生活污水SBR处理工艺运行条件优化实验研究

　　随着我国城市化的不断发展，生活污水的排放量越来越大，与之相应,对城市污水处理设施的需求也越来越大，寻求高效、经济、稳定的生活污水处理设施已经成为水处理技术的发展热点[1]。序批式活性污泥反应器(Sequencing Batch Reactor, SBR) 由于工艺流程简单、处理效果稳定、占地面积小、节省费用、耐冲击负荷强以及能够脱氮除磷等优点，深受中小城市污水处理单位的欢迎[2~4]。但是，由于传统SBR工艺是分批地处理污水，处理水量受到限制，因此有必要对其工艺条件进行优化，合理缩短处理时间。本试验主要考察不同曝气工况与处理效果的关系，研究有机物的降解规律，寻求最短的处理时间，确定SBR运行的最佳方式。

　　 1 试验装置与方法

　　1.1 试验装置

　　模型反应器用有机玻璃制成，尺寸为：40 cm×40 cm×50 cm，总容积80 L，有效容积50 L，由鼓风机提供空气，两根微孔管曝气，空气转子流量计控制气流量；电机搅拌，电子调压器控制搅拌速度，如图1所示。

　　进水和出水人工控制，反应、沉淀和空置各周期时间人工控制。

　　1.2 试验菌种和污水水质

　　试验所用的活性污泥菌种取自广州猎德污水厂回流污泥，经过20 d驯化之后而得到试验用活性污泥。试验用污水成分水质见表1。

　　表1 人工配水成分水质表

成分	浓度(mg/L)	水质指标	数值
淀粉	50	COD(mg/L)	179~508
葡萄糖	100	pH	6.5~7.5
磷酸二氢钾	6.58	温度(℃)	19~25
氯化铵	28.66

　　1.3 试验方法

　　COD的测定采用快速催化氧化法。

　　试验采用经典SBR运行方式，即由进水、反应、沉淀、排水、闲置5个工序构成一个周期。试验分以下4个部分：（1）通过控制体系在不同的曝气工况下运行，监测有机物的降解效果，找出最佳曝气工况；（2）研究COD随时间的降解规律；（3）通过测定不同沉淀时间下的沉淀效果，确定最佳沉淀时间；（4）研究pH对反应的影响，确定体系运行的适宜pH范围。

　　 2 结果与分析

　　2.1 曝气工况参数选择试验

　　表2 曝气因素试验

工况	时间(h)
好氧	缺氧	总反应历时	沉淀历时
1	4	4	8	1
2	4	3	7	1
3	3	4	7	1
4	2.25	4.25	6.5	1
5	3	3	6	1
6	1.5	4.5	6	1
7	2	3	5	1
8	1.5	3	4.5	1
9	1.5	2.5	4	1
10	1	3	4	1
11	1	3	4	1

　　试验目的是找出SBR工艺运行过程中影响COD去除率的主要因素及确定较理想的运行方式组合。在试验中，选取曝气时间、缺氧时间、总反应时间等影响处理效果的主要因素进行试验，各因素的取值见表2；以COD的去除率为考核指标，试验结果见表3。

　　表3 曝气因素试验结果

工况	进水COD（mg/L）	出水COD（mg/L）	COD去除率(%)
1	240.74	35.65	85.19
2	460.76	37.05	91.96
3	179.65	35.76	80.09
4	356.02	43.74	87.71
5	460.76	38.40	91.67
6	482.85	40.17	91.68
7	436.14	50.52	88.42
8	508.61	45.42	91.07
9	445.47	46.27	89.61
10	482.85	45.76	90.52
11	474.03	49.31	89.60

　　从试验结果得知，上述影响SBR工艺处理效果的因素从主到次依次为曝气时间、缺氧时间。曝气时间是影响处理效果最主要的因素。结果表明，曝气1 h，缺氧3 h，COD去除率即可高达90%以上，这说明在SBR工艺中，COD能在较短的曝气时间内去除;各工况的出水都在35~51 mg/L，均低于国家一级排放标准（城镇二级污水处理厂COD排放标准为60 mg/L,GB8978-1996）。曝气4 h COD去除率可高达91.96%，但太长的反应时间会影响处理量、且在节能降耗方面不可取，因而曝气时间不能太长。由试验得出的最佳曝气工况为曝气1.5 h，缺氧3 h，总反应时间4.5 h。

