SBR工艺运行方式对脱氮规律的影响

马博雅，姜宇妮，赵瑞泽，李金英＊，杨春维，2

（1.吉林师范大学 环境科学与工程学院，吉林 四平 136000；2.吉林师范大学 吉林省高校环境材料与污染控制重点实验室，吉林 四平 136000；3.吉林师范大学 物理学院，吉林 四平 136000）

随着我国水环境保护力度的加大，污水中氮的脱除成为目前污水处理厂改造的重点[1-3]。氮元素在常规污水处理工艺中的转化路径目前已经基本明晰[4]，即在好氧条件下，污水中的有机氮转化为氨态氮（N-NH3），然后通过硝化反应，N-NH3转化为亚硝态氮（N-NO2-）和硝态氮（N-NO3-）[5]，最后在缺氧状态下，反硝化菌将NO3-和NO2-还原为氮气[6]。而在众多污水处理工艺中，序批式活性污泥工艺（SBR）具有流程简单、运行方式灵活、费用低、效果好、耐冲击负荷强等特点，因此得到了广泛应用[7-9]。但是，该技术工序组成与脱氮效果的规律仍有待进一步检验。本研究以吉林省某市城市污水为研究对象，探讨了SBR工艺工序对污水中氨氮、硝态氮和总氮的变化趋势影响，得到了最佳脱氮工序组合方式，为SBR工艺的运行提供了一定的经验和借鉴。

1 实验部分

1.1 药品及仪器

葡萄糖、蛋白胨、KNO3、NH3Cl、KH2PO4、H2SO4、KI、NaOH，以上药品均为分析纯。分析天平，FA2004A，上海天平仪器厂；紫外可见分光光度计，TU-1810，上海光谱仪器有限公司；多功能水参数测定仪，HI839800，美国哈纳仪器有限公司；电热干燥箱，202-1，江苏省东白县电器厂；溶解氧测定仪，HI9146，美国哈纳仪器有限公司；显微镜，XS-18，上海仪圆光学仪器厂。实验采用上海同广科教仪器有限公司TG-277 型SBR 式污水处理实验装置进行污泥培养和实验研究，SBR 反应池尺寸为58 cm×32 cm×32 cm，有效容积为45.24 L，采用电脑控制各反应工序进行。

1.2 测试方法

废水化学需氧量（COD）、N-NH3、总氮用多功能水参数测定仪确定，溶解氧（DO）采用溶解氧测定仪确定，污泥半小时沉降比（SV）、污泥质量浓度（MLSS）、污泥体积指数（SVI）值采用常规标准方法确定[10]。

1.3 污泥培养

采用吉林省某市污水处理厂剩余污泥作为接种污泥，反应器放入某市实际市政污水，开始持续曝气培养活性污泥。接种曝气两周后，每天设3 个周期，每个周期的为8 h，即进水同时搅拌0.5 h，曝气运行6 h，沉淀0.5 h，排水0.5 h，排水后静置0.5 h，完成一个反应周期。在培养过程中测试污水进出水COD、曝气池DO、污泥SV、MLSS、SVI、N-NH3、N-NO3-等参数，同时显微镜观察生物相。培养25 d 后，污泥质量浓度可达3.0 g·L-1左右，SV为16%，每天排出8 g 污泥，SVI 值为50 左右，显微镜镜检结果如图1所示。可见，经过10 d 的培养，活性污泥已经基本成熟，可以进行下一步实验研究。

图1 活性污泥培养驯化过程镜检图（放大160 倍）

1.4 研究方法

实验具体考察了3 种不同工序对废水中氮元素转化规律的影响，具体工序安排如表1所示。

表1 研究中3 种SBR 工序对比

2 结果与讨论

经过为期25 d 的污泥培养和27 d 的实验研究，本研究SBR工艺的COD、总氮去除规律结果如图2所示。由图2 可知，虽然3 种工序均具有较好的脱氮效果，但是相比之下，工序2 具有较为稳定的COD去除效果和总氮脱除效率，当进水总氮由7.63 mg·L-1增至76.45 mg·L-1时，其总氮去除率可以维持在95%左右，出水总氮低于1.5 mg·L-1。因为工序2 设定进5 h 的强化曝气反应时间，因此其氨氮去除也较为稳定，其结果如图3所示。

图2 不同SBR 工序条件下COD 及总氮去除规律

当进水氨氮在10～70 mg·L-1范围内波动时，其出水氨氮为维持在1.0 mg·L-1以下，去除率高于95%。而且与其他两种工序相比，具有较好的抗冲击负荷的能力。硝态氮变化规律如图4所示，其结果表明，工序2 中两段缺氧反硝化过程其反硝化能力较强，其脱氮效果受进水硝态氮影响不大。

图3 不同SBR 工序条件下氨氮去除规律

图4 不同SBR 工序中N-NO3-去除规律

图5 不同SBR 工序运行中污泥的特性变化规律

3 结论

SBR工艺在处理城市生活污水具有较好的脱氮特性，且不同运行工序对其脱氮效果和稳定性有一定的影响。本研究结果指出，选择二段脱氮强化工序，即：进水（水下机械搅拌）0.5 h-曝气5 h-水下机械搅拌1 h-沉淀0.5 h-排水0.5 h-闲置0.5 h 的工序，对水中氨氮及总氮的去除均有促进效果，当进水总氮在7.63～76.45 mg·L-1范围内时，该工序SBR工艺可以实现总氮95%以上的去除率，其出水总氮可维持在1.5 mg·L-1以下。该工序具有较好的抗总氮负荷冲击的能力，适合在实际含氮污水处理中应用与推广。