SBR法处理城市污水的脱氮除磷功效

张可方，张朝升，方茜，伍小军，周莉萍，谭小萍
(广州大学<广园校区>环境工程系，广东广州510405)

　　摘要：采用SBR工艺对广州的城市污水进行了生物脱氮除磷试验研究。结果表明：在碳、氮、磷比例不理想的情况下，达到了既去除有机物又能脱氮除磷的效果。当总停留时间控制在4.5～5.5h、污泥负荷为0.14～0.26kgBOD₅/(kgMLSS·d)时，出水BOD5浓度为5.12～13.62mg/L，去除率达85%～93%；出水COD浓度为10.7～32.2 mg/L，去除率达82%～88%；出水NH3-N浓度为2.83～9.23 mg/L，去除率达53%～87%；出水TP浓度为0.1～0.45 mg/L，去除率达85%～99%。
　　关键词：城市污水；SBR；脱氮除磷
　　中图分类号：X703.1
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2001)11-0017-04

Efficiency of SBR Process in Removal of Nitrogen and Phosphorus from MunicipalWastewater

ZHANG Ke-fang,ZHANG Chao-sheng,FANG Qian,WU Xiao-jun,ZHOU Li-ping,TAN Xiao-ping
(Department of Environmental Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510405,China)

　　Abstract：Study was made on the use of SBR process for biological removal of nitrogen and phosphorus from municipal wastewater in Guangzhou city.The result showed that atundesirable proportion of C∶N∶P,removal of both organic matters and N-P can be achieved.When total HRT is controlled at 4.5～5.5 h and sludge load is 0.14～0.26 kgBOD5/(kgMLSS·d),the removal rate of BOD5,COD,NH3-N,and TP is respectively 85%～93%,82%～88%,53%～87% and 85%～99% as their effluent　concentration is successively in the range of 5.12～13.62mg/L,10.7～32.2mg/L,2.83～9.23mg/L,and 0.1～0.45mg/L.
　　Keywords:municipal wastewater;SBR;removal of nitrogen and phosphorus

　　在SBR法处理城市污水的实际运行过程中，经常出现脱氮效果好时除磷效果差、除磷效果好时脱氮效果不佳的情况，而若要同时满足高效脱氮除磷的要求，就需要控制影响工艺有效运行、相互制约的各种因素，而其中最主要的制约因素就是污泥龄。如果在SBR处理工艺中能选择一个最佳泥龄，同时控制好其他环境因素，使各制约因素得到统一，则脱氮除磷就会取得较好的效果。

1　试验内容与方法

　　SBR反应器由有机玻璃制成，总容积为47.4L，有效容积为42.8L。采用穿孔管布气、空压机曝气，其流程见图1。

　　前期试验使用配水，后期则取广州市某河涌的城市污水。反应器中的污泥取自大坦沙污水厂，然后进行培养驯化。城市污水水质见表1，试验运行方式及参数分别见表2、3。

表1　河涌污水水质　　　　　mg/L COD 86～166.7 BOD₅ 44.7～85.0 TN 19.8～26.5 TP 1.6～7.1 NH₃^-N 17.8～25.0 NO₃^-N 0.06 NO₂^-N 未检出 SS 38.5～126.0

表2　　试验运行方式 运行方式 反应过程 停留时间(h) 进水(厌氧) 反硝化、释放磷 1.0 曝气(好氧) 降解有机物、硝化、吸收磷 2.0～3.0 沉淀 悬浮物及污泥沉淀 1.0 排水 处理后的水排放 0.5

表3　　试验运行参数 反应器有效容积(L) 42.8 进水量(L/周期) 31.7 污泥负荷［kgBOD₅/(kgMLSS·d)］ 0.14～0.26 停留时间(h/周期) 4.5～5.5 MLSS(mg/L) 1720～2010

