Word版本，下載可自由編輯小流量分散型污水處理生物反應(yīng)器試驗(yàn)研究1引言(Introduction)簇?fù)砦鬯侵皋r(nóng)村社區(qū)、軍隊(duì)駐地、高速馬路服務(wù)區(qū)、機(jī)場、自立別墅區(qū)、旅游風(fēng)景區(qū)等地處郊區(qū)，分布簇?fù)?，無法納入市政管網(wǎng)籠罩范圍的特定區(qū)域產(chǎn)生的污水，這類污水具有水量小、排放簇?fù)?、水質(zhì)水量波動(dòng)較大、可生化性好等特點(diǎn)(陳書雪等，2023;呂錫武，2023;陳呂軍，2023;陳汗龍等，2023).簇?fù)砦鬯幌嘁伺e行集中處理，應(yīng)舉行就地處理，就地回用.

按照水量及收集方式的不同，簇?fù)硎轿鬯幚碛胁煌奶幚硪?guī)模，如在農(nóng)村污水處理中，可分為單戶污水簇?fù)硎占幚砟Ｊ?、?lián)戶污水簇?fù)硎占幚砟Ｊ胶痛迓湮鬯惺占幚砟Ｊ?Libralatoetal.,2023;王陽等，2023).因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐幼∏闆r和經(jīng)濟(jì)狀況不同，對污水處理設(shè)施的挑選也不相同.

當(dāng)前小流量簇?fù)砦鬯Ｓ玫纳锬し?、穩(wěn)定塘、氧化塘、人工濕地等處理工藝，對污染物的減少有一定的作用，但也面臨著諸多問題.比如，穩(wěn)定塘占地面積大、污泥簡單淤積(劉云國等，2023);人工濕地普通不宜直接處理較高濃度的生活污水，并存在水力負(fù)荷低、占地面積大、易受氣候和溫度影響等問題(劉峰等，2023;孫宗建等，2023);凈化槽工藝雖對污水中COD、BOD和NH4+-N等具有較好的處理效果，但設(shè)計(jì)中較少考慮TN和TP的去除(王昶等，2023);而生物接觸氧化法的填料造價(jià)高，增強(qiáng)了投資，另外對生物接觸池內(nèi)布水、布?xì)獾膭蚍Q性有一定要求(趙賢慧等，2023).隨著更嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，對總磷、總氮等污染物的處理要求也進(jìn)一步提高，以往簇?fù)硎轿鬯幚碓O(shè)施很難滿足新的要求.

延續(xù)流間歇曝氣工藝在國內(nèi)外均有討論，相對于傳統(tǒng)活性污泥工藝，間歇曝氣工藝可以削減反硝化過程中對碳源的需求，適用于低C/N污水的脫氮(Haoetal.,1996;Fulazzakyetal.,2023).Insel等(2023)討論認(rèn)為，曝氣停曝的循環(huán)時(shí)光和其中曝氣時(shí)光的占比對囫圇反應(yīng)脫氮的過程有重要影響.國內(nèi)對間歇曝氣工藝的討論多集中在現(xiàn)有污水處理廠的提標(biāo)改造及處理過程中的控制參數(shù)上，如張雯等(2023)討論了間歇曝氣和延續(xù)曝氣對徹低混合反應(yīng)器脫氮性能的影響，指出間歇曝氣時(shí)，因?yàn)閰捬蹼A段有利于異養(yǎng)型兼性厭氧菌的代謝活動(dòng)，故反硝化舉行得較為徹底，對總氮的去除率可以維持在70%以上.金春姬等(2023)對低C/N污水舉行間歇曝氣工藝處理，考察了間歇曝氣周期對污水脫氮的影響，認(rèn)為曝氣時(shí)光應(yīng)按照進(jìn)水氨氮負(fù)荷保持在0.5h以上，攪拌缺氧的時(shí)光應(yīng)當(dāng)控制在1h左右.喬海兵等(2023)利用對延續(xù)流間歇曝氣氧化溝的討論，指出循環(huán)周期越小，好氧和缺氧交替頻率越高，系統(tǒng)中的DO水平相對較高，有利于硝化，同時(shí)也有利于消退停氣期的短流影響;隨著曝氣時(shí)光占比的降低，停氣時(shí)光的增強(qiáng)，進(jìn)水中的有機(jī)物進(jìn)入溝內(nèi)，作為反硝化的外加碳源，從而使反硝化速率加快.然而，對于簇?fù)硎降拈g歇式曝氣活性污泥工藝應(yīng)用于簇?fù)硎轿鬯幚磉€鮮有報(bào)道.因?yàn)樘幚沓杀炯八克|(zhì)條件的制約，討論處理量小、能耗較低的間歇曝氣反應(yīng)器的處理效能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

