序批式活性污泥工艺除磷现场实验_吕秀彬

由图 1 和图 2 可知，高、中曝气量时，吸磷量分 别为 8.07、8.14 mg/L，而分别在曝气 60、90 min 后吸 磷量达到稳定。因此不同供氧速率只是对好氧段吸 磷快慢有影响，对吸磷量影响不大。只要有充足的好 氧吸磷时间，好氧阶段吸磷量不会受到影响。供氧速 率越慢则吸磷量达到稳定所需时间越长。由工艺的 脱氮、去除 COD 要求以及除磷效果和节能多方面考 虑，认为 DO 的质量浓度宜控制在 2～4 mg/L，且具 有较快供氧速率，曝气时间定为 3.5 h 较合适。
PAC 用于协同除磷效果较好，优化投加量为 120 mg/L；化学协同除磷时投加 PAC 1～2 d 后才能使出水 TP 含量达
标，投加 PAC 后对硝化细菌有较大影响，但经过 3～4 d 硝化作用恢复正常；投加 PAC 可大幅降低出水 TP、SS，并且
有效解决了冬季反应池表面浮渣问题。
关键词：序批式活性污泥法（SBR）；生物除磷；化学协同除磷；硝酸盐含量；厌氧释磷
高、中曝气量时磷的厌氧释放用时 40 min 后达 到稳定，低曝气量时磷的厌氧释放用时 30 min 后达 到稳定，由此可见低曝气量时磷的厌氧释放用时少 于高、中曝气量时磷的厌氧释放用时。
由图 2 可知，好氧阶段中曝气量时 TP 的质量浓 度由 10.79 mg/L 降低到 2.65 mg/L，吸磷量为 8.14 mg/L；由图 3 可知，低曝气量时 TP 的质量浓度由 13.29 mg/L 降低到 1.31 mg/L，吸磷量为 11.98 mg/L。 由此可知，厌氧阶段聚磷菌释磷量越大好氧阶段吸 磷量越多，出水 TP 越低。
传统理论认为，NO3--N 会对释磷过程产生抑制作 用，且释磷过程应在没有 NO3--N 和 NO2--N 的低 DO 含量环境下发生[7-8]。从本实验结果看，虽然 NO3--N 会抑制释磷过程，但当前搅拌 NO3--N 的质量浓度小 于 3 mg/L 时，聚磷菌还是会明显释磷。高兰等人的 研究也表明释磷和反硝化作用可同时进行，但没有 进一步研究反硝化进行到什么程度时聚磷菌开始明 显释磷[9]。
由于受 NO3--N 的抑制而导致释磷菌释磷量很少。原 混合后，使下一周期高、中、低曝气量时进水完成后
吕秀彬等，序批式活性污泥工艺除磷现场实验
NO3--N 含量不同，质量浓度分别为 14.67、13.51、 6.57 mg/L。中曝气量时进水完成后 NO3--N 含量高于 低曝气量时的 NO3--N 含量，其降解 NO3--N 的过程 中消耗的挥发性脂肪酸（VFAs）的消耗量也大，污 水中剩余的 VFAs 含量比低曝气量时少。聚磷菌可 利用的 VFAs 减少，从而造成中曝气量的释磷量比 低 曝 气 量 的 释 磷 少 。 因 此 DO 含 量 造 成 了 水 中 NO3--N 含量的不同，会影响 TP 的释放量。
1.0
排放处理后的水
1.0
2 结果与讨论
2.1 厌氧 － 好氧生物除磷 系统按进水 － 搅拌 － 曝气 － 搅拌 － 沉淀 － 排水
工序稳定运行 1 个月，每日测量其中 1 个运行周期 内的数据取平均值。图 1～图 3 分别为前搅拌时序 的磷释放情况和不同供氧速率条件曝气时序（高曝 气量 0.1～0.14 m3/h、中曝气量 0.06～0.1 m3/h、低曝 气量 0.02～0.06 m3/h）的磷吸收情况。
由图 1～图 3 可以看出，由于以高、中曝气量曝 气时水中含有足够的 DO，硝化细菌可在曝气时序将 NH4+-N 转化为 NO3--N，低曝气量时曝气时序水中 DO 含量不足，硝化反应受到抑制，导致出水 NO3--N 含 量较低。高、中、低曝气量时出水 NO3--N 的质量浓度 分别为 16.33、15.51、6.93 mg/L。并且由于 SBR 排水 体积比为 1/3，上一周期的 NO3--N 与下一周期进水
