A/O/A模式运行的SBR处理生活污水研究

张焱

北京中铁生态环境设计院有限公司 北京 102600

近年来，由于我国经济迅猛发展，城市化进程日益加快，城市人口显著增加，各种工业企业迅速成长，使得城市缺水问题日趋严重，生态环境严重恶化，水源污染日渐严重，城市中排放的工业废水和生活污水，排入到自然环境中，引起环境、水源多重污染，其中受到污染的河长占总河长的 45%，50%以上的地下水受到污染，直接能够饮用的水约有 60%，水资源短缺的问题日渐突出[1]，水资源缺乏问题的关键在于控制水污染，要解决水污染问题，必须减少污染水资源的排放，加大污水的治理。

随着污水处理厂污染物排放标准的提高，我国上世纪建设的一批以SBR为主要处理工艺的污水处理厂很难达到现行的污水厂污染物排放标准，很大一部分面临着升级改造，一部分需要从工艺角度进行与其他处理工艺相结合，还有一部分可以通过各反应阶段的优化来达到处理要求。我国农村小城镇的发展面临着很大的污水排放问题，传统工艺一般都占地面积大，而且处理费用相对较高，调试不灵活等缺点，SBR以运行灵活方便、适应性强，工艺简单、造价低，污泥沉降性好[2]，时间上具有理想推流式反应器的特点等优点，使得SBR在处理小城镇污水上显得格外突出。

1 实验方法

1.1 实验装置

实验用SBR反应器由不锈钢板材料制成，有效体积为1100L，进水管、排泥管、放空管均位于反应器底部，底部有3个砂芯曝气头，由空压机供给空气，SBR进水量由流量计控制，进气量、搅拌机由变频器控制，装置进水、排泥均有电动阀门控制，电动阀门、进水泵、排水泵、空压机、变频器的启闭由SBR装置PLC电控柜控制。

1.2 试验运行参数

试验期间运行方式以A/O/A模式运行，HRT为8h，初期采用进水20min，搅拌70min，曝气190min，搅拌120min，沉淀60min，出水20min，系统排泥曝气结束后进行。SBR反应器有效体积为1100L，SBR的排水比为50%，污泥浓度维持在2500mg/L-3000mg/L，污泥龄为15天，SBR连续水力停留时间为16h。经过一段时间的稳定运行更改工况为A/O/A模式多点进水，其中进水6min，搅拌81min，曝气190min，搅拌+进水123min （其中进水：3min）沉淀60min，出水20min，系统排泥曝气结束后进行。SBR的排水比为50%，污泥浓度维持在2500mg/L-3000mg/L，污泥龄为15天，SBR连续水力停留时间为16h。运行一段时间在调整为一点进水运行，SBR的排水比调整为30%。

1.3 实验水质

表1 试验进水水质

2 结果与分析

经过一段时间的运行进出水COD、TN、NH4--N、TP变化如图1-4所示。

图1是每隔一段时间对进出水COD浓度进行检测的结果，由图可以看出，试验期间进水COD浓度在130mg/L-720mg/L之间波动较大，进水平均COD浓度为325.72mg/L，出水COD浓度在21.25mg/L-46.83mg/L之间，出水水质达到城镇污水一级A排放标准，出水COD浓度平均值为32.97mg/L，经计算COD平均去除率为89.88%。图中竖线将数据分为三个区域第一段为HRT 8h，单点进水排水比50%，第二段为HRT 8h，两点进水排水比50%，第三段为HRT 8h，单点进水排水比30%，由图可以看出无论是排水比的变化还是进水方式的改变都对COD的去除影响不大，出水水质平稳均达到一级A排放标准。该运行工况COD去除原理跟单独曝气和A/O除磷模式以及A/O脱氮除磷模式都是有所差别的，该模式在A/O脱氮除磷模式的基础上又增加了一个A段缺氧反应阶段，从而一部分有机物会在新增加的缺氧段由于反硝化细菌的反硝化作用得到去除。图中进水COD波动较大，出水平稳，说明在A/O/A状态下SBR也具有较强的抗冲击负荷的能力。

图1 A/O/A模式进出水COD浓度及去除率

图2 是A/O/A模式下进出水TN浓度及去除率变化图，将图5-9反应阶段分为三个阶段第一段为HRT 8h，单点进水排水比50%，第二段为HRT 8h，两点进水排水比50%，第三段为HRT 8h，单点进水排水比30%，第一阶段进水TN浓度在20.75mg/L-60.25mg/L之间，平均进水TN为38.98mg/L，出水TN在6.5mg/L-20mg/L之间，平均出水TN为11.9mg/L，TN的平均去除率为68.46%，第二阶段进水TN浓度在44mg/L-49.75mg/L之间，平均进水TN为46.45mg/L，出水TN在12mg/L-14.88mg/L之间，平均出水TN为13mg/L，TN的平均去除率为71.94%，第三阶段进水TN浓度在45.5mg/L-48.75mg/L之间，平均进水TN为47.07mg/L，出水TN在8.5mg/L-16.88mg/L之间，平均出水TN为10.49mg/L，TN的平均去除率为77.72%，经过三个阶段的数据对比发现TN去除率第三种运行方式>第二种运行方式>第一种运行方式，分析原因是由于第一种运行方式由于在缺氧阶段溶解性COD含量很低，硝态氮基本没有多少被还原成N2，而两点进水方式在缺氧阶段使溶解性COD得到补充所以系统内硝态氮被还原成N2排出系统而进水总量跟单点进水一样后进水部分NH4--N未被转化为NO3--N，在后续的反应中去除不多，所以两点进水比单点进水方式TN去除率高但没有高出很多，第三种运行方式去除率高于第一种和第二种运行方式原因是由于排水比降低进水TN总量减少经过稀释作用TN浓度减少幅度大所以相比于前两种运行模式出水TN浓度低。