本文利用對應(yīng)用于簇?fù)硇臀鬯幚淼拈g歇曝氣生物反應(yīng)器舉行生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)討論，考察生物反應(yīng)器去除COD、氮、磷的效果，以期為其在簇?fù)硎轿鬯幚磉^程中的應(yīng)用提供建議.

2材料與辦法(Materialandmethods)

2.1試驗(yàn)裝置

延續(xù)流間歇曝氣前缺氧生物反應(yīng)器(以下簡稱“生物反應(yīng)器”)按照課題組前期討論成績設(shè)計(jì)加工(Liuetal.,2023;Liuetal.,2023)，詳細(xì)如圖1所示.生物反應(yīng)器整裝在一個(gè)集裝箱內(nèi)，總?cè)莘e為27.6m3，其中，混合池為3.2m3，間歇曝氣池為19m3，污泥截留池為2.2m3，終沉池為1.9m3.污水進(jìn)入混合池舉行混合后進(jìn)入間歇曝氣池.間歇曝氣池運(yùn)用溶氧儀在線控制裝置和中控電路(PLC)控制曝氣強(qiáng)度和曝氣時(shí)光比.間歇曝氣池與混合池之間利用內(nèi)回流管路相連，利用調(diào)整回流流量控制混合液回流比.污水流經(jīng)間歇曝氣池后，經(jīng)折板或細(xì)管與污泥截留池相連，泥水混合物在截流池舉行泥水分別澄清后，上清液流入終沉池舉行進(jìn)一步澄清并外排，截留的污泥利用污泥回流裝置返回到間歇曝氣池，可使間歇曝氣池保持較高的污泥濃度.終沉池設(shè)置污泥排出裝置，將全部沉淀的剩余污泥排出.可利用控制排泥時(shí)光，達(dá)到控制污泥停歇時(shí)光的目的.

圖1生物反應(yīng)器暗示圖

生物反應(yīng)器間歇曝氣池利用PLC自動(dòng)控制曝氣和停曝時(shí)光，實(shí)現(xiàn)間歇式曝氣.曝氣階段溶解氧濃度由溶氧儀(型號(hào)：WTWIQSensorNet2023XTController)控制.當(dāng)曝氣后溶解氧的濃度達(dá)到設(shè)定上限值(如2.5mg˙L-1)時(shí)，曝氣風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止曝氣，此時(shí)混合裝置自動(dòng)開啟，生物反應(yīng)器中生物消耗溶氧.當(dāng)溶解氧濃度下降到設(shè)定下限值(如0.5mg˙L-1)時(shí)，曝氣風(fēng)機(jī)自動(dòng)開啟，舉行鼓風(fēng)曝氣.本討論中利用調(diào)整曝氣時(shí)光比、混合液回流比、HRT等組合工況條件，考察了該生物反應(yīng)器去除COD、氮、磷效果.每個(gè)工況維持至少15d，其中，工況Ⅵ維持30d以上，工況Ⅶ維持3個(gè)月.工況條件如表1所示.

2.2試驗(yàn)用水

試驗(yàn)污水取自山東省日照市某市政生活污水處理廠曝氣沉砂池，經(jīng)提高泵進(jìn)入反應(yīng)裝置.生物反應(yīng)器接種污泥取自此污水廠氧化溝.反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如表2所示.