　　2.2 COD随时间的降解规律

　　试验中采用瞬间进水的方式，曝气与缺氧交替进行，曝气时间2 h，缺氧时间3 h，总反应时间5 h，在反应时间分别为0（进水），1、2、3、4、5 h取样100 mL，均沉淀1 h后再测定COD。共进行了二组试验，结果见表4和图2。

　　 表4 COD 降解过程试验结果 mg/L

反应时间(h)	0	1	2	3	4	5
组次1	440.00	161.50	108.17	64.37	54.25	50.52
组次2	508.61	162.33	88.48	50.33	45.42	47.58

　　由图2可见，在反应开始的1 h内，COD降低迅速，这是由于活性污泥的吸附作用和微生物经闲置期活性恢复到最大，产生较大的降解速率。1 h后由于底质浓度越来越小，反应速率越来越慢。到5 h时COD下降到50 mg/L以下，COD去除率达到88%以上。

好氧(h)	缺氧(h)	总反应时间(h)	进水COD（mg/L）	出水COD（mg/L）	去除率 (%)
4	4	8	240.74	35.65	85.19
4	3	7	460.76	37.05	91.96
2.25	4.25	6.5	356.02	43.74	87.71
1.5	4.5	6	482.85	40.17	91.68
2	3	5	436.14	50.52	88.42
1.5	3	4.5	508.61	45.42	91.07
1	3	4	482.85	45.76	90.52

　　从表5可见，4 h以上的处理时间得到的处理效果并无明显差别。为节约处理时间，增大系统的处理水量，应把总反应时间控制在5 h内。

　　综合以上两方面试验结果，把总反应时间确定为4~5 h，具体可根据进水浓度和出水要求进行选择。

　　2.3 最佳沉淀时间选择试验

　　分别在曝气3 h和4 h后，开始沉淀并计时，分别于15、25、40、55、65、80、100、120 min在反应器中取样，取样位置为水面以下3 cm。然后，测试上清液的COD浓度，测试结果见图3。

　　从表6可见，在运行过程中污水的pH基本保持在中性范围，同时存在一定的波动，这是由于反应器内好氧和缺氧交替出现，微生物降解有机物分别生成不同的产物，缺氧状态下微生物降解有机物不彻底，生成有机酸，使pH降低；曝气时有机酸降解完全，生成CO2逸出水面使pH有一定程度的恢复。

　　2.4 体系运行的适宜pH范围

　　为确定体系运行的适宜pH范围，进行一系列试验，瞬间进水，曝气时间1.5 h，缺氧时间2.5 h，总反应时间4 h，曝气分3个阶段，每个阶段30 min，沉淀时间1 h。控制pH为5、6、7、8、9，试验结果如表7所示。

　　 表7 pH 范围选择试验

pH	5.05	6.11	7.05	8.01	8.99
进水COD(mg/L)	575.80	477.24	445.47	240.54	562.67
出水COD(mg/L)	131.60	75.37	46.27	61.01	113.32

　　污水呈中性有利于微生物降解有机物，试验结果显示体系运行的适宜pH范围为6.5~7.5。

　　 3 结论

　　在本试验中，SBR的处理效果好，在最优工艺运行条件下，出水COD为45.42 mg/L,达到国家一级排放标准，COD的去除率高达91.07%。在曝气3 h的条件下，可得到COD为38.4 mg/L的良好出水水质。

　　本试验得到的COD降解规律为：在反应开始的1h内，COD迅速降低，1 h后由于底物浓度越来越小，反应速率越来越小，到5 h降解反应基本结束。

　　本试验得到的SBR最优工艺运行条件为：曝气时间1.5h，缺氧时间3 h，沉淀时间1 h，排水时间0.5 h，周期5 h；交替式曝气；pH为6.5~7.5。该工艺条件周期短，有利于处理更多的污水；同时采用交替式曝气，提高了空气利用率，曝气时间短，节约气量。