SBBR处理低盐污水同步硝化反硝化性能研究*

张　磊， 刘如玲， 张晓玲， 刘　哲， 佘宗莲*

(1.中国海洋大学 海洋环境与生态教育部重点实验室，环境科学与工程学院，山东 青岛 266100；2.青岛市团岛污水处理厂，山东 青岛 266002)



SBBR处理低盐污水同步硝化反硝化性能研究*

张磊1， 刘如玲2， 张晓玲1， 刘哲1， 佘宗莲1*

(1.中国海洋大学 海洋环境与生态教育部重点实验室，环境科学与工程学院，山东 青岛 266100；2.青岛市团岛污水处理厂，山东 青岛 266002)

摘要：采用流化床填料序批式生物膜反应器(SBBR)，考察了低盐度对同步硝化反硝化脱氮性能的影响。结果表明，在试验盐度范围内(0.15～1.00)，提高盐度对COD(Cr)的降解影响很小，去除率都接近90%；氨氮去除率在0.45盐度时达到最大，为90.1%，当盐度提高到0.60和1.00时，氨氮去除率分别下降到88.4%和-N浓度明显上升，亚硝酸盐积累率由不足10%分别提高到14%和35%；在每个盐度下TN去除率都在70.0%以上，发生了同步硝化反硝化现象，并且在0.15～0.45的盐度范围内，同步硝化反硝化率(E(SND))与盐度呈正相关。当盐度>0.45时，E(SND)开始下降，SBBR的同步硝化反硝化过程受到抑制。

关键词：盐度； SBBR； 同步硝化反硝化； 生物脱氮

引用格式：张磊， 刘如玲， 张晓玲, 等. SBBR处理低盐污水同步硝化反硝化性能研究[J]. 中国海洋大学(自然科学版)， 2016, 46(4)： 103-108.

ZHANG Lei, LIU Ru-Ling, ZHANG Xiao-Ling， et al. Study on performance of simultaneous nitrification and denitrification in a SBBR reactor treating low-salinity wastewater[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(4): 103-108.

污水生物脱氮由硝化和反硝化两个过程完成，由于发生硝化和反硝化的细菌不同，而且所需的环境条件差异较大，所以传统工艺的生物脱氮过程一般是在两个反应器或者一个反应器的两个时段内分别完成。近几年的一些研究表明，反硝化可在有氧条件下发生，使得硝化和反硝化两个过程可以同时在同一个反应器内完成，即同步硝化反硝化(SND)[1-2]。与传统的生物脱氮相比，同步硝化反硝化具有节省碳源、对氧的消耗量低、流程简单、脱氮效率高等优点。而序批式生物膜反应器(SBBR) 是一种将生物膜与活性污泥法进行有机结合的新型复合式生物膜反应器,它兼具SBR和生物膜法的特点，具有生物量高、微生物食物链长、易于硝化菌生长等优势，为同步硝化反硝化提供了有利条件[3-6]。

1材料和方法

1.1 试验装置及运行方法

试验装置为有机玻璃制成的SBBR反应器，内径19 cm，高60 cm，有效容积14 L，如图1所示。反应器底部放置曝气砂头，通过充氧泵供氧，用转子流量计调节供气量使曝气结束时溶解氧浓度在4.5 mg/L左右，反应器内液体温度控制在25～30℃。填料采用中空圆柱形塑料，直径2.5 cm，高1.0 cm，填料填充比约为30%，反应器内悬浮污泥浓度(MLSS)控制在3500 mg/L左右，曝气阶段开启内循环泵使填料和污泥处于悬浮状态。反应器运行方式为：进水30 min—曝气390 min—沉淀40 min—排水20 min，每个周期运行8 h，每天运行3个周期，每个周期结束时换水4.5 L，换容比约为32%。

(1-充氧泵; 2-转子流量计; 3-自动控制系统; 4-加热器; 5-填料; 6-内循环泵; 7-曝气砂头; 8-进水泵; 9-进水箱; 10-出水阀; 11-出水箱。1-Aeration pump; 2-Rotor flow meter; 3-Automatic control; 4-Heating rod; 5-Filler; 6-Internal circulation pump; 7-Acration sand head; 8-Intake pump; 9-Inlet water tank; 10-Water outlet valve; 11-Outlet water tank.)

