導(dǎo)讀:：低溶解氧條件下。發(fā)現(xiàn)A/OSBR系統(tǒng)低DO條件下。對比考察城市生活污水中污染物的去除效果。去除效果。

關(guān)鍵詞：低溶解氧，A/OSBR，污染物，去除效果

1引言

活性污泥法中，曝氣主要起供氧和擾動混合的作用。曝氣提供的氧被污水中的活性微生物用來氧化有機(jī)物并合成細(xì)胞。反應(yīng)器中的溶解氧 (DO)濃度是活性污泥法的重要運(yùn)行參數(shù) 。當(dāng)曝氣池中DO濃度偏低，好氧微生物不能正常生長和代謝，導(dǎo)致出水水質(zhì)不達(dá)標(biāo);當(dāng)DO濃度過高，不僅曝氣能耗增加，而且活性污泥的活性也會降低。一般情況下要求曝氣池中DO不低于 2mg/L，但在實(shí)際工程中卻常常會出現(xiàn)曝氣強(qiáng)度過高的情況。

有研究發(fā)現(xiàn)通過有效手段將DO控制在較低的適當(dāng)水平，不影響微生物的正常生長和有機(jī)物的代謝，仍然可保持良好的出水水質(zhì)[1-3]。本文通過控制平均溶解氧(DO)濃度保持在1mg/L和2mg/L左右的條件下，對比考察城市生活污水中污染物的去除效果。

間歇式活性污泥法(以下簡稱SBR工藝)，由于其較高的處理效率，較少的基建投資和脫氮除磷功能，在污水處理中得到廣泛應(yīng)用[4-7]。本試驗(yàn)采用A/O運(yùn)行方式的SBR工藝進(jìn)行研究。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1試驗(yàn)用水來源和水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)家屬樓生活污水，活性污泥取自哈爾濱文昌污水處理廠，實(shí)際生活污水水質(zhì)成分詳見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用水水質(zhì)

2.2 試驗(yàn)裝置和方法

SBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，上部為圓柱形，下部為圓錐體，試驗(yàn)裝置圖如圖1所示，反應(yīng)器高為700 mm，直徑為200 mm，總有效容積為12 L，排水體積為3 L，充水比為0.25。在反應(yīng)器壁的垂直方向設(shè)置一排間隔為10 cm的取樣口，用于取樣和排水。底部設(shè)有放空管，用于放空和排泥。在反應(yīng)器下方設(shè)置曝氣砂頭，由轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)曝氣量。pH、DO、ORP(氧化還原電位)探頭置于反應(yīng)器內(nèi)，在線監(jiān)測各個(gè)指標(biāo)的變化。試驗(yàn)期間溫度穩(wěn)定在25±1℃之間。

圖1試驗(yàn)裝置圖

Fig. 1 Schematicdiagram of experimental equipment

本實(shí)驗(yàn)采用缺氧/好氧(A/O)的運(yùn)行方式，試驗(yàn)共運(yùn)行5個(gè)月，共400個(gè)周期。每天運(yùn)行3個(gè)周期，每周期為8 h，分別為瞬時(shí)進(jìn)水、缺氧攪拌0.5 h、好氧曝氣2.5h、沉淀2 h、其余時(shí)間為排水和待機(jī)。好氧末期排放一定體積的混合液，控制系統(tǒng)的污泥齡在10 d-15 d，MLSS控制在2500 mg/L -3000 mg/L。

2.3 檢測分析項(xiàng)目

COD采用5B-3型COD快速測定儀測定;NO3--N采用麝香草酚分光光度法;NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法;NH4+-N采用納氏試劑分光光度法;MLSS、SS采用濾紙重量法;PO43--P采用鉬酸鹽分光光度法;DO和溫度用WTW inoLab Oxi level2實(shí)驗(yàn)室臺式儀在線檢測;微生物相分析采用OLYMPUS BX51/BX52光學(xué)顯微鏡觀測。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1 COD去除效果

COD是污水處理中用于反映污水中有機(jī)物含量的綜合指標(biāo)，低DO條件下和正常DO條件下COD去除效果如圖2所示。典型周期內(nèi)A段COD濃度迅速下降，這主要是由于系統(tǒng)的稀釋作用，同時(shí)在A段新加入的污水為反硝化過程提供碳源。

低溶解氧條件下，盡管平均DO濃度較低，僅為1mg/L，但是對比正常DO條件下系統(tǒng)COD去除效果差別很小，甚至在典型周期內(nèi)平均DO=1mg/L時(shí)COD去除效果比正常DO濃度下的去除效果更好。如圖2所示。

