SBR中运用不同操作步骤去除生物营养

摘要：研究了实验室水平下的SBR反应器中模拟废水中营养物质的去除。采用了三种不同操作步骤并对其结果进行比较。这三种操作为：三步操作厌氧（An）/间氧（Ax）/好氧（Ox）；四部操作An/Ox/Ax/Ox及五步操作An/Ax/Ox/Ax/Ox。研究了不同操作步骤对模拟废水中COD、N (NH4-N,NO3-N) 和P (PO4-P)去除效果的影响。实验所采用的污泥泥龄为10天。试验结果表明五步处理效果最好，COD，NH4-N，NO3-N 和PO4-P的去处率分别为94%，90%，64%和57%。散步和四部操作中COD和NH4-N的去处效果比五步操作好但是NO3-N 和PO4-P的去处效果五步操作明显好于其他操作。因此，循环时间为10.5h的五步操作确定为去处营养物质最好的操作。

关键词：SBR 不同操作步骤 去除生物营养

前言：

SBR很早就用于去除废水中的COD和P（Baozhen等1998； Belia 和Smith 1997； Carucci 等1997； Colunga 和 Martinez 1996； Danesh 和 Oleskiewicz 1997； Ramirez和 Martinez 2000； Tasli 等1997。）营养废水中最近运用改进后SBR讲解营养物质，在硝化和反硝化的同时去处COD和P。SBR处理过程间歇式操作步骤包括：添加、反应、沉淀、沘水和闲置(Metcalf 和 Eddy 1991)。可以通过调厌氧、间氧和好氧整操作步骤来适应水质变化。

以前已有文献对操作次数进行了研究（Andreottola 等1997；Chang 和Hao 1996； Demoulin 等 1997；Keller 等1997；Pastorelli等1999； Sang-Ill等1997； Umble 和 Ketchum1997；Zuniga 和Martinez 1996）。关于出水最小浓度，Andreottola等(1997)已经出循环长度的最佳计算方法。出水N、NO₂-N和NH₄-N的浓度为2.9 mg l^-1, 0.04 mg l^-1 和0.06 mg l^-1，其中间氧操作时间为3.3h厌氧操作4.2h。

Chang和Hao (1996) 发表了很重要影响SBR操作的参数，可以监测和在线控制操作。一般而言，当污泥停留时间为10天，总的循环时间为6h时，系统中COD、总N和P的去除率为91, 98 和 98%

Colunga and Martinez (1996)研究了在生物膜SBR中厌氧/好氧操作对出水的影响。总的循环时间为8和12小时，其中厌氧和好氧比值不同。当循环时间为12小时，厌氧和好氧比为37/63%时COD和P的去除率最高。

Sang-Ill等人 (1997)用发酵酒的废水代替醋酸盐作为碳源来提高扩大SBR中营养物质降解效率。两者之间没有什么大的区别，总Ｎ和Ｐ的去除率都可以达到90% 和89%。

Umble 和Ketchum (1997)利用SBR处理城市废水。总的操作时间为１２ｈ，BOD₅, TSS, 和NH₃-N去除率为 98%, 90%和89%。

Zuniga 和Martinez (1996)研究了生物膜SBR中通过四种处理放式：an/ax/ao/ax同时去处Ｐ和Ｎ。操作成功的去除了COD，P和N去除率分别为89±1%，75±15%，和87±10%。

以上都没有研究过在SBR中不同操作步骤数量的作用。因此，本文的研究主要目的就是对SBR中不同操作步骤数的去除效果进行比较。操作中包括不同数量的厌氧(An), 间氧 (Ax) 和好氧(Ox)操作和不同的操作方式。

材料与方法：

试验装置：

图１为试验装置简图。５Ｌ的发酵罐(Bioflo IIC, New　Brunswick)作为SBR反应器。发酵罐通过微电脑控制通气、pH和溶氧(DO)。通过带有曝气透的空气泵进行曝气。搅拌速率在25 和300 rpm (rev min^－1)。营养液中的pH 和 DO浓度通过相应的电极来连续监测。

废水成分：

用于试验的模拟废水含有：葡萄糖、醋酸钠、NH₄Cl，KH₂PO₄，MgSO₄·7H₂O，NaHCO₃微量元素溶液，其中含有NaCl (100 mgL^－1), KCl (20 mgL),CaCl₂·2H₂O (50 mg L^－1), FeCl₃·6H₂O (50 mg L^－1)。模拟废水组成见表１。模拟废水主要成分为CODo=1000 mg L^－1，NT=50 mg L^－1 和PT=15 mg L^－1，COD/N/P=100/5/1.5。MgSO₄和NaHCO₃在添加时浓度为0.1 g L^－1和0.59 g L^－1，最初的pH值调到7.0。

微生物：

混合微生物包括：能够氧化碳的异养微生物，反硝化菌，自养硝化菌，厌氧菌（产酸），吸收过量Ｐ的微生物(Acinetobacter sp)。消化菌(Nitrosomonas　和 Nitrobacter)是从美国Clemson大学得到。异样菌来自C¸ igli城市污水处理厂。接种Izmir水处理厂中去除Ｃ和Ｎ的微生物。用于吸收多于Ｐ的Acinetobacter calcoaceticus (NRRL-552)菌来自美国USDA，国家研究实验室。真个微生物菌群在实验室中用合适的生长培养基培养，接种与混合微生物环境。

试验操作：

在开始间歇式操作之前，反应器加入含有混合微生物的模拟废水，经过几天的间歇通风，达到试验开始所需微生物浓度。微生物沉淀后，去除４Ｌ上清液后加入总体积５Ｌ的培养液。然后，开始间歇的厌氧、间氧和好氧操作。仅在厌氧阶段穿过培养基通入氮气。在厌氧和好氧阶段搅拌速率分别为25 和 50 rpm。在好氧操作中培养基进行充分的通气和搅拌(300 rpm)。在每个操作开始和结束时取样并进行分析。每次SBR结束后，微生物经过３０分钟的沉淀后，排出上清液。沉淀的微生物用于下一次操作。为了维持１０天的污泥泥龄，1/10的沉淀微生物排出。温度和pH维持在T=25 ℃和pH=7–7.5。在好氧阶段DO浓度保持在2 mg L^－1，厌氧和间氧操作时维持在０。

三步操作为an (1 h),ax (1.5 h), ox (4 h)及0.5 h的闲置时间，总的操作时间为7 h。四步操作为an (1 .5h) ，ox (4 h)，ax (1.5 h)，ox (2 h)及0.5 h的闲置时间，总的操作时间为10.5h。五步操作为An/Ax/Ox/An/Ox其水利停留时间分别为为1/1.5/4/1.5/2 h 及0.5 h的闲置时间，总的操作时间为9 h。污泥停留时间保持在10天。每个实验条件运行两次。运行第一次为了适应环境，第二次为了得到实验数据。

分析方法：

在每个处理阶段（好氧、厌氧、好氧）的开始和结束时取样，样品在6000 rpm下离心30min，从而去除液体培养基中的微生物。上清液用于分析COD，NH₄/NO₃ N。N和P用标准方法（Merck-Spectroquant）和光谱测定。COD，，TS和TSS用标准方法(APHA 1998)。DO 和pH通过微电脑控制发酵罐（New　Brunswick, Bioflo IIC）用微量电极一起测定。样品经0.45μm微空过滤膜过滤后在105℃下称重来测定生物量浓度(MLSS)。