，在线监测各个指标的变化。试验期间温度稳定在25±1℃之间。
图1试验装置图
Fig. 1 Schematicdiagram of experimental equipment
本实验采用缺氧/好氧(A/O)的运行方式，试验共运行5个月，共400个周期。每天运行3个周期，每周期为8 h，分别为瞬时进水、缺氧搅拌0.5 h、好氧曝气2.5h、沉淀2 h、其余时间为排水和待机。好氧末期排放一定体积的混合液，控制系统的污泥龄在10 d-15 d，MLSS控制在2500 mg/L -3000 mg/L。
2.3 检测分析项目
COD采用5B-3型COD快速测定仪测定;NO3--N采用麝香草酚分光光度法;NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法;NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法;MLSS、SS采用滤纸重量法;PO43--P采用钼酸盐分光光度法;DO和温度用WTW inoLab Oxi level2实验室台式仪在线检测;微生物相分析采用OLYMPUS BX51/BX52光学显微镜观测。
3 实验结果和分析
3.1 COD去除效果
COD是污水处理中用于反映污水中有机物含量的综合指标，低DO条件下和正常DO条件下COD去除效果如图2所示。典型周期内A段COD浓度迅速下降，这主要是由于系统的稀释作用，同时在A段新加入的污水为反硝化过程提供碳源。
低溶解氧条件下，尽管平均DO浓度较低，仅为1mg/L，但是对比正常DO条件下系统COD去除效果差别很小，甚至在典型周期内平均DO=1mg/L时COD去除效果比正常DO浓度下的去除效果更好。如图2所示。
当平均DO=2mg/L时，随着反应时间的延长，COD浓度逐渐下降，当曝气2.5 h后，出水COD稳定在50 mg/L左右，系统COD去除效率可稳定保持在85%~88%之间。而当平均DO=1mg/L时，系统曝气2.5 h后出水COD基本可以保持在40mg/L左右。系统COD去除效率可稳定保持在87%~91%之间。低DO情况下COD去除效果略微高于正常溶解氧去除效果，在各时间段内COD出水浓度同比降低4%~15%。可见在DO平均浓度较低的情况下(DO=1mg/L时)，系统对COD的去除能力有一定提高，出水水质COD更低。
图2高低DO条件下典型周期内COD随时间变化曲线
Fig.2 The CODremoval effect with normal and low DO
3.2 氨氮去除效果
实验中对比考察了正常DO(平均DO=2mg/L)和低DO(平均DO=1mg/L)条件下氨氮的去除效果，如图3所示。当平均DO=2mg/L时，当曝气2.5 h后环境保护，出水氨氮稳定在1~2 mg/L左右，系统氨氮去除效率可稳定保持在95%左右。而当平均DO=1mg/L时，系统曝气2.5 h后出水氨氮基本可以保持在5mg/L左右，系统COD去除效率可稳定保持在90%左右。低DO情况下氨氮去除效果低于正常溶解氧去除效果，在各时间段内氨氮出水浓度同比高15%~30%。可见在DO平均浓度较低的情况下(平均DO=1mg/L时)，活性污泥对氨氮的去除能力有一定降低，出水氨氮有一定升高，但出水氨氮浓度仍然可保持在5mg/L左右。
图3 高低DO条件下典型周期内氨氮随时间变化曲线
Fig.3 The ammonia nitrogen removal effect withnormal and low DO
在好氧段，尽管SBR反应器长期处于低DO运行状态，在进水氨氮浓度保持在40mg/L~50mg/L时，活性污泥系统仍然可以保持比较高的硝化效率，平均氨氮去除率可达90%，SBR工艺中，影响氨氮去除效果的因素主要有进水COD和氨氮负荷、HRT、SRT、DO等因素。Hanaki等研究认为[8]，在低溶解氧的条件下，尽管有机物氧化菌对硝化菌有抑制作用，但是由于氨氮氧化菌的增殖速率加快了1倍，补偿了DO降低所造成的活性下降，因而系统的氨氮去除效果仍然比较高。
3.3 亚硝酸盐氮和硝酸盐氮污染物的变化
实验中对比考察了正常DO(平均DO=2mg/L)和低DO(平均DO=1mg/L)条件下亚硝酸盐和硝酸盐污染物浓度的变化，如图4所示。
从图4中可看出，好氧段正常DO条件下，硝化反应进行较为顺利，在反应结束时，硝酸盐浓度较高，亚硝酸盐累积率为13%。好氧段低DO条件下，由于溶解氧浓度的限制，硝化反应速度较慢，在反应结束时，亚硝酸盐浓度较高，亚硝酸盐累积率为37%。
通过氮平衡分析，发现A/OSBR系统低DO条件下，存在较为明显的同步硝化反硝化现象。以往的部分研究表明，同步硝化反硝化均是在较低的DO浓度条件下发生的，本实验的平均DO浓度在1mg/L环境保护，因此在试验过程中考察氨氮氧化速率、NOX-N 生成速率以及相应的实时DO浓度，如图5所示。
图4高低DO条件下典型周期内亚硝酸盐和硝酸盐随时间变化曲线
Fig.4 The nitrite and nitrate concentration variationwith normal and low DO
图5 低DO与NOX-N 生成速率和氨氮氧化速率之比间的关系
Fig. 5Relationship of low DO and ratio of NOX-N formation rate to NH4-Ndecay rate
由图5中可得出如下关系式：