图2 A/O/A模式进出水TN浓度及去除率

图3 A/O/A模式进出水NH4--N浓度及去除率

图3 是A/O/A模式进出水NH4--N浓度及去除率变化图，图5-10反应阶段分为三个阶段第一段为单点进水排水比50%，第二段为两点进水排水比50%，第三段为单点进水排水比30%，第一阶段除去一个特殊点进水NH4--N浓度在24mg/L-29mg/L之间，平均进水NH4--N为26.9mg/L，出水NH4--N在0.16mg/L-2.42mg/L之间，平均出水NH4--N为0.83mg/L，NH4--N的平均去除率为97.07%，第二阶段进水NH4--N浓度在31.5mg/L-45.25mg/L之间，平均进水NH4--N为38.95mg/L，出水NH4--N在1.57mg/L-5.78mg/L之间，平均出水NH4--N为4.1mg/L，NH4--N的平均去除率为89.57%，第三阶段进水NH4--N浓度在32.25mg/L-38.75mg/L之间，平均进水NH4--N为35.58mg/L，平均出水NH4--N在0.5mg/L左右，NH4--N的平均去除率为98.6%，对比三个反应阶段数据可以发现第三阶段NH4--N的平均去除率>第一阶段NH4--N的平均去除率>第二阶段NH4--N的平均去除率，第三阶段跟第一阶段相比主要是由于在相同的好氧时间下由于第三阶段进水少于第一阶段，所以经过稀释作用混合均匀后第三阶段NH4--N浓度低于第一阶段NH4--N浓度，所以在相同的反应条件下如果转化同样浓度的NH4--N第三阶段的NH4--N去除率就比第一阶段要高。第二阶段跟第一阶段相比主要是由于第二阶段在好氧过程结束后又有一部分原水进入系统，而此时进入系统的NH4--N没有经过好氧转化，由于最后第一阶段和第二阶段进水体积相同而第二阶段还有一部分NH4--N未被转化，所以最后出水NH4--N浓度第二阶段高于第一阶段。

图4 A/O/A模式进出水TP浓度及去除率

图4 是A/O/A模式进出水TP浓度及去除率变化图，同样图中数据分为三部分第一部分单点进水排水比50%，第二部分两点进水排水比50%，第三部分单点进水排水比30%，第一部分进水TP浓度在1.9mg/L-6.6mg/L之间，平均进水TP为4.03mg/L，出水TP在0.1mg/L-1.4mg/L之间，平均出水TP为0.77mg/L，TP的平均去除率为74.25%，第二部分进水TP浓度在4.5mg/L-5.6mg/L之间，平均进水TP为5mg/L，出水TP在0.8mg/L-1.8mg/L之间，平均出水TP为1.38mg/L，TP的平均去除率为72.19%，第三部分进水TP浓度在3.4mg/L-4.5mg/L之间，平均进水TP为3.97mg/L，进水TP浓度在1.2mg/L-3.05mg/L之间，平均出水TP在2.36mg/L左右，TP的平均去除率为40.7%，从图中第一阶段可以看出开始时TP去除率很低在50%左右，而在反应末期TP的去除率上升到98%，这种变化的原因是，反应初期刚刚从A/O运行模式调整过来系统内反硝化细菌比例低系统内硝态氮转化率低，在厌氧反应初期由于反硝化细菌和聚磷菌之间的竞争作用使得磷的释放受到影响，从而在后期对磷的过量吸收产生影响，所以TP的去除率低，随着反应的进行系统内反硝化细菌变多，从而末期缺氧阶段反硝化比例升高，出水含硝态氮浓度很低，从而进水初期硝态氮浓度低，对聚磷的释放影响较小，所以在好氧阶段聚磷菌能够实现过量吸磷从而使TP浓度降低，在反应末期TP去除率升高到98%，第二阶段TP去除率逐渐降低是由于第一次进水是总进水量的2/3，进水有机物含量减少，在者由于进水体积减少响应的硝态氮浓度会升高，并且在缺氧阶段进入1/3的原水，由于碳源不足进水中硝态氮反硝化比例低所以反应初期系统内硝态氮含量高，由于反硝化细菌的竞争使得本来就不充足的碳源减少使得聚磷菌释磷受到影响，从而影响TP的去除效果，一直这样恶性循环下去，所以导致TP的去除率逐渐降低[3]。第三阶段TP去除也是持续下降主要是由于排水比降低系统内硝态氮的影响导致TP去除率降低。综上所述反应初期系统内硝态氮含量高的条件下会严重影响TP的去除。

3 结语

对于我国一部分小城镇及农村处理生活污水时，由于比较分散，不可能完全集中到一起进行处理，应用传统工艺由于流量小很难建设，而SBR则集整个反应过程于一体，对于农村污水的处理有好的发展前景。

在脱氮除磷模式下SBR以A/O/A模式运行出水达到城镇污水一级A排放标准，出水COD稳定，有较强的抗冲击负荷能力。排水比对SBR氮磷去除效果有较大影响，较小的排水比条件下有利于系统TN的去除，而较大的排水比对TP的去除，所以根据实际情况要不同的处理要求应该合理调整排水比，使处理效果能够达到最佳的状态。