序批式活性污泥法处理城市污水试验研究

张可方，张朝升，方茜，伍小军，周莉萍，谭小萍
（广州大学 土木工程学院市政与环境工程系，广东 广州 510405）

　　摘　要：广州市城市污水具有有机物浓度低，碳、氮、磷比不合理的特点。采用序批式活性污泥法工艺对广州地区城市污水进行了实验研究。结果表明；在污泥负荷为0.14～0.26kg[BOD₅]/（kg[MLSS].d）时，出水BOD5为5.12～13.6mg/L，COD_Cr浓度为10.7～32.2mg/L，NH₃－N为2.83～9.23mg/L，TP为0.1～0.45mg/L，证明了采用SBR工艺处理破氮比较低的城市污水是可行的。
　　关键词：城市污水；污水处理；SBR
　　中图分类号：X799.3
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009－2455（2002）02－0018－03

Test Research on the Municcipal Wastewater Treatment Using Sequencing Batch Reactor
ZHANG Ke-fang, Zhang Chao-sheng, Fang Qian, WU Xiao-jun, ZHOU Li-ping, TAN Xiao-ping
(Municipal and Environmental Department of Civil Engineering Academy, Guangzhou University, Guangzhou 510405, China)

　 Abstract: Guangzhou municipal wastewater contains low organic matters and C, N and P ratios are not fitting for conventional biological treatment. A sequencing batch reactor(SBR)process was tested in municipal wastewater treatment. When sludge loading was0.14-0.26kg[BOD5]/(kg[MLSS].d), the indices of effluent from SBR were as follows:BOD5=5.12～13.6mg/L, COD_Cr=10.7～32.2mg/L, NH3-N=2.83～9.23mg/L and TP=0.1～0.45mg/L. The result shows that using SBR to treat municipal wastewater with low content carbon and nitrogen is applicable.
　 Key words: municipal wastewater; wastewater treatment; sequencing batch reactor

引言

　　在城市污水处理中，由于地理环境和气候因素的影响，广州城市污水水质有明显区别于北方城市污水水质的特点，一般北方地区城市污水BOD₅在100～200mg/L之间，NH3-N在20～30mg/L之间,TP在2～7mg/L之间，而广州地区城市污水BOD₅在40～80mg/L之间，NH₃-N在20～30mg/L之间,TP在1～7mg/L之间，即有机物浓度低，碳、氮、磷比例不合理。所以开发研究适合广州地区城市污水特点的简单、高效的污水处理工艺流程，是当务之急。
　　本实验研究采用SBR艺，处理广州地区的城市污水，达到了在一个反应装置内既去除有机物又能脱氮除磷，而且磷的出水指标达到了0.1～0.45mg/L，这样的结果目前国内外还未见类似的报道。

1 实验装置与方法

1.1 实验装置及水质
　　SBR反应器由有机玻璃制成。总容积47.4L，有效容积42.8L。采用空压机曝气，穿孔管布气。其流程见图1。

　　试验所用的污水前期是在实验室配水，后期则取自广州市某河涌城市污水。反应器中污泥是从广州市大坦沙污水厂所取，然后进行培养驯化。试验污水水质见表1，试验运行方式见表2。

表1 试验污水水质　　mg.L^-1 序号 项目 配制污水 城市污水 1 COD 89.8-250.0 86-166.7 2 BOD₅ 46.8-127.6 44.7-85.0 3 TN 19.7-26.1 19.8-26.5 4 TP 1.9-7.02 1.6-7.1 5 NH₃^--N 15.0-22.0 17.8-25.0 6 NO₃^--N 0.20-1.65 0.06 7 NO₂^--N 未检出 未检出 8 SS 38.5-126.0 表2 试验运行方式 顺序 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 排除处理后的污水 0.5

1.2 试验运行工况及运行参数
　　本试验共进行了5种工况的运行试验，试验运行参数见表3。

表3 运行工况和运行参数 工况 周期/h 厌氧/h 曝气/h 沉淀/h 排水/h MLSS/(g.L^-1) 沉降比/% 充水比 XVI 1 8 1.5 4 2.0 0.5 3.0 29.5 0.7 98 2 5.5 1.5 3 0.5 0.5 2.5 21.0 0.7 84 3 4.1 0.8 2 0.8 0.5 1.8 21.3 0.6 118 4 4.0 1.0 1.5 1.0 0.5 1.7 20.5 0.6 113 5 4.-4.5 1.0 2 0.5-1.0 0.5 2.0 20.0 0.7 100

2 实验结果及分析

　　各种工况下的处理效果见表4。

表4 各种工况下的处理效果　 mg.L-1 测试项目 工况1 工况2 工况3 工况4 工况5 COD_Cr原水 189.2 135.8 93.5 76.9 125.6 出水 26.3 22.4 16.3 17.3 18.5 去除率/% 　86 84 83 78 85

BOD₅原水 93.4 62.8 53.2 41.6 66.3 出水 9.46 5.2 6.53 7.56 7.10 去除率/% 　90 92 88 82 89 TN原水 22.3 22.8 20.4 19.8 21.2 出水 13.5 15.1 14.6 15.15 15.2 去除率/% 39 33 27 23 28 NH₄⁺-N原水 19.37 20.2 18.65 17.65 18.24 出水 4.35 6.48 7.65 11.96 8.53 去除率/% 76 68 58 32 53 TP原水 3.86 5.22 3.76 2.95 3.35 出水 0.31 0.40 0.29 0.31 0.24 去除率/% 91.9 92.3 92.2 89.4 92.8