　　共进行了5种工况的运行试验，表3是最佳工况、稳定运行时的参数。水质分析方法均采用国家标准分析方法。

2　结果与讨论

2.1SBR工艺的处理效果
　　SBR工艺的处理效果见表4，其出水的COD、BOD₅、TP、NH₃-N浓度都达到了国家及广州市的排放标准(COD=60 g/L、BOD5=20mg/L、TP=0.5mg/L、NH₃-N=10mg/L)。SBR工艺对广州市城市污水的处理效果很好，特别是磷的处理效果更为突出。进水磷浓度为1.6～7.1mg/L时，出水磷浓度在0.1～0.45mg/L之间，去除率为85%～99%。

表4　SBR工艺的处理效果 项目 进水浓度(mg/L) 出水浓度(mg/L) 去除率(%) COD 86.0～250.0 10.7～32.2 82～88 BOD₅ 44.7～127.6 5.2～13.6 85～93 TN1 9.7～26.5 13.5～15.2 33～39 NH₃-N 15.0～25.4 2.83～9.23 53～87 TP 1.6～7.1 0.1～0.45 85～99 注：此系最佳工况运行期间的进、出水水质。

2.2氮的去除及转化
　　图2是一个运行周期内氮的转化情况。

　

　　①反硝化
　　污水进入反应装置后，将原有的硝酸盐浓度稀释，同时借助水中的碳源，使剩余混合液中的硝酸盐发生反硝化反应。在厌氧段的前10 min，反硝化反应迅速，该阶段利用厌氧发酵产物作为碳源，其反硝化速率是第二阶段(10～30 min)反硝化速率的3倍左右。硝酸盐在经过约50 min的厌氧反硝化后，其浓度＜0.007 mg/L。水中原有的硝酸盐在缺氧的情况下，则被还原成气态N₂后从水中逸出。
　　②TN的去除
　　在厌氧阶段总氮浓度的降低主要是混合稀释作用和硝态氮的去除造成的。在随后进行的好氧曝气段，总氮也得到了一定的去除，主要是其中一部分被同化，被同化的氮(基本是氨氮)和厌氧阶段被除掉的氮占总氮的1/3左右。
　　③硝化
　　进水NH₃-N在经过硝化反应后变成了硝态氮，硝化反应时间达到2 h时，出水基本可以达到国家排放标准，若在最佳工况运行则出水氨氮可在2.83～9.23 mg/L之间。
2.3磷的厌氧释放及好氧吸收
　　①TP的去除
　　SBR反应器对TP的去除效果如图3所示。

　　由图3可见，进水磷的浓度为1.6～7.1 mg/L时，出水磷浓度在0.1～0.45 mg/L之间，去除率为85%～99%，达到了排放标准。
　　②磷的厌氧释放和进、出水磷浓度的关系
　　通过试验观察到，SBR反应器中经过厌氧状态释放了正磷酸盐的活性污泥，在好氧状况下具有很强的磷吸收能力，也就是说磷的厌氧释放是磷好氧吸收和除磷的前提条件。
　　磷的释放与进、出水磷浓度的关系见图4。

