HRT对PE载体SBBR系统污水脱氮处理效能的影响

王大庆，赵 光，安蒙龙，王洪波，聂 颖

(1. 黑龙江省农垦经济研究所，黑龙江 哈尔滨 150090；2.辽宁工业大学，辽宁 锦州 121001)



HRT对PE载体SBBR系统污水脱氮处理效能的影响

王大庆1，赵 光2，安蒙龙1，王洪波1，聂 颖1

(1. 黑龙江省农垦经济研究所，黑龙江 哈尔滨 150090；2.辽宁工业大学，辽宁 锦州 121001)

采用自主设计的智能控制SBBR污水处理装置，利用聚乙烯(PE)载体，考察了水力停留时间(HRT)对智能控制SBBR污水处理装置的脱氮效能影响，得出了最佳工艺运行参数。试验在温度为25 ℃，好氧溶氧DO控制在1.5～2.5时，考察了HRT分别为4 h、6 h、8 h、10 h、12 h时的脱氮效能。结果表明：当HRT为8 h时，系统的脱氮效率最高，COD去除率为91.26%，氨氮的去除率为80.68%，总氮的去除率为70.58%，所以从能耗和处理效果角度看，当水力停留时间为8 h时，系统运行最为高效。

HRT；PE；SBBR；生物膜；生物脱氮

1　引言

随着2015年我国“水十条”政策的出台，污水排放标准进一步提高，许多污水处理工艺氮的去除已无法满足要求，且土地资源紧张，污水处理亟需技术升级改造以提高出水指标，因此地面积小、结构紧凑的深度脱氮工艺技术的研究已成为目前污水处理技术的主要研究方向之一[1，2]。序批式生物膜反应器(Sequencing Batch Biofilm Reactor)简称SBBR,是在SBR工艺发展的基础上进行优化得到的，具有结构紧凑、占地面积小生物量大及排泥量小等优点，间歇操作为脱氮微生物营造了很好的生长代谢环境，因此近年来SBBR反应器被广泛应用于脱氮的研究[3～9]。研究表明，水力停留时间(HRT)对脱氮效果的影响显著[10，11]，厌氧时间影响有机物的降解，好氧段影响着有机物的降解和硝化细菌的硝化效率，缺氧时间影响着反硝化细菌对硝态氮的转化[12]，因此探讨HRT对SBBR污水处理装置的影响对于提升此工艺的运行效果，确定工艺的最佳运行参数具有重要意义。本研究旨在提高智能控制SBBR污水处理效能对模拟生活污水中氮的去除效率，在容易稳定运行的基础上，开展HRT对智能控制SBBR的脱氮效能，为该工艺高效运行提供依据。

2　材料与方法

2.1实验装置

试验所用反应器系统如图1所示，该反应器主体可以实现智能化控制参数，同时细曝气分散器、双层搅拌器和自动控制加热系统的设计可以保证反应器内部维持稳定的环境。反应器为有机玻璃制成，主体结构为圆柱形，底部为锥形，径高比为1∶5，总容积34.2L，其中有效容积30 L。内部填料采用改性聚乙烯载体采用曝气器进行曝气，以由转子流量计调节曝气量。反应器的运行方式为:进水(采用进水泵顺时进水)、反应、沉淀、排水、闲置。本实验设计HRT分别为4、6、8、10和12 h，与之相对应的曝气时间分别为120、180、 210、 300和400 min。沉淀和排水的总时间分别为30 min、10 min。污水首先由底部进水口进入反应器内，然后逐渐向上经过加热管、细分散曝气器和搅拌器，保证脱氮微生物生长所需。

1、配调水槽；2、曝气泵；3、蠕动泵；4、转子流量计；5、气体流量计；6、载体；7、电机；8、出水口；9、稳定储水槽

图1试验装置

控制装置的运行参数维持稳定，研究HRT对污水脱氮效能的影响。反应器采用智能控制SBBR污水处理装置，可以在控制面板上设置运行参数，并在线监测温度、溶氧DO和pH的变化，整个过程温度控制在(25±2) ℃，pH值控制在7.6～8，DO根据反应阶段厌氧、好氧和缺氧段的需要设定。

本试验采用的填料为聚乙烯(PE)填料，如图2，具有比表面积大、孔隙率高、轻质廉价、使用寿命长、化学和生物稳定性好的优点，易于生物膜附着。

2.2试验方法

试验以北控污水处理厂的活性污泥为接种污泥，其活性污泥的污泥指数为MLSS：2396 mg/L,MLVSS:1526 mg/L,SV：32%，以去离子水为水源，根据培养条件以及研究需要，以葡萄糖(C6H12O6)为碳源，氯化铵(NH4Cl)为氮源，磷酸二氢钾(KH2PO4)为磷源，同时以NaHCO3为缓冲剂，模拟生活污水，人工配水方案及微量元素具体成分如表1。

