張可方，張朝升，方茜，伍小軍，周莉萍，譚小萍
(廣州大學<廣園校區>環境工程系，廣東廣州510405)

　　摘要：采用SBR工藝對廣州的城市污水進行了生物脫氮除磷試驗研究。結果表明：在碳、氮、磷比例不理想的情況下，達到了既去除有機物又能脫氮除磷的效果。當總停留時間控制在4.5～5.5h、污泥負荷為0.14～0.26kgBOD₅/(kgMLSS·d)時，出水BOD5濃度為5.12～13.62mg/L，去除率達85%～93%；出水COD濃度為10.7～32.2 mg/L，去除率達82%～88%；出水NH3-N濃度為2.83～9.23 mg/L，去除率達53%～87%；出水TP濃度為0.1～0.45 mg/L，去除率達85%～99%。
　　關鍵詞：城市污水；SBR；脫氮除磷
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：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法處理城市污水的實際運行過程中，經常出現脫氮效果好時除磷效果差、除磷效果好時脫氮效果不佳的情況，而若要同時滿足高效脫氮除磷的要求，就需要控制影響工藝有效運行、相互制約的各種因素，而其中最主要的制約因素就是污泥齡。如果在SBR處理工藝中能選擇一個最佳泥齡，同時控制好其他環境因素，使各制約因素得到統一，則脫氮除磷就會取得較好的效果。

1　試驗內容與方法

　　SBR反應器由有機玻璃制成，總容積為47.4L，有效容積為42.8L。采用穿孔管布氣、空壓機曝氣，其流程見圖1。

　　前期試驗使用配水，后期則取廣州市某河涌的城市污水。反應器中的污泥取自大坦沙污水廠，然后進行培養馴化。城市污水水質見表1，試驗運行方式及參數分別見表2、3。

表1　河涌污水水質　　　　　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 未檢出 SS 38.5～126.0

表2　　試驗運行方式 運行方式 反應過程 停留時間(h) 進水(厭氧) 反硝化、釋放磷 1.0 曝氣(好氧) 降解有機物、硝化、吸收磷 2.0～3.0 沉淀 懸浮物及污泥沉淀 1.0 排水 處理后的水排放 0.5

表3　　試驗運行參數 反應器有效容積(L) 42.8 進水量(L/周期) 31.7 污泥負荷［kgBOD₅/(kgMLSS·d)］ 0.14～0.26 停留時間(h/周期) 4.5～5.5 MLSS(mg/L) 1720～2010

　　共進行了5種工況的運行試驗，表3是最佳工況、穩定運行時的參數。水質分析方法均采用國家標準分析方法。

2　結果與討論

2.1SBR工藝的處理效果
　　SBR工藝的處理效果見表4，其出水的COD、BOD₅、TP、NH₃-N濃度都達到了國家及廣州市的排放標準(COD=60 g/L、BOD5=20mg/L、TP=0.5mg/L、NH₃-N=10mg/L)。SBR工藝對廣州市城市污水的處理效果很好，特別是磷的處理效果更為突出。進水磷濃度為1.6～7.1mg/L時，出水磷濃度在0.1～0.45mg/L之間，去除率為85%～99%。

表4　SBR工藝的處理效果 項目 進水濃度(mg/L) 出水濃度(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：此系最佳工況運行期間的進、出水水質。

2.2氮的去除及轉化
　　圖2是一個運行周期內氮的轉化情況。

　

　　①反硝化
　　污水進入反應裝置后，將原有的硝酸鹽濃度稀釋，同時借助水中的碳源，使剩余混合液中的硝酸鹽發生反硝化反應。在厭氧段的前10 min，反硝化反應迅速，該階段利用厭氧發酵產物作為碳源，其反硝化速率是第二階段(10～30 min)反硝化速率的3倍左右。硝酸鹽在經過約50 min的厭氧反硝化后，其濃度＜0.007 mg/L。水中原有的硝酸鹽在缺氧的情況下，則被還原成氣態N₂后從水中逸出。
　　②TN的去除
　　在厭氧階段總氮濃度的降低主要是混合稀釋作用和硝態氮的去除造成的。在隨后進行的好氧曝氣段，總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)和厭氧階段被除掉的氮占總氮的1/3左右。
　　③硝化
　　進水NH₃-N在經過硝化反應后變成了硝態氮，硝化反應時間達到2 h時，出水基本可以達到國家排放標準，若在最佳工況運行則出水氨氮可在2.83～9.23 mg/L之間。
2.3磷的厭氧釋放及好氧吸收
　　①TP的去除
　　SBR反應器對TP的去除效果如圖3所示。

