低溶解氧条件下处理模拟城市污水的研究

王雪微，左金龙，李 雪，鄂睿峰，杨鑫国，陈大祥，王笑悦

(哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨 150076)

低溶解氧条件下处理模拟城市污水的研究

王雪微，左金龙，李 雪，鄂睿峰，杨鑫国，陈大祥，王笑悦

(哈尔滨商业大学 生命科学与环境科学研究中心，哈尔滨 150076)

采用SBR工艺，在低溶解氧条件下，对活性污泥处理污水的效果进行研究.实验结果表明，在溶解氧质量浓度稳定在DO=1 mg/L，进水0.5 h，兼氧搅拌0.5 h，曝气3 h时，达到最佳去除率.这时反应器出水的COD、氨氮和磷酸盐的平均质量浓度分别为48.46、7.65、0.42 mg/L，其去除率分别为82.73%、80.66%和92.18%.

低溶解氧；活性污泥；SBR工艺

我国是世界上人口最多的国家，随着人口的继续增加，所产生的生活污水量也急剧上升，城市污水组成中大部分来源于城市居民产生的废水.城市生活污水主要包括厨房用水、粪便用水、洗涤用水、公共区域用水等[1]，城市生活污水受居民的生活条件、生活习惯、生活方式影响.一般情况下，城市生活污水的COD在300 mg/L左右，氨氮质量浓度大概在35 mg/L左右，磷酸盐在5 mg/L左右，pH值一般在7左右[2].如果大量的生活和工业污水不经处理就直接排放到河流中，会造成严重的水污染.因此，城市污水的处理研究迫在眉睫，那么处理城市污水的研究主要涉及COD、氨氮以及磷酸盐中磷的去除[3].

在城市污水处理工艺中普遍采用活性污泥法，而DO(溶解氧)又是活性污泥法中最重要的影响因子.在提倡节能环保的大形势下，有研究提出处理污水在低DO的条件下可取得一定的效果[4]，还能节约能源.因此低溶解氧条件下，研究城市污水具有一定的实用意义.

1 实验仪器与材料

1.1 实验仪器

WT600-2J恒流泵(Longer Pump)；00000249电子天平(北京赛多利斯仪器有限公司)；DHG-9123A电热恒温鼓风干燥箱(上海-恒科技有限公司)；DSX恒速数显搅拌器恒速数(杭州仪表电机有限公司)；JJ-1增力电动搅拌器(上海梅香仪器有限公司)；721E可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)；ACO-002电磁式空气压缩机(浙江森森实业有限公司)； SHZ-D(3) 循环水式真空泵(河南巩义市英峪予华仪器厂)；KS01可编程时控器(温州大华仪器仪表有限公司)；量筒；滤纸；玻璃棒；抽滤漏斗.

1.2 实验材料

氯化铵，葡萄糖，碳酸氢钠，氯化钙，硫酸镁，碳酸镁，磷酸二氢钾，磷酸，N-(1-奈基)-乙二胺二酸盐，邻苯二甲酸氢钾，重铬酸钾，浓硫酸，硫酸汞，碘化钾，氯化汞，氢氧化钾，酒石酸钾钠，硫酸银，钼酸铵，三氯甲烷.

2 实验方法

2.1 实验水质

本试验采用人工模拟污水.人工模拟污水，水质稳定，并易于在试验过程中根据需要适时调整配水的组分，有利于进行基础研究[5].

1)主要成分：磷酸二氢钾、葡萄糖、氯化钙、氯化铵、碳酸镁、碳酸氢钠等.

2)营养元素：C、N、P、Ca、Mg.

3)调节pH值质：碳酸氢钠.

4)配水水质：所配污水水质情况见表1.

表1 污水水质表

2.2 实验分析项目及检测方法

2.2.1 实验中涉及到的分析项目及检测方法

1)COD：分析方法为国际标准检测方法重铬酸钾法；2)NH4+—N：分析方法为国际标准检测方法钠氏试剂分光光度法；3)PO43-—P：分析方法为国际标准检测方法钼锑抗分光光度法.

2.2.2 SV(污泥沉降比)和MLSS(混合液悬浮固体质量浓度)的测定和计算方法

1)从反应器中取1 L刚曝气完成的污泥混合液，置于1 000 mL清洁的量筒中.2)取样完成后，将量筒放回实验室指定地点，用玻璃棒将量筒中的污泥混合液搅拌均匀后静置；3)静置30 min后记录沉淀污泥层与上清液交界处的刻度值V(污泥所占体积mL)，计算SV值为V/1 000(%)；4)准备好的定量滤纸在103～105 ℃的干燥箱内烘干2 h至恒重，在干燥器中冷却30 min后称重，记为m1.5)将滤纸平铺在抽滤漏斗上，并将测定过沉降比的1 L量筒内的污泥全部倒入烘干的滤纸，过滤(用水冲净量筒，并将水也倒入滤纸)，(没有抽滤瓶时，也可以取少量曝气池活性污泥，体积记为V1(mL)，如200 mL或300 mL采用漏斗过滤).6)待完全过滤后将载有污泥的滤纸放在103～105 ℃的干燥箱中烘干2 h至恒重，在干燥器中冷却30 min后称重，记为m2.7)计算MLSS值，为(m2-m1)/V1的值，单位为mg/L[6].

实验检测项目所用各标线如图1～3所示.