2.3分析項(xiàng)目及辦法

污水進(jìn)出水樣品混合勻稱后測定其總COD、總氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、硝酸鹽氮(NO3--N)、總磷(TP)，上述各指標(biāo)所采納的Hach水質(zhì)分析法的序號(hào)分離為8000、10072、10031、10020、8190.反應(yīng)池中污泥濃度(MLSS)采納分量法測定，pH使用便攜式pH計(jì)(WTWMulti3220)測定.

3結(jié)果與研究(Resultsanddiscussion)

3.1生物反應(yīng)器內(nèi)溶解氧濃度變化

生物反應(yīng)器間歇曝氣池中溶解氧在一個(gè)間歇曝氣周期隨時(shí)光變化狀況如圖2所示.曝氣階段，池中平均溶解氧濃度由圖中水平虛線標(biāo)示.以工況Ⅰ為例，曝氣開頭時(shí)，池中溶解氧濃度升高，當(dāng)達(dá)到曝氣上限2.5mg˙L-1時(shí)，曝氣泵停止工作;當(dāng)溶解氧達(dá)到設(shè)定下限0.5mg˙L-1時(shí)，曝氣泵自動(dòng)開啟.如此循環(huán)往復(fù)，直到曝氣周期停止，池中平均溶解氧濃度為1.64mg˙L-1.當(dāng)曝氣階段結(jié)束，進(jìn)入停曝混合階段，溶解氧需要被消耗10~20min才干進(jìn)入缺氧階段.傳統(tǒng)活性污泥法要求曝氣池溶解氧濃度不小2.0mg˙L-1，以保證硝化反應(yīng)的徹低.討論表明，降低反應(yīng)器溶解氧濃度，可以減小曝氣能耗，如將曝氣溶解氧濃度控制在0.5mg˙L-1，據(jù)估量將節(jié)省10%的運(yùn)行能耗(Liuetal.,2023).同時(shí)低溶解氧濃度可以促使反應(yīng)器中菌群變化，增進(jìn)同步硝化反硝化的舉行，提高TN去除率(呂錫武等，2023;吳昌永等，2023;Liuetal.,2023).

圖2不同曝氣和停曝時(shí)長曝氣區(qū)溶解氧濃度的變化

3.2生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度(MLSS)及污泥體積指數(shù)(SVI)變化狀況

生物反應(yīng)器在運(yùn)行期間未從反應(yīng)區(qū)主動(dòng)舉行排泥，系統(tǒng)內(nèi)的MLSS是常規(guī)活性污泥污水廠的4倍，可以穩(wěn)定達(dá)到10000mg˙L-1以上(圖3).污泥經(jīng)過截留池的沉降，利用污泥回流裝置回到曝氣池，因此，較重的污泥經(jīng)過自動(dòng)重力遴選保留在生物反應(yīng)器中.終沉池只對出水舉行澄清，產(chǎn)生的污泥量很少，可以利用排泥裝置排出.MLSS在接種后開頭快速升高，20d左右達(dá)到10000mg˙L-1左右.工況Ⅲ因?yàn)樵O(shè)備重新移動(dòng)，使得污泥量削減，但之后很快重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).污泥體積指數(shù)逐漸升高并穩(wěn)定在80~100mL˙g-1，顯示出良好的污泥沉降性能.在工況Ⅴ和Ⅵ，生物反應(yīng)器中平均水溫降至10℃以下，沒有浮現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，這與前期討論的結(jié)果全都(Liuetal.,2023).工況Ⅶ進(jìn)入春、夏季，溫度回升，MLSS達(dá)到12000mg˙L-1以上，并隨著污泥量的增多，其污泥體積指數(shù)略有下降.