　　SBR工艺对于广州地区城市污水的处理效果和可行性是本次试验的重点，不同工况条件下的试验结果见表4。由表4可知，在试验运行的5种工况中，除工况4以外，COD_Cr的去除率都在83％以上。BOD₅去除率都在88％～92％之间。氨氮的去除率一般在53％～76％之间，总氮的去除效率一般在27％～39％之问。总磷的去除率都在91％以上。工况4COD_Cr、BOD₅去除效率低，是因为进水有机物浓度低，氨氮、总氮的去除效率低，主要原因是曝气时间短，硝化过程完成得不好。（工况4如能保持较高的溶解氧浓度，磷的处理效果仍然很好）。

3 最优工况的确定

　　确定SBR艺处理城市污水的最佳工艺参数是本课题研究的主要内容，其最基本的原则是在满足出水水质COD_Cr60mg/L、BOD₅20mg/L、NH⁺4～N10mg/L、TP0.5mg/L、SS20mg/L的情况下，尽量缩短水力停留时间（包括厌氧反应时间、曝气时间与沉淀时间）及确定最优曝气量，以达到降低处理系统的基建费用、运行费用的目的。
3.1 最优曝气时间及曝气量的确定
　　从5种工况的实验结果看COD_Cr在曝气30min即可以达到排放标准。在曝气60min后，COD_Cr的降解幅度已很小，曲线趋于平稳。NH₄－N的降解不同于有机物，氨氮需要在曝气120min以后出水才能达到10mg/L以下。
　　TP的出水要达到0.5mg/L以下，90min的曝气时间基本就可以了（但要保持适宜的DO浓度）。
　　从以上三方面考虑，为使硝化反应进行得更彻底，以NH₃-N出水指标低于10mg几为基准，最优曝气时间不低于120min。　　
　　最优曝气量的确定要根据去除有机物、氨氮、磷三个指标来控制。曝气量的控制是以DO浓度来体现的。去除有机物的DO浓度，在2h曝气时间里，DO浓度达到并保持在1mg/L左右，有机物去除就可以达到要求。去除氨氮的DO浓度，曝气30min时达到1.0mg/L以上，60min时达到2.0mg/L左右，并一直保持到曝气结束，氨氮的去除效果较好，出水浓度低于9.0 mg/L。
　　除磷的DO浓度，在曝气60min时，DO浓度在1mg/L左右，60min后保持DO浓度在1.5－2.0mg/L之间，即可以保证磷的出水指标低于0.5mg/L。
　　为了保证氨氮的去除效果，反应装置中DO浓度应在曝气60min时达到2mg/L左右，并一直保持到曝气结束。
3.2 厌氧反应时间的确定
　　厌氧反应时间的确定是以脱氮和磷的释放作为确定原则。硝酸盐经过50min的厌氧后，基本被还原成N₂从水中逸出。磷的厌氧释放在40min左右，即可以达到释放的最高浓度。所以，厌氧的反应时间定为60min（实验结果见图2）。

3.3 最优沉淀时间的确定
　　对于SBR处理系统，由于反应是在一个装置中进行，沉淀时间的确定显得更为重要。沉淀时间过短，水中悬浮物过高，影响出水水质；若沉淀时间过长，则会发生反硝化，有时还会发生污泥上浮现象。图3表示在停止曝气后，反应器中污泥成层沉淀的泥水界面高度和上清液（取样在反应器有效高度的1/2处）中悬浮固体（SS）浓度随沉淀时间的变化规律。从图3中可见，经过20min的沉淀，就基本完成了沉淀过程；沉淀30min后，水中的SS浓度基本不再进一步降低了，泥水界面变化也很小。在不同的工况运行时，即使曝气时间不一样，重复上述试验，都得到了基本相同的结果。为了运行可靠，最优沉淀时间定为40min。在处理城市污水的实际工程中，由于需要一定的排水时间，在从水面0.5m处开始排水的过程中，如果泥水界面并没有沉降到接近极限高度还可以继续沉淀，而不影响出水水质，因此，SBR法处理城市污水的沉淀时间定为40min，完全可以满足要求。
　　实验认为将沉淀时间缩短到40min具有重要的意义和使用价值，这样能充分发挥SBR法静止沉淀效率高的优点，提高其处理能力，又能有效地防止污泥膨胀的发生。本试验研究表明，沉淀和闲置时间过长是引起污泥膨胀的重要原因。

4 结论

　　采用SBR法处理广州市城市污水，进水，COD_Cr浓度为86.0～166.7mg/L，BOD₅浓度为44.7～85.3mg/L，NH₃～N浓度为17.8～25.0mg/L，TP浓度为1.6～7.1mg/L，SS浓度为25～237mg/L，出水COD_Cr为10.7～32.2mg/L，BOD₅为5.12～13.6mg/L，NH₃－N为2.83～9.23mg/L，TP为0.1～0.45mg/L，SS为6～10mg/L。

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　　作者简介：张可方（1954－），女，山东人，高工，哈尔滨建筑大学毕业，现在广州大学土木工程学院市政与环境工程系，研究污水处理，电话（020）86395362，gzdxzkf＠163.net。