　　从图4可以看出，磷的释放量越大，出水的磷浓度就越低，处理效果也就越好。
　　当进水的磷浓度＜2 mg/L时，如果磷的释放量≤7 mg/L，则很难使出水磷浓度＜0.5 mg/L；若进水磷浓度在2～7 mg/L之间时，磷的释放浓度为10～20 mg/L，则出水的磷浓度＜0.3mg/L。
　　③磷的厌氧释放、好氧吸收与所需时间的关系
　　在SBR反应系统中，微生物交替进行厌氧和好氧运行可以实现生物除磷。在一个运行周期内，进水经过40 min左右的厌氧处理，磷的释放浓度即达到最高。在厌氧处理的40～60 min之时间段内，磷的释放浓度基本上没有太大的变化。
　　磷的吸收从曝气开始，磷的快速吸收则发生在曝气开始的30 min之内；到90 min后，磷的出水浓度已达到0.5 mg/L以下(需保持一定的DO浓度)。
　　④DO浓度对磷吸收的影响
　　在同一装置中要求同时进行除磷脱氮，其中DO浓度对生物除磷的影响尚无专门的报道。从生物除磷机理可知，DO浓度可能会影响好氧区的磷吸收速率，但只要有足够的好氧时间就不会影响磷的去除。从试验结果看，在不同的DO浓度下，磷的降解速率有所不 同，但只要有足够的好氧时间，磷的去除总量不变。
　　⑤污泥龄对除磷的影响
　　污泥龄越长，单位BOD去除的磷量就会越少，为达到最高的除磷率，污泥龄应越短越好。但广东地区城市污水中有机物浓度较低，反应装置中的异养菌比例也较低，为了有足够数量的硝化菌以保证脱氮效果，一般泥龄＞15 d。如果泥龄＜15 d，硝化将很难进行。本试验的污泥龄控制在17～21 d范围内，基本都可以达到较好的除磷效果。污泥龄是通过污 泥增长速率来计算的，并以排泥量来控制。
　　⑥硝酸盐浓度对除磷的影响
　　关于硝酸盐对除磷的影响有过很多报道，主要认为：厌氧区的硝酸盐还原过程消耗了可供贮磷菌吸收用的基质，因此硝酸盐会降低进水的有效BOD/P值；一般BOD/P＞20时，硝态氮才不会影响磷的厌氧释放及磷的去除效果。在本试验进水中，BOD/P值大部分控制 在15～17左右，尽管BOD/P值较低，但没有影响磷的厌氧释放及除磷的效果。原因可能是：a.由于在SBR处理系统中贮磷微生物本身就是反硝化菌［2］，即使有硝态氮存在，除磷效果也可能不会受影响；b.水中的溶解性有机物基本可以满足反硝化的要求；c.由于在SBR处理系统中，微生物不断地进行厌氧和好氧(ORP＜150 mV)交替运行，在此过程中水中残余的硝酸盐对生物除磷影响甚微。

3　结论

　　①SBR工艺在去除有机物的同时可以完成脱氮除磷。试验结果表明，出水COD浓度为10.7～32.2 mg/L，去除率可达82%～88%；出水BOD5浓度为5.12～13.62 mg/L，去除率 可达85%～93%；出水NH3-N浓度为2.83～9.23 mg/L，去除率可达53%～87%；TP 出水浓度为0.1～0.45 mg/L，去除率可达85%～99%。
　　②在SBR工艺处理广州城市污水过程中，得出一个同时满足硝化和除磷的最佳污泥龄(17～21 d)。
　　③虽然广州城市污水的BOD/P＜20，硝态氮并没有影响磷的厌氧释放及除磷效果。
　　④磷的厌氧释放是磷好氧吸收和除磷的前提条件。磷的释放量越大，出水磷的浓度就越低，除磷效果也就越好。
　　⑤DO浓度可能会影响好氧区的磷吸收速率，但只要有足够的好氧时间就不会影响磷的去除量。

参考文献：

　　［1］郑兴灿，李亚新.污水除磷脱氮技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，1998.
　　［2］扬伟，陈庆星，李道棠，等.昆明第三污水处理厂工艺设计及运行［A］.全国污水除磷脱氮技术研讨会论文集［C］.2000，174-179.
　　［3］李亚新.城市污水硝化反硝化及生物脱氮计算［J］.环境工程，1995，13(3)：3-6.
　　［4］Goronszy M C，朱明权.循环式活性污泥法(CAST)的应用及其发展［J］.中国给水排水，199 6，12(6)：4-9.
　　［5］李道棠，陈国昌，谭晶.ICEAS工艺生物除磷特征研究［A］.全国污水除磷脱氮技术研讨会论文集［C］.2000.
　　［6］龙腾锐.连续流间歇曝气工艺脱氮除磷研究［J］.中国环境科学，2000，(4)：366-370.

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作者简介：

　　张可方(1954-)，女，黑龙江哈尔滨人，现任广州大学(广园校区)环境工程系教师，主要从事污水生物处理方面的研究。
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　　收稿日期：2001-07-18