圖3生物反應(yīng)器中污泥濃度及污泥沉降指數(shù)比較

3.3對COD的去除效果

生物反應(yīng)器對COD的去除效果見圖4，各工況的出水COD見表3.可以看出，進(jìn)水COD波動(dòng)較大，但生物反應(yīng)器對COD的去除率在運(yùn)行期間穩(wěn)定達(dá)到90%以上.生物反應(yīng)器中可以維持很高的污泥濃度，保證其面向水質(zhì)波動(dòng)變化時(shí)具有較好的適應(yīng)能力.調(diào)節(jié)工況后對COD的去除效果影響不大，可能是由于異養(yǎng)菌對溶解氧的親和力強(qiáng)于自養(yǎng)菌，因此，在溶解氧較低的狀態(tài)下，異養(yǎng)菌將會(huì)領(lǐng)先通過氧氣舉行代謝活動(dòng)，可以較好地代謝水中的COD(殷峻等，2023).

圖4生物反應(yīng)器進(jìn)出水COD及去除率

3.4對氮的去除效果

對于NH4+-N的去除，生物反應(yīng)器在接種后短時(shí)光內(nèi)即達(dá)到良好的硝化效果(圖5a).工況Ⅰ的曝氣階段平均溶解氧濃度為1.64mg˙L-1，時(shí)長為60min，良好的硝化效果顯示其曝氣量充沛，使曝氣階段污水中的氨氮達(dá)到充分轉(zhuǎn)化.而在停曝混合階段(時(shí)長60min)，進(jìn)水的氨氮由于生物反應(yīng)器的稀釋作用，沒有在出水中堆積，使得氨氮達(dá)到較好的去除效率，在90%以上.但出水TN因?yàn)镹H4+-N轉(zhuǎn)化為NO3--N，并沒很好地從系統(tǒng)中脫除，TN出水濃度在20mg˙L-1左右(表3)，去除率在40%左右(圖5c).隨后調(diào)節(jié)停曝時(shí)光至90min(工況Ⅱ)，這時(shí)曝氣時(shí)光比降為0.47(表1)，NH4+-N去除略有波動(dòng)仍可保持在90%以上，脫氮效率略有提升.當(dāng)調(diào)節(jié)至工況Ⅲ時(shí)，停曝時(shí)光增長至150min，曝氣時(shí)光比進(jìn)一步下降至0.33.停曝時(shí)光的加長及污泥量變化使生物反應(yīng)器中硝化反應(yīng)受到影響，出水的NH4+-N提升，而NO3--N進(jìn)一步降低.因?yàn)樯锓磻?yīng)器反硝化作用的加強(qiáng)，脫氮效率進(jìn)一步提高至50%.在進(jìn)水流量一定時(shí)，可利用調(diào)整曝氣時(shí)光比、增強(qiáng)停曝時(shí)光，提升系統(tǒng)反硝化效率，進(jìn)而提升脫氮效率.需要注重的是，曝氣時(shí)光過短會(huì)造成NH4+-N氧化不充分，出水NH4+-N濃度增強(qiáng)，而過長會(huì)造成反硝化階段沒有足夠的碳源舉行反硝化.

圖5生物反應(yīng)器運(yùn)行進(jìn)出水NH4+-N(a)、NO3--N(b)、TN(c)濃度及去除率

隨后工況Ⅳ削減停曝時(shí)光至90min，曝氣時(shí)光比為0.53，調(diào)低混合液回流比至1.5，生物反應(yīng)器維持穩(wěn)定的氨氮去除效果，脫氮效率約為55%~60%.與前期工況Ⅱ相比，該工況在保證硝化效果的狀況下，脫氮效率有一定的提高.這是由于減小混合液回流后，回到混合池的混合液攜帶的溶解氧削減，使混合池維持較好的缺氧條件，提高反硝化效果.詳細(xì)聯(lián)系污水寶或參見http://.更多相關(guān)技術(shù)文檔。

