侯亚龙
（忻州市生态环境局神池分局，山西 神池 036199）
目前，我国城市污水的排放量逐年增加，致使我国地表水体污染愈加严重。其中，污水中的磷是造成地表水体富营养化的主要元凶之一。目前生物法除磷被广泛应用在城市污水处理厂，然而现有除磷工艺存在分配有机物碳源不合理、脱氮和除磷效果不可以同时达到最佳情况的现象［1］。因此，对现有生物除磷工艺进行创新改造，提高城市污水处理厂除磷效率，同时优化工艺污染物去除效果，对人类控制水体富营养化，促进水资源的长期使用具有至关重要的现实价值。
1 试验装置及主系统工艺
本试验装置以稳定可靠的SBR生物除磷工艺为基础，通过旁流一部分好氧污泥至厌氧反应器，对其进行创新改造，保持SBR工艺内高浓度的MLSS，缓解反应器内生物除磷、脱氮的冲突，保证脱氮除磷效果同时达到最佳［2］。改造后的旁流式SBR工艺装置示意图，如图1所示。
由图1可知，试验主装置采用SBR反应器，外加旁流式厌氧发酵罐。主系统工艺为：周期进水，以缺氧、好氧、沉淀等流程，曝气结束时将部分好氧污泥排入厌氧发酵罐，厌氧发酵罐中较长的HRT使得厌氧环境得到加强，以强化释磷，然后将泥水混合液回流至SBR系统主反应器，再重按照缺氧、好氧、沉淀等流程，进行下一周期反应。主反应器SBR每日运转三周期，使用间歇进水、排水的方式。试验过程中采用曝气砂头、机械搅拌，并使用时间控制器实现自动切换出水、曝气、搅拌等工况。
图1 改造后的旁流式SBR工艺装置示意图
2 试验材料与研究方法
2.1 试验水质与接种污泥
试验用水根据忻州市某污水处理厂的水质特征和实验需要，同时为了试验配水更加适应微生物生长，以自来水作为基础水，再分别以葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾作为C源、N源、P源，以EDTA、五水硫酸铜、七水硫酸锌、三氯化铁等作为微量元素，配置而得。接种污泥源自忻州市某污水处理厂污泥浓缩池的配泥井。试验配水浓度及污泥主要成分，如表1所示。
表1 试验配水浓度及污泥主要成分
2.2 主要实验试剂及仪器
主要实验试剂如下：葡萄糖（C6H12O6）、氯化铵（NH4Cl）、磷 酸 二 氢 钾 （KH2PO4）、无 水 氯 化 钙（CaCl2）、七水硫酸镁（MgSO4·7H2O）、乙二胺四乙二酸（EDTA）、七水硫酸锌（ZnSO4·7H2O）、四水氯化锰（MnCl2·4H2O）、五水合硫酸铜（CuSO4·5H2O）、碘 化 钾 （KI）、硼 酸 （H3BO4）、硼 酸 钠（Na3BO4）、硫酸（H2SO4）、过硫酸钾（K2S2O8）、碳酸氢钠（NaHCO3）、钼酸铵［（NH4）6Mo7O24·4H2O］、无水碳酸钠（Na2CO3）、酒石酸钾钠（C4H4O6KNa·4H2O）、福林酚试剂、氯化钠（NaCl）、溴化钾（KBr）、盐酸（HCl）等。
主要实验仪器如下：紫外可见分光光度计，DR5000；电热 恒温水 槽，DK－8D；COD 消 解 仪，DRB200；恒温真空干燥箱，PS101－01BS；电子天平，CP214；纯水器，UPH－Ⅱ－10T；手提式压力蒸汽灭菌器，DSX－280A；便携式多参数分析仪，HQ30d；马弗炉，KSX－5－12；三维荧光光谱仪，Fluoro Max－4；扫描电子显微镜，VEGA3SBH；高效液相色谱，HPLC A10等。
2.3 常规指标分析方法
CODcr浓度高低反映有机物的污染程度，TP的含量多少对水体富营养化有直接影响，TN和氨氮是污水处理重点监测的指标，的出水含量直接决定TN的出水浓度。为此，本试验主要指标选定为COD、TP、TN及，其测定方法分别为：1）TN，碱性过硫酸钾消解（HJ 636－2012）；2）pH，哈希仪器直读；3），钠氏试剂分光光度法（HJ 535－2009）；4）TOC，TOC分析仪直读；5）TP钼酸铵分光光度法（GB 11893－89）；6）CODcr，快速消解分光光度法（HJ／T399－2007）；7）DO，哈希仪器直读等。
3 试验结果与分析
3.1 旁流比对污染物去除效果的影响