低DO浓度条件下，NOX-N生成速率与NH4-N氧化速率之比与DO浓度都均保持了较好的线性关系。通过调节反应器中的DO浓度，使反应系统中的硝化反应以适宜的反应速率进行，同时兼顾同步硝化反硝化，对于SBR保持同步硝化反硝化，缩短反应的时间，具有重要的现实意义。
3.4 正磷酸盐的去除效果
实验中对比考察了正常DO(平均DO=2mg/L)和低DO(平均DO=1mg/L)条件下正磷酸酸盐污染物浓度的变化，如图6所示。
从图6中可看出，系统在前30min先进行反硝化，同时储存在细胞内的磷释放，造成正磷酸盐的浓度升高并达到最高值。在曝气开始后，随着时间的延长，正磷酸盐浓度迅速下降，在反应结束时，高低DO条件下，系统出水正磷酸盐的浓度基本相近，均低于0.5mg/L期刊网。
在好氧段不同的DO浓度条件下，初始阶段高溶解氧条件下，正磷酸盐去除率较高，低DO条件下正磷酸盐去除率相对较低。但在反应时间在1.5h~2.5h时，系统对正磷酸盐的去除效率均超过90%。因此，从本实验中分析可知，在A/OSBR系统中，好氧段DO浓度对正磷酸盐去除效果影响较小。
图6高低DO条件下典型周期内正磷酸盐随时间变化曲线
Fig.6 The phosphorus removal effect with normal and low DO
3.5出水悬浮物
在低溶解氧条件下，A/OSBR出水水质非常清澈。经过沉淀后，出水中几乎没有肉眼可见的悬浮物。实际测得出水SS在1 mg/L-2 mg/L之间，有时用滤纸重量法几乎检测不出，通过镜检可见，在活性污泥系统中，具有一定数量的网状结构的丝状菌，在沉淀过程中可吸附、截流水中微小颗粒物和游离细菌，使出水水质非常清澈。
4. 结论
(1)当平均DO=1mg/L时，系统曝气2.5 h后出水COD基本可以保持在40mg/L左右。系统COD去除效率可稳定保持在87%~91%之间。低DO情况下COD去除效果略微高于正常溶解氧去除效果环境保护，在各时间段内COD出水浓度同比降低4%~15%。
(2)当平均DO=1mg/L时，系统曝气2.5 h后出水氨氮基本可以保持在5mg/L左右，系统COD去除效率可稳定保持在90%左右。低DO情况下氨氮去除效果低于正常溶解氧去除效果，活性污泥对氨氮的去除能力有一定降低，出水氨氮浓度有一定升高，但出水氨氮浓度仍然可保持在5mg/L左右。
(3)当平均DO=1mg/L时，由于溶解氧浓度的限制，硝化反应速度较慢，在反应结束时，亚硝酸盐累积率为37%。低DO浓度条件下，NOX-N 生成速率与NH4-N氧化速率之比与DO浓度都均保持了较好的线性关系。
(4)在A/OSBR系统中好氧初始阶段，DO浓度对正磷酸盐去除效果影响较大，反应时间在1.5h~2.5h时，DO浓度对正磷酸盐去除效果影响较小。高低DO条件下，系统出水正磷酸盐的浓度基本相近，均低于0.5mg/L。
(5)在低溶解氧条件下，A/OSBR出水水质非常清澈。出水SS在1mg/L-2 mg/L之间，镜检可见一定数量网状结构的丝状菌。
参考文献
[1]陈滢,彭永臻,杨向平等.低溶解氧SBR除磷工艺研究[J].中国给水排水.2004, 20(8):40~42
[2]左金龙，王淑莹，彭赵旭等.低溶解氧下微膨胀污泥对污染物的去除性能[J].中国给水排水，2009,25(15):11~14
[3]彭赵旭，彭永臻，桂丽娟等.低溶解氧丝状菌污泥微膨胀在SBR中的可行性[J].化工学报，2010,61(6): 132~138
[4]Rordrigues A C, Brito A G, Melo L F. Post treatmentof a brewery wastewater using a sequencing batch reactor [J].Water EnvironmentResearch, 2001, 73(1): 45~51
[5]曾薇,彭永臻,王淑莹.SBR工艺交替硝化反硝化运行方式的可行性研究[J]. 环境科学学报,2004,24(4):576~ 580
[6]Bing-Jie Ni, Bruce E. Rittmann, Han-Qing Yu.Evaluation on the impacts of predators on biomass components and oxygen uptakein sequencing batch reactor and continuous systems[J]. Water Research, 2010, 44(15): 4616~4622
[7]Sami Sarfaraz, Swapna Thomas, U. K Tewari, Leela Iyengar. Anoxictreatment of phenolic wastewater in sequencing batch reactorOriginalResearch Article[J]. WaterResearch, 2004, 38(4): 965~971
[8]Hanaki. K.Nitrification at Low Levels of Dissolved Oxygen with and without Organic Loadingin a Suspended-Growth Reactor [J].Water Research.1990, 24:297~302
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