考慮到曝氣過大會(huì)影響脫氮效果，隨后工況Ⅴ減低曝氣上限設(shè)定值至1.5mg˙L-1，間歇曝氣池的平均DO濃度降為0.88mg˙L-1，同時(shí)調(diào)整流量至50m3˙d-1，調(diào)長停曝時(shí)光為110min，曝氣時(shí)光比為0.41.此時(shí)出水NH4+-N濃度顯然上升，運(yùn)行階段平均濃度為(10.0±4.3)mg˙L-1(表3).因?yàn)槌刂衅骄鵇O濃度降低、HRT減小、曝氣時(shí)光比減小，一方面使得NH4+-N硝化反應(yīng)沒有徹低，另一方面使得NH4+-N在較長的缺氧時(shí)段堆積.NO3--N濃度較前期工況顯然降低，TN的去除率略有下降.考慮到冬季微生物的活性較低，為保持較好的硝化效果，調(diào)節(jié)為工況Ⅵ，降低了進(jìn)水流量并增強(qiáng)了曝氣時(shí)長.雖曝氣時(shí)光比增長為0.48并提升了HRT，但硝化沒有徹低，NH4+-N的去除效果波動(dòng)，出水TN仍維持在17~22mg˙L-1，去除率約為50%~70%.當(dāng)水量變化時(shí)，水量的大小影響到養(yǎng)分物質(zhì)輸送的多少，在一定污泥量和呼吸強(qiáng)度狀況下，水量會(huì)對出水效果有影響，因此，需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整間歇曝氣時(shí)光比來保證處理效果.冬季脫氮效率的減小，可以利用延伸曝氣時(shí)光和污泥齡的方式舉行一定的補(bǔ)償，提升硝化效率，但總氮的脫除仍然受一定的影響，可以考慮添加一定的碳源物質(zhì)舉行補(bǔ)充.

隨后工況Ⅶ將停曝時(shí)光稍降低，間歇曝氣池中平均溶解氧濃度為1.0mg˙L-1，保持曝氣時(shí)長，繼續(xù)監(jiān)測處理效果3個(gè)月.隨著運(yùn)行時(shí)光的加長，生物反應(yīng)器中種群達(dá)到穩(wěn)定，出水NH4+-N、TN都可以達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2023)中的一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，NH4+-N去除率在90%以上，TN去除率在70%~80%.對照工況Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ與前期工況Ⅰ、Ⅱ、Ⅱ，當(dāng)進(jìn)水流量上升時(shí)，可利用同時(shí)增強(qiáng)曝氣時(shí)光比與循環(huán)時(shí)長來提升脫氮效率.

Dey等(2023)利用模擬間歇曝氣生物反應(yīng)器發(fā)覺，這類反應(yīng)器最佳曝氣時(shí)長應(yīng)當(dāng)占囫圇循環(huán)周期的50%~60%，而最佳的循環(huán)周期應(yīng)當(dāng)控制在2~3h范圍內(nèi)，在此條件下可以達(dá)到較好的脫氮效果.另外，較高的污泥濃度可以增進(jìn)反應(yīng)器中反硝化的舉行，Sarioglu等(2023)利用對MBR同步硝化反硝化的討論，提出當(dāng)反應(yīng)器中污泥濃度達(dá)到較高水平常(25000~30000mg˙L-1)，污泥的衰減可以支持內(nèi)源反硝化;另一方面，較高濃度的污泥可以聚攏形成內(nèi)部的缺氧區(qū)，可以增進(jìn)同步硝化反硝化的舉行.本討論得到結(jié)果與以上討論結(jié)論相近，差別主要來自于實(shí)際應(yīng)用中污泥濃度與菌群的不同，以及試驗(yàn)環(huán)境和工況條件的不同.

3.5對磷的去除效果

生物反應(yīng)器在運(yùn)行期間未從反應(yīng)區(qū)主動(dòng)排泥，沉淀剩余污泥由終沉池排出，經(jīng)由產(chǎn)泥系數(shù)及污泥量計(jì)算，生物反應(yīng)器SRT約為50d.在秋、冬運(yùn)行期間(工況Ⅰ~Ⅵ)，出水的總磷濃度平均約為1.65mg˙L-1(表3)，對總磷的去除效果約為60%.工況Ⅶ，磷的進(jìn)水濃度有較大的提高，但出水濃度卻逐漸降至1mg˙L-1以下，滿足國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)B標(biāo)準(zhǔn).隨著生物反應(yīng)器中污泥濃度的提高，去除率達(dá)到80%以上.按照前期討論，間歇曝氣可在混合池創(chuàng)造厭氧和缺