當(dāng)平均DO=2mg/L時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，COD濃度逐漸下降，當(dāng)曝氣2.5 h后，出水COD穩(wěn)定在50 mg/L左右，系統(tǒng)COD去除效率可穩(wěn)定保持在85%~88%之間。而當(dāng)平均DO=1mg/L時(shí)，系統(tǒng)曝氣2.5 h后出水COD基本可以保持在40mg/L左右。系統(tǒng)COD去除效率可穩(wěn)定保持在87%~91%之間。低DO情況下COD去除效果略微高于正常溶解氧去除效果，在各時(shí)間段內(nèi)COD出水濃度同比降低4%~15%�？梢娫贒O平均濃度較低的情況下(DO=1mg/L時(shí))，系統(tǒng)對COD的去除能力有一定提高，出水水質(zhì)COD更低。

圖2高低DO條件下典型周期內(nèi)COD隨時(shí)間變化曲線

Fig.2 The CODremoval effect with normal and low DO

3.2 氨氮去除效果

實(shí)驗(yàn)中對比考察了正常DO(平均DO=2mg/L)和低DO(平均DO=1mg/L)條件下氨氮的去除效果，如圖3所示。當(dāng)平均DO=2mg/L時(shí)，當(dāng)曝氣2.5 h后環(huán)境保護(hù)，出水氨氮穩(wěn)定在1~2 mg/L左右，系統(tǒng)氨氮去除效率可穩(wěn)定保持在95%左右。而當(dāng)平均DO=1mg/L時(shí)，系統(tǒng)曝氣2.5 h后出水氨氮基本可以保持在5mg/L左右，系統(tǒng)COD去除效率可穩(wěn)定保持在90%左右。低DO情況下氨氮去除效果低于正常溶解氧去除效果，在各時(shí)間段內(nèi)氨氮出水濃度同比高15%~30%�？梢娫贒O平均濃度較低的情況下(平均DO=1mg/L時(shí))，活性污泥對氨氮的去除能力有一定降低，出水氨氮有一定升高，但出水氨氮濃度仍然可保持在5mg/L左右。

圖3 高低DO條件下典型周期內(nèi)氨氮隨時(shí)間變化曲線

Fig.3 The ammonia nitrogen removal effect withnormal and low DO

在好氧段，盡管SBR反應(yīng)器長期處于低DO運(yùn)行狀態(tài)，在進(jìn)水氨氮濃度保持在40mg/L~50mg/L時(shí)，活性污泥系統(tǒng)仍然可以保持比較高的硝化效率，平均氨氮去除率可達(dá)90%，SBR工藝中，影響氨氮去除效果的因素主要有進(jìn)水COD和氨氮負(fù)荷、HRT、SRT、DO等因素。Hanaki等研究認(rèn)為[8]，在低溶解氧的條件下，盡管有機(jī)物氧化菌對硝化菌有抑制作用，但是由于氨氮氧化菌的增殖速率加快了1倍，補(bǔ)償了DO降低所造成的活性下降，因而系統(tǒng)的氨氮去除效果仍然比較高。

3.3 亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮污染物的變化

實(shí)驗(yàn)中對比考察了正常DO(平均DO=2mg/L)和低DO(平均DO=1mg/L)條件下亞硝酸鹽和硝酸鹽污染物濃度的變化，如圖4所示。

從圖4中可看出，好氧段正常DO條件下，硝化反應(yīng)進(jìn)行較為順利，在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，硝酸鹽濃度較高，亞硝酸鹽累積率為13%。好氧段低DO條件下，由于溶解氧濃度的限制，硝化反應(yīng)速度較慢，在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，亞硝酸鹽濃度較高，亞硝酸鹽累積率為37%。

通過氮平衡分析，發(fā)現(xiàn)A/OSBR系統(tǒng)低DO條件下，存在較為明顯的同步硝化反硝化現(xiàn)象。以往的部分研究表明，同步硝化反硝化均是在較低的DO濃度條件下發(fā)生的，本實(shí)驗(yàn)的平均DO濃度在1mg/L環(huán)境保護(hù)，因此在試驗(yàn)過程中考察氨氮氧化速率、NOX-N 生成速率以及相應(yīng)的實(shí)時(shí)DO濃度，如圖5所示。