投加点的选择：根据药剂的不同投加点，化学辅 助除磷常分为前置除磷、协同式除磷和后置除磷，其 中应用较为广泛的是协同式除磷[11]。协同式除磷工 艺基建费用少、运行成本低。为了去除 TN，该污水 厂在曝气结束后投加碳源，除磷药剂和外加碳源同 时投加可以减少工人操作步骤，因此选择在曝气结 束后投加除磷药剂。根据念东等人的研究成果，投加 点选择在曝气后比沉砂池前节省成本[12]。
1 实验部分
1.1 实验装置 实验采用 2 套小型传统 SBR 处理装置。反应器
采用有机塑料板制成，长 700 mm、宽 350 mm、高 650 mm，总容积 130 L，有效容积 120 L。厌氧时开启 搅拌器，好氧时用空压机曝气。该系统每个 SBR 底 部均匀布 8 个粘砂头曝气，配备 1 套功率 120 W、体 积流量 110 L/min 的 ACQ-008 型空压机，用 1 个量
90
水处理技术
第 42 卷 第 3 期
ρ/(mg·L-1)
à 工序 ÁÃÄÇÁ 进水 ÅÆ 前搅拌
曝气 后搅拌 沉淀 排水
Tab.1
表 1 运行时序 The running time sequence of SBR
反应过程
时间 /h
瞬时
反硝化、释磷
1.0
降解有机物、硝化、吸磷
4.0
反硝化
1.0
悬浮物及污泥沉淀
12
ÁÃÄÇÁÂÅÆ8
20
ρρ 16
ρρ
12
8
4
Fig.3
0
0
50 100 150 200 250 300
t/h
图 3 低曝气量时 P 的释放和吸收
The release and adsorption of P in the low aeration condition
因是反硝化细菌和聚磷菌在利用小分子有机物时， 反硝化细菌对聚磷菌产生竞争抑制作用[6]。前搅拌 10～15 min 内 NO3--N 的质量浓度由 3.24 mg/L 降 低至 2.03 mg/L，TP 的质量浓度由 4.52 mg/L 升高至 5.48 mg/L，升高了 0.96 mg/L，说明 NO3--N 对聚磷菌 的抑制作用减弱，聚磷菌开始释磷。由此可知反硝化 作用和聚磷菌释磷可以同时发生，但 NO3--N 的质量 浓度降至 3 mg/L 以下时，聚磷菌才开始明显释磷。
第 42 卷 第 3 期 2016 年 3 月
Hale Waihona Puke Baidu
水处理技术 TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT
Vol.42 No.3
Mar., 2016 89
DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2016.03.020
序批式活性污泥工艺除磷现场实验
吕秀彬 1，杨志宏 2，陈彩萍 3，陈宏平 1
中图分类号：X703.1
文献标识码：A
文章编号：1000-3770(2016)03-0089-005
某市第 1 污水处理厂采用传统序批式活性污泥 法（SBR）工艺，由于提标改造的需要，故要求出水由 原设计的 CJ 3025－93 二级标准提高到 GB 18918－ 2002 一级 A 标准[1-2]。现行工艺处理水质除 TN、TP 外，其他指标均可达标。其中，TN 可以通过生物脱 氮的方法实现达标，而 TP 则要用生物、化学法联合 使用才能保证出水达标[3-4]。为此，通过现场小试对 SBR 处理城市污水时运行时序、反硝化阶段混合液 中硝酸盐含量、好氧阶段曝气量大小等因素对生物 除磷的影响，以及投加化学除磷药剂后对出水水质 的影响进行了研究。
（1.太原理工大学环境科学与工程学院，山西 太原 030024； 2. 山西正阳污水净化有限公司，山西 晋中 030600； 3.山西中润博水务有限公司河西分公司，山西 太原 030021）
摘 要：为实证某污水处理厂序批式活性污泥法（SBR）工艺升级改造效果，对设计方案进行了现场实验。分别研究
了厌氧 / 好氧生物除磷、化学协同除磷工艺的处理效果，并据此进行了生产性实验。结果表明，前搅拌时当 NO3--N 的 质量浓度降至 3 mg/L 以下时，聚磷菌才开始明显释磷；低曝气量厌氧释磷量远大于中曝气量时磷的厌氧释放量。
由从图 1～图 3 可以看出，高、中曝气量时，TP、 NO3--N 含量在前搅拌时间内变化情况相似，因此取 中曝气量和低曝气量进行比较分析。