图1 COD标准曲线

图2 氨氮标准曲线

图3 磷标准曲线

2.3 实验方案

在低溶解氧条件下运行，通过调节曝气量，使溶解氧质量浓度稳定在1 mg/L.进行周期运行：进水0.5 h，兼氧搅拌0.5 h，曝气3 h[7].对污泥进行驯养，一天运行4个周期，一个周期6 h.一周后正常运行.30 min进水，30 min搅拌，3 h的曝气好氧，30 min沉淀，30 min排泥、排水，1 h系统闲置.分别测定、记录每一时段COD、氨氮、磷酸盐的质量浓度，绘制图表，得出结论.

3 结果与讨论

3.1 低溶解氧时SBR工艺活性污泥的效果

3.1.1 低溶解氧时SBR工艺活性污泥对COD的处理效果

由图4可知，进水COD平均值为280.67 mg/L，在反应器运行第30 min时，COD平均质量浓度为114.31 mg/L，此半个小时为兼氧阶段，菌群处于“饥饿状态”，大量分解污水中有机物，所以COD质量浓度急剧下降.反应器运行30～210 min为好氧阶段，此阶段菌群利用有机物趋于饱和状态，COD下降较缓慢，最后趋于平稳.COD出水平均质量浓度为48.46 mg/L.活性污泥对COD的去除率达到82.73%，去除效果明显.

图4 COD的去除效果

3.1.2 低溶解氧时SBR工艺活性污泥对氨氮的处理效果

由图5可知，进水氨氮平均质量浓度为39.56 mg/L，反应器运行前为30 min为兼氧阶段，在兼氧阶段前30 min氨氮处理效果不明显，反应器运行30～210 min为好氧阶段，从好氧阶段开始，由于细菌的反硝化作用使氨氮质量浓度急剧下降[8-10]；细菌的硝化作用使得氨氮的质量浓度进一步下降，最终趋于平稳.出水氨氮质量浓度为7.65 mg/L.活性污泥对氨氮的去除率为80.66%，去除效果明显.

图5 氨氮的去除效果.

3.1.3 低溶解氧时SBR工艺活性污泥对磷酸盐的处理效果

由图6可知，进水磷酸盐平均质量浓度为5.37 mg/L，反应器运行前为30 min为兼氧阶段，在兼氧阶段聚磷菌微生物利用分解胞内聚磷(同时释放磷)产生能量吸收废水中的有机物，并且在胞内合成聚羟基丁酸，释放磷酸盐，所以磷酸盐质量浓度呈上升趋势；反应器运行30～210 min为好氧阶段，聚磷微生物利用分解胞内的聚羟基丁酸产生的能量吸收磷[11].

图6 磷酸盐中磷的去除效果

微生物吸收磷量超过释放磷的量，所以磷酸盐质量浓度呈下降趋势.出水磷酸盐平均质量浓度为0.42 mg/L.活性污泥对氨氮的去除率为92.18%，去除效果明显.

3.2 活性污泥SVI的结果讨论

污泥的SVI值是污泥体积指数，SVI值能较好地反映出活性污泥的松散程度和凝聚沉降性能，SVI=混合液30 min沉降后污泥容积/污泥干重=(SV%×100)/MLSS.良好的活性污泥SVI常在50～120之间.SVI值过低，说明污泥活性不够，可能是水体中营养元素缺失导致.SVI过高的污泥，说明可能发生污泥膨胀.

本实验活性污泥的SVI值变化情况如图7所示.

图7 污泥的SVI变化图

由图7可知，本次试验过程中活性污泥的SVI值在50～60之间，说明污泥活性良好，营养比例正常[12]，污泥没有发生膨胀.

4 结 论

在SBR反应器中，对污泥进行培养，得到以下结论：

1)通过活性污泥对污水的处理效果可知，经处理后，COD出水平均质量浓度为48.46 mg/L，去除率达到72.73%；出水氨氮质量浓度为7.65 mg/L，去除率为80.66%；出水磷酸盐平均质量浓度为0.42 mg/L，去除率为92.18%.

2)污泥的SVI值在50～60之间，说明污泥活性良好，营养比例正常，污泥没有发生膨胀.

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Study on process of simulation urban wastewater treatment with low dissolved oxygen

WANG Xue-wei, ZUO Jin-long, LI Xue, E Rui-feng, YANG Xin-guo, CHEN Da-xiang, WANG Xiao-yue

(Research Center on Life Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

The waste water treatment effect of activated sludge under low dissolved oxygen conditions studied using SBR technology. The results indicated that the best removal rate was achieved when the dissolved oxygen concentration was stabilized at 1 mg/L, the time of influent was half an hour, the mixing of facultative anaerobic was also half an hour, and the aeration was 3 hours.Under this conditions, the average concentrations of COD, ammonia nitrogen and phosphate in the reactor effluent were 48.46 mg/L, 7.65 mg/L and 0.42 mg/L, respectively, and the removal rates were 82.73%, 80.66% and 92.18%, respectively.

low dissolved oxygen; activated sludge; SBR technology

2015-10-28.

黑龙江省自然科学基金项目(E201355)

王雪微(1992-)，女，硕士，研究方向：水处理技术与工艺.

左金龙(1970-)，男，博士，教授，研究方向：水处理技术与工艺.

X703

A

1672-0946(2017)01-0019-03