圖4高低DO條件下典型周期內(nèi)亞硝酸鹽和硝酸鹽隨時(shí)間變化曲線

Fig.4 The nitrite and nitrate concentration variationwith normal and low DO

圖5 低DO與NOX-N 生成速率和氨氮氧化速率之比間的關(guān)系

Fig. 5Relationship of low DO and ratio of NOX-N formation rate to NH4-Ndecay rate

由圖5中可得出如下關(guān)系式：

低DO濃度條件下，NOX-N生成速率與NH4-N氧化速率之比與DO濃度都均保持了較好的線性關(guān)系。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)器中的DO濃度，使反應(yīng)系統(tǒng)中的硝化反應(yīng)以適宜的反應(yīng)速率進(jìn)行，同時(shí)兼顧同步硝化反硝化，對于SBR保持同步硝化反硝化，縮短反應(yīng)的時(shí)間，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.4 正磷酸鹽的去除效果

實(shí)驗(yàn)中對比考察了正常DO(平均DO=2mg/L)和低DO(平均DO=1mg/L)條件下正磷酸酸鹽污染物濃度的變化，如圖6所示。

從圖6中可看出，系統(tǒng)在前30min先進(jìn)行反硝化，同時(shí)儲存在細(xì)胞內(nèi)的磷釋放，造成正磷酸鹽的濃度升高并達(dá)到最高值。在曝氣開始后，隨著時(shí)間的延長，正磷酸鹽濃度迅速下降，在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，高低DO條件下，系統(tǒng)出水正磷酸鹽的濃度基本相近，均低于0.5mg/L期刊網(wǎng)。

在好氧段不同的DO濃度條件下，初始階段高溶解氧條件下，正磷酸鹽去除率較高，低DO條件下正磷酸鹽去除率相對較低。但在反應(yīng)時(shí)間在1.5h~2.5h時(shí)，系統(tǒng)對正磷酸鹽的去除效率均超過90%。因此，從本實(shí)驗(yàn)中分析可知，在A/OSBR系統(tǒng)中，好氧段DO濃度對正磷酸鹽去除效果影響較小。

圖6高低DO條件下典型周期內(nèi)正磷酸鹽隨時(shí)間變化曲線

Fig.6 The phosphorus removal effect with normal and low DO

3.5出水懸浮物

在低溶解氧條件下，A/OSBR出水水質(zhì)非常清澈。經(jīng)過沉淀后，出水中幾乎沒有肉眼可見的懸浮物。實(shí)際測得出水SS在1 mg/L-2 mg/L之間，有時(shí)用濾紙重量法幾乎檢測不出，通過鏡檢可見，在活性污泥系統(tǒng)中，具有一定數(shù)量的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的絲狀菌，在沉淀過程中可吸附、截流水中微小顆粒物和游離細(xì)菌，使出水水質(zhì)非常清澈。

4. 結(jié)論

(1)當(dāng)平均DO=1mg/L時(shí)，系統(tǒng)曝氣2.5 h后出水COD基本可以保持在40mg/L左右。系統(tǒng)COD去除效率可穩(wěn)定保持在87%~91%之間。低DO情況下COD去除效果略微高于正常溶解氧去除效果環(huán)境保護(hù)，在各時(shí)間段內(nèi)COD出水濃度同比降低4%~15%。

(2)當(dāng)平均DO=1mg/L時(shí)，系統(tǒng)曝氣2.5 h后出水氨氮基本可以保持在5mg/L左右，系統(tǒng)COD去除效率可穩(wěn)定保持在90%左右。低DO情況下氨氮去除效果低于正常溶解氧去除效果，活性污泥對氨氮的去除能力有一定降低，出水氨氮濃度有一定升高，但出水氨氮濃度仍然可保持在5mg/L左右。

(3)當(dāng)平均DO=1mg/L時(shí)，由于溶解氧濃度的限制，硝化反應(yīng)速度較慢，在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，亞硝酸鹽累積率為37%。低DO濃度條件下，NOX-N 生成速率與NH4-N氧化速率之比與DO濃度都均保持了較好的線性關(guān)系。

(4)在A/OSBR系統(tǒng)中好氧初始階段，DO濃度對正磷酸鹽去除效果影響較大，反應(yīng)時(shí)間在1.5h~2.5h時(shí)，DO濃度對正磷酸鹽去除效果影響較小。高低DO條件下，系統(tǒng)出水正磷酸鹽的濃度基本相近，均低于0.5mg/L。

(5)在低溶解氧條件下，A/OSBR出水水質(zhì)非常清澈。出水SS在1mg/L-2 mg/L之間，鏡檢可見一定數(shù)量網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的絲狀菌。

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