图1SBBR试验装置示意图

Fig.1Sketch of experimental system for SBBR

1.2 试验用水

1.3 测定方法[12]

COD：重铬酸钾法；氨氮：纳氏试剂分光光度法；亚硝酸氮：N-(1-萘基)-已二胺分光光度法；硝氮：紫外分光光度法；DO：德国产Oxi330i型便携式溶氧测定仪；pH值：雷磁PHB-4型便携式pH计；MLSS：为混合液悬浮污泥浓度，采用滤纸重量法测定。

表1　微量元素母液配方

1.4 污泥培养和挂膜

接种污泥取自青岛市李村河污水处理厂的二沉池，经淘洗后加入SBBR 反应器，通入不含盐的模拟生活污水进行培养和挂膜，MLSS维持在3500mg/L左右。挂膜期间一个周期内的运行方式为：进水30min，厌氧搅拌60min，曝气240min，缺氧搅拌90min，沉降40min，出水20min，每天运行3个周期。运行3d后，活性污泥颜色由开始的深褐色逐渐变为浅褐色，出水CODCr浓度低于40mg/L，去除率达到90%以上；运行35d后，氨氮去除率稳定在80%左右，填料表面形成厚约2mm的浅褐色生物膜，污泥培养和挂膜完成。

2结果与分析

2.1 盐度对CODCr去除效果的影响

反应器进水CODCr浓度在450 mg/L左右，各盐度下出水CODCr浓度均低于50 mg/L，CODCr的平均去除率在90%左右，表明在试验盐度下SBBR对CODCr有高效稳定的去除效果，盐度提高对有机物的降解几乎没有影响。图3为各盐度条件下去除效果达到稳定时一个曝气阶段内CODCr浓度随反应时间的变化，曝气初始CODCr浓度约200 mg/L，在所有盐度条件下，曝气阶段的前20 min由于反应器内微生物吸附和降解的共同作用，CODCr浓度出现快速下降的现象，之后下降速度明显降低，曝气90 min后反应器内CODCr浓度已接近出水浓度，表明CODCr降解基本完成。

图2　盐度变化对SBBR性能的影响

图3　不同盐度下曝气阶段CODCr浓度变化

2.2 盐度对SBBR同步硝化反硝化脱氮性能的影响

表2　不同盐度下氮的去除效果(平均值)

Note:①Influent nitrogen concentration; ②Effluent nitrogen concentration; ③TN removal

图4　不同盐度下曝气阶段氨氮浓度变化

由图4可知，曝气阶段初始氨氮浓度在16～17 mg/L之间。不同盐度条件下，氨氮的降解规律基本相同，大体可分为3个时期：初期的慢速降解，有机物大量存在导致氨氮降解缓慢；中期的快速降解，大部分有机物在初期已被降解，微生物开始快速降解氨氮；后期的慢速降解，氨氮的降解速度随着其浓度的降低而变慢。对比图3可知，氨氮的降解规律与CODCr降解速率由快变慢的转折点相对应。这表明SBBR对CODCr和氨氮的降解具有时序性，即反应器内首先主要是CODCr的降解，待CODCr降解基本完成后，氨氮的降解速率才明显提高。

在0.15～0.45的盐度范围内，曝气结束时反应器内氨氮的去除率都接近90.0，并且提高盐度对氨氮降解有一定的促进作用[13]。盐度提高到0.60和1.00时，氨氮的去除率分别下降至88.4%和87.3%，表明AOB的活性受到了抑制，但并不是很显著，可能是因为在试验的盐度范围内，AOB尚可通过自身的渗透压调节系统，平衡外界渗透压的变化，从一定程度上缓冲盐度的抑制作用。

图5　不同盐度下曝气阶段-N 和-N 的浓度变化

2.2.2 不同盐度下SBBR同步硝化反硝化性能分析每个盐度条件下，待SBBR运行稳定后选取3个试验周期，测定曝气开始和结束时反应器内各种氮的浓度，计算曝气阶段TN去除率和ESND，取3次试验的平均值进行分析，结果如表3所示。

表3　不同盐度下曝气阶段TN变化和ESND(平均值)

Note:①Salinity; ②TN concentration at the beginning of aeration; ③TN concentration at the end of aeration; ④TN removal.