由图 2 可知，中曝气量时前搅拌 0～10 min 内 TP 的质量浓度由 4.38 mg/L 升高到 4.52 mg/L，仅升 高 0.14 mg/L；NO3--N 的质量浓度由 13.51 mg/L 降低 至 3.24 mg/L，由此可知前搅拌前 10 min 内，聚磷菌
程 0～1 600 L/h 玻璃转子流量计控制总曝气量，1 套 JJ-1/1A 功率 100 W 的搅拌装置。
实验在该污水处理厂进行，污泥取自污水处理 厂 SBR 池。在 SBR 曝气时序结束后取泥，具有硝化 功能，置 SBR 内闷曝 24 h 后进水。污水处理厂的平 流沉砂池出水作为实验用水，实验期间进水温度 15 ～23 ℃ ，pH 为 7.5 ～8.2，COD 为 317.4 ～601.8 mg/L，BOD5 为 133.7～231.1 mg/L，NH4+-N、TN、TP、 SS 的质量浓度分别为 43.12～60.34、54.22～74.45、 4.12～6.57、73～280 mg/L。
4
高到 13.28 mg/L，释磷量为 9.03 mg/L。因此低曝气
Fig.2
0
0
50 100 150 200 250 300
t/h
图 2 中曝气量时 P 的释放和吸收
The release and absorption of P in the medium aeration condition
量厌氧释磷量远大于中曝气量时磷的厌氧释放量。 陈滢等研究结果表明，低 DO 含量条件下有明显的 高效放磷阶段，但未解释其形成原因[10]。
综合生物脱氮除磷、COD 去除，SBR 的适宜运 行时序定为：前搅拌 40 min，曝气 3.5 h，后搅拌 1 h， 沉淀 1 h，排水 1 h，闲置 1 h，8 h 为 1 个周期，排水体 积比为 1/3。污泥龄为 17～21 d，DO 的质量浓度控 制在 2～4 mg/L。 2.2 协同式化学除磷
按照以上确定的适宜脱氮除磷运行时序进行协
ÁÂÃÄÅÆ91
同式化学除磷研究，药剂选择为 PFS 和 PAC。由于
在合成 PFS 反应中预先生成了一系列具有较高电荷
收稿日期：2015-06-07 基金项目：山西省回国留学人员科研资助项目（2014-02）；山西省人社厅留学回国人员科技活动择优资助项目（2014-95）；太原理工大
学校基金资助项目（900103-03020775）；太原市住房和城乡建设委员会基金项目（201201） 作者简介：吕秀彬（1989－），男，硕士研究生，研究方向为污水处理；联系电话：15034152346；电子邮件：lvxiubin1008@163.com 联系作者：陈宏平，副教授；电子邮件：hongpingch@163.com
聚合氯化铝（PAC），以 Al2O3 计的质量分数≥ 29.0%；聚合硫酸铁（PFS），以 Fe3+ 计的质量分数为 11%。
水质分析按规定的标准方法进行[5]。 1.2 实验运行参数
实验过程中每次改变时序后，待各处理指标稳 定（约 1 周）再采集其后的运行数据进行分析。运行 参数：周期进水量 40 L，排水体积比 1/3，污泥 BOD5 负 荷 0.04～0.2 kg/(kg·d)，MLSS 的质量浓度 3.5～4.5 g/L。运行时序如表 1 所示。
20
Ã16
ρ/(mg·L-1)
12
ÃÁÃÄÇÁÂÅÆ8
4
Fig.1
0
0
50 100 150 200 250 300
t/h
图 1 高曝气量时 P 的释放和吸收
The release and adsorption of P in the high aeration condition
20
ρρ 16
ρρ
ρ/(mg·L-1)
高、中、低前搅拌进行 5 min，DO 的质量浓度均 可迅速将至 0.1 mg/L 以内，满足聚磷菌释磷的 DO 含量条件。由图 2，中曝气量时磷的厌氧释放量由 4.38 mg/L 升高到 10.81 mg/L，释磷量为 6.43 mg/L； 由图 3，低曝气量时磷的厌氧释放量由 4.25 mg/L 升