图2　生物填料PE

表1　人工配水方案及微量元素组成成分

2.3分析检测方法

反应器的处理效果通过检测进出水水质指标来评价，水质分析检测方法采用《水和废水监测分析方法》[7]，如表2所示。

表2　水质检测方法

3　结果与讨论

3.1挂膜阶段

一般的挂膜方法有两种，自然富集培养挂膜和人工接种挂膜。本实验采用人工接种挂膜。污泥的投加量占反应器有效容积的30%。反应器接种污泥后，将反应器加满污水，然后静置24 h。在静置期间，使污泥附着在PE填料表面，形成生物膜。为了强化微生物的生长条件，系统挂膜阶段的运行方式为SBBR 的每个运行周期为 12 h，分成 4 个阶段：①进水期：采取瞬间进水方式；②反应期：将曝气阶段(O)设为 2 h，厌氧阶段(A)设为1 h，两者交替进行。同时采取限制性曝气，将 SBBR 反应器内的溶解氧平均浓度控制在 1.5～2 mg/L；反应器内废水温度保持在 25 ℃左右。③沉淀期：沉淀期为反应期的最后一个厌氧段；④滗水期：按瞬间出水计算，排水比为 0.3。

挂膜驯化阶段，反应器中有较多的絮体，经15 d培养后可观察到生物膜内层呈黑色，外表面附着生长一层较薄生物膜，呈棉絮状。从图3可以看出，生物膜培养驯化过程中COD的去除率是逐渐上升的。当系统运行初期，刚开始COD的去除率很不稳定，在启动第一天只有46.31%，说明生物膜的还未形成随着生物膜培养驯化的时间的增加在系统运行至第6 d，COD去除率才开始有明显增长，说明生物量开始增加，生物膜在逐渐形成。在系统运行至第12 d时COD的浓度开始趋于稳定，说明生物膜增长到一定厚度，系统内附着的生物量也比较稳定，对水质也有了一定的适应性，生物膜上的微生物对环境的适应能力也增强，微生物在生物膜上形成了比较稳定的生态系统，抗冲击负荷的能力也比较强，COD去除率基本趋于稳定，保持在88%左右。

图3　挂膜阶段-N去除率随时间变化

综上所述，系统经过14 d的运行，生物膜上的微生物逐渐适应水质，最后各自的去除率稳定在88%、80%，可认为挂膜成功。

3.2运行阶段

图4　HRT对去除率的影响

3.3氨的各种形式转化

反应器的反硝化能力的好坏直接影响到出水硝酸氮和亚硝酸氮浓度的高低。实验期间NO2-N、NO3-N浓度随时间变化和总氮的去除率如图5所示。从图中可以看出含有大量的硝态氮，主要是由于配水有机碳源较低，导致反硝化不充分，有大量的硝态氮残留并在反应器内积累，如果不加外加碳源促进反硝化，出水硝态氮的浓度会越来越高，最终导致总氮的去除率很低。

从图5可以看出，总氮的去除率整体呈上升趋势。停留时间为4 h时，总氮的去除率呈直线上升，这是由于反应器处于好氧阶段，污水中有大量的氨氧化细菌，将氨态氮转化为硝态氮。从2h延至6h总氮的去除率缓慢增长，反应器中硝化细菌与亚硝化细菌也开始出现。当停留时间在8 h，总氮的去除率开始下降。

图5　氮的转化和总氮的去除率

4　结论

本课题采用自制的序批式生物膜反应器(SBBR)，以PE为生物膜载体，通过间歇曝气及好氧一厌氧阶段的培养驯化，达到了良好的脱氮效果，培养驯化成功的活性污泥系统，开展了脱氮系统影响因素的试验分析，得出以下结论：

(2)PE填料SBBR系统研究表明：反应器在25 ℃条件下，DO在1.5～2.5 mg/L，进水总氮浓度控制在 30 mg/L时，最佳的停留时间为8 h，此时出水COD浓度为12.3333，去除率为91.26%。氨氮浓度为5.796 mg/L，转化率为 80.68%。

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Effects of HRT on NitrogenRemoval in the Sequencing Batch Biofilm Reactor with PE

Wang Daqing1，Zhao Guang2，An Menglong1，Wang Hongbo1，Nie Ying1

(1.InstituteofHeilongjiangProvincialAgriculturalReclamationEconomy,Harbin,Heilongjiang150090，China；2.LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou,Liaoning121001，China)

Using independent design of the intelligent control of SBBR sewage treatment plant with the polyethylene (PE) carrier, wetested theinfluenceof hydraulic retention time (HRT) ondenitrification efficiencyof intelligent controlled SBBRsewage treatment plant, and optimum operating parameters were obtained. The test was underthe temperature of 25 ℃, aerobic dissolved oxygen DO control in 1.5 ～ 1.5, HRT, respectively 4 h, 6 h, 8 h, 10 h, 12 h denitrification efficiency.Results showed that when HRT was 8 h, the system had the highest nitrogen efficiency, COD removal rate of 91.26%,as the removal rate of ammonia nitrogen was 80.68%, with total nitrogen removal rate of 70.58%.In conclusion, when the hydraulic retention time was 8 h, the system had higher nitrogen removal efficiency.

HRT; PE;SBBR; biological film; biological nitrogen removal

2016-06-06

国家科技支撑计划专题项目(编号：2012BAD14B06-04)

王大庆(1969—)，男，副研究员，主要从事生态经济研究工作。

赵光(1980—)，男，副教授，主要从事废物资源化利用的研究工作。

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1674-9944(2016)14-0071-02