TN去除率=(1-TN曝气结束/TN曝气开始)×100%,

由表3可知，曝气阶段SBBR内发生了TN减少的现象。随着盐度的提高，曝气阶段TN去除率和ESND呈现相同的变化趋势。在0.45盐度时TN去除率和ESND都达到最大值，说明当盐度低于0.45时提高盐度对同步硝化反硝化过程有利。而当盐度大于0.45后，TN去除率和ESND随着盐度的提高而下降，表明系统的同步硝化反硝化过程受到了抑制。

在盐度不高于1.00的低盐度范围内，SBBR系统的TN去除率、ESND和氨氮去除率随盐度的升高变化情况基本一致，三者都是在0.45盐度下达到最大。继续提高盐度系统的同步硝化反硝化性能受到影响，分析其原因是：在0.60和1.00盐度下，一方面反应器内AOB和NOB活性开始受到抑制；另一方面，盐度升高使污泥絮体变小变密实[8]，絮体内缺氧微环境的比例减少，而且传质阻力变大，导致絮体内部微生物难以获得充足的碳源，从而影响反硝化反应的进行。因此，0.45盐度可作为SBBR系统实现同步硝化反硝化的理想盐度。

3结论

(1)在试验盐度范围内，提高盐度对CODCr的降解影响很小，去除率都在90%左右。SBBR系统氨氮去除率在0.45盐度下达到最大值90.1%，当盐度继续提高到0.60和1.00时，反应器内AOB活性受到一定抑制，氨氮去除率分别下降到88.4%和87.3%。

(3)在各盐度条件下SBBR的TN去除率都在70.0%以上，发生了同步硝化反硝化现象，并且在0.15～0.45的盐度范围内，ESND与盐度呈正相关。当盐度>0.45时，ESND开始下降，SBBR的同步硝化反硝化性能受到影响。

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责任编辑徐环

Study on Performance of Simultaneous Nitrification and Denitrification in a SBBR Reactor Treating Low-Salinity Wastewater

ZHANG Lei1, LIU Ru-Ling2, ZHANG Xiao-Ling1, LIU Zhe1, SHE Zong-Lian1

(1.The Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2.Qingdao Tuandao Sewage Treatment Plant, Qingdao 266002, China)

Abstract:The performance of nitrogen removal via simultaneous nitrification and denitrification was investigated at low salinity in a sequencing batch biofilm reactor(SBBR)packed with suspended carriers. The results showed that improving salinity had little effect on the degradation of COD(Cr) in the salinity range from 0.15 to 1.00, and the COD(Cr) removal efficiency was about 90%. The removal efficiency of ammonia nitrogen achieved the highest of 90.1 at 0.45 salinity. When salinity increased to 0.60 and 1.00, the removal efficiency of ammonia nitrogen were decreased to 88.4% and 87.3% respectively, due to the slight inhibition of ammonia oxidizing bacteria. The concentration of -N increased significantly with the increase of salinity from 0.45 to 0.60 and 1.00, and nitrite accumulation rate were increased to 14% and 35% from less than 10%. This result showed that the nitrite oxidizing bacteria were suppressed obviously at the salinity of 1.00, compared with that at the salinity of 0.45. TN removal efficiency was above 70% at all salinity tested in this study, indicating high efficiency of nitrogen removal through simultaneous nitrification and denitrification. When influent salinity was within the range of 0.15～0.45, the SND efficiency increased with the increase of the salinity. When salinity was higher than 0.45, the SND efficiency declined with the raise of salinity, indicating the inhibition of SND.

Key words:salinity；SBBR；SND；biological nitrogen removal

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20140433

中图法分类号：X131.2

文献标志码：A

文章编号：1672-5176(2016)04-103-06

作者简介：张磊(1988-)，男，硕士生，研究方向为水污染控制。E-mail：13791948297@163.com**通讯作者：E-mail：szlszl@ouc.edu.cn

收稿日期：2014-12-30；

修订日期：2015-02-26

*基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项项目(2014ZX07203-008)资助

Supported by the Special Grand National Science & Technology Project of China for Water Pollution Control and Treatment(2014ZX07203-008)