　　由圖3可見，進水磷的濃度為1.6～7.1 mg/L時，出水磷濃度在0.1～0.45 mg/L之間，去除率為85%～99%，達到了排放標準。
　　②磷的厭氧釋放和進、出水磷濃度的關系
　　通過試驗觀察到，SBR反應器中經過厭氧狀態釋放了正磷酸鹽的活性污泥，在好氧狀況下具有很強的磷吸收能力，也就是說磷的厭氧釋放是磷好氧吸收和除磷的前提條件。
　　磷的釋放與進、出水磷濃度的關系見圖4。

　　從圖4可以看出，磷的釋放量越大，出水的磷濃度就越低，處理效果也就越好。
　　當進水的磷濃度＜2 mg/L時，如果磷的釋放量≤7 mg/L，則很難使出水磷濃度＜0.5 mg/L；若進水磷濃度在2～7 mg/L之間時，磷的釋放濃度為10～20 mg/L，則出水的磷濃度＜0.3mg/L。
　　③磷的厭氧釋放、好氧吸收與所需時間的關系
　　在SBR反應系統中，微生物交替進行厭氧和好氧運行可以實現生物除磷。在一個運行周期內，進水經過40 min左右的厭氧處理，磷的釋放濃度即達到最高。在厭氧處理的40～60 min之時間段內，磷的釋放濃度基本上沒有太大的變化。
　　磷的吸收從曝氣開始，磷的快速吸收則發生在曝氣開始的30 min之內；到90 min后，磷的出水濃度已達到0.5 mg/L以下(需保持一定的DO濃度)。
　　④DO濃度對磷吸收的影響
　　在同一裝置中要求同時進行除磷脫氮，其中DO濃度對生物除磷的影響尚無專門的報道。從生物除磷機理可知，DO濃度可能會影響好氧區的磷吸收速率，但只要有足夠的好氧時間就不會影響磷的去除。從試驗結果看，在不同的DO濃度下，磷的降解速率有所不 同，但只要有足夠的好氧時間，磷的去除總量不變。
　　⑤污泥齡對除磷的影響
　　污泥齡越長，單位BOD去除的磷量就會越少，為達到最高的除磷率，污泥齡應越短越好。但廣東地區城市污水中有機物濃度較低，反應裝置中的異養菌比例也較低，為了有足夠數量的硝化菌以保證脫氮效果，一般泥齡＞15 d。如果泥齡＜15 d，硝化將很難進行。本試驗的污泥齡控制在17～21 d范圍內，基本都可以達到較好的除磷效果。污泥齡是通過污 泥增長速率來計算的，并以排泥量來控制。
　　⑥硝酸鹽濃度對除磷的影響
　　關于硝酸鹽對除磷的影響有過很多報道，主要認為：厭氧區的硝酸鹽還原過程消耗了可供貯磷菌吸收用的基質，因此硝酸鹽會降低進水的有效BOD/P值；一般BOD/P＞20時，硝態氮才不會影響磷的厭氧釋放及磷的去除效果。在本試驗進水中，BOD/P值大部分控制 在15～17左右，盡管BOD/P值較低，但沒有影響磷的厭氧釋放及除磷的效果。原因可能是：a.由于在SBR處理系統中貯磷微生物本身就是反硝化菌［2］，即使有硝態氮存在，除磷效果也可能不會受影響；b.水中的溶解性有機物基本可以滿足反硝化的要求；c.由于在SBR處理系統中，微生物不斷地進行厭氧和好氧(ORP＜150 mV)交替運行，在此過程中水中殘余的硝酸鹽對生物除磷影響甚微。

3　結論

　　①SBR工藝在去除有機物的同時可以完成脫氮除磷。試驗結果表明，出水COD濃度為10.7～32.2 mg/L，去除率可達82%～88%；出水BOD5濃度為5.12～13.62 mg/L，去除率 可達85%～93%；出水NH3-N濃度為2.83～9.23 mg/L，去除率可達53%～87%；TP 出水濃度為0.1～0.45 mg/L，去除率可達85%～99%。
　　②在SBR工藝處理廣州城市污水過程中，得出一個同時滿足硝化和除磷的最佳污泥齡(17～21 d)。
　　③雖然廣州城市污水的BOD/P＜20，硝態氮并沒有影響磷的厭氧釋放及除磷效果。
　　④磷的厭氧釋放是磷好氧吸收和除磷的前提條件。磷的釋放量越大，出水磷的濃度就越低，除磷效果也就越好。
　　⑤DO濃度可能會影響好氧區的磷吸收速率，但只要有足夠的好氧時間就不會影響磷的去除量。

參考文獻：

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作者簡介：

　　張可方(1954-)，女，黑龍江哈爾濱人，現任廣州大學(廣園校區)環境工程系教師，主要從事污水生物處理方面的研究。
　　電　話：(020)86595939×2381
　　E-mail:gzdxzkf@163.net
　　收稿日期：2001-07-18