旁流比对污染物去除效果的影响主要考察本工艺在旁流比分别为10%、15%、20%的情况下，在0d～16d内，随着时间的推移，对污水中COD、TP的去除率及脱氮效果。试验研究结果及其分析具体如下：
1）COD去除。在三种旁流比下，COD的去除率都稳定在90%以上，说明对COD去除效果较好。分析原因可能是因为COD进水浓度较低，为400mg／L左右，而对于这三种旁流比而言，拥有较多的活性污泥，长期饥饿的活性污泥大量吸收及消耗COD有机物，所以COD很容易被降解，能够满足一级A排放标准（COD≤50mg／L）。同时，相同情况下，高旁流比对COD的去除率更高。
2）TP去除。在三种旁流比情况下，TP的去除率都稳定在80%以上，说明对TP去除效果较好。同时，随旁流比的增加，TP的去除效率呈逐渐增加的趋势，这是由于旁流比增加，厌氧发酵罐中可利用的SCOD（溶解性COD）越多，那么聚磷菌就越活越，吸附的磷就越多。当旁流比为20%时，TP去除率最大，平均去除率达到88%，TP去除效能最高，污水处理效果较好。
3）脱氮效果。试验结果表明，旁流式SBR生物除磷工艺可以强化N的去除；N的去除受旁流比影响，且随着旁流比的增加，TN和去除率逐渐增加；旁流比为20%，出水、TN大致满足一级A标准。分析原因，可能是厌氧发酵罐内外加碳源可有效提高硝化和反硝化效率，从而显着提高脱氮效果。不同旁流比下脱氮效果，如图2所示。
图2 不同旁流比下脱氮效果（TN和的去除效果）
3.2 HRT对污染物去除效果的影响
HRT对污染物去除效果的影响主要考察本工艺在HRT分别为4、6、8h的情况下，在0d～16d内，随着时间的推移，对污水中COD、TP的去除率及脱氮效果。试验研究结果及其分析具体如下：
1）COD去除。在三种HRT下，COD的去除率都稳定在90%以上，说明对COD去除效果较好。分析原因可能是存在厌氧磷的释放或者缺氧氨氮的反硝化，从而使得COD得到较好的去除。具体的，出水COD浓度基本稳定，能够满足GB18918－2002一级A标准（COD≤50mg／L）。同时，相同情况下，HRT为6h时，对COD的去除率更高。
2）TP去除。在三种HRT下，TP的去除率都稳定在80%以上，说明对TP去除效果较好。同时，当HRT越大时，TP的去除率增加，这是由于随着HRT增大，厌氧发酵罐内产酸菌群增加，聚磷菌活跃，除磷效果得到提高。具体的，在HRT为6h和8h时，出水浓度基本满足一级A标准。值得注意的是，当HRT为8h，随着时间的推移，TP去除率有降低的趋势，同时，当HRT过长时，污水处理的成本会增加，不利于污水处理的长期运行。根据污水的处理效率和经济成本综合分析可知，当HRT为6h时，污水的处理效能最高。
3）脱氮效果。试验结果表明，当HRT为4h、6h时，随着时间的推移，TN和的去除率不断增大，且相同条件下，当HRT为6h时，TN和的去除率更高；当HRT为8h时，随着时间的推移，TN和的去除率反而有所下降，且相同条件下，TN和的去除率低于HRT为6h时。由此可见，HRT为6h时，脱氮效果最佳，出水的质量浓度约为6.5mg／L，出水TN质量浓度约为10mg／L，满足一级A标准。分析原因，可能由于HRT为6h时剩余污泥产酸发酵最多，导致硝化菌和反硝化菌在此时最为活跃，从而导致脱氮效果较好。不同HRT下脱氮效果，如图3所示。
图3 不同HRT下脱氮效果（TN和的去除效果）
3.3 曝气方式对污染物去除效果的影响
曝气方式对污染物去除效果的影响主要考察本工艺在旁流比分别为曝3停3（h）、曝4停2（h）、曝5停1（h）的情况下，在0d～16d内，随着时间的推移，对污水中COD、TP的去除率及脱氮效果。试验研究结果及其分析具体如下：
1）COD去除。在三种曝气方式下，COD的去除率都稳定在88%以上，说明对COD去除效果较好，且出水满足一级A标准（COD≤50mg／L）。同时，相同情况下，曝4停2（h）时，对COD的去除率更高，去除率可以稳定达95%以上。分析原因可能是由于曝气时间越长，硝化菌和聚磷菌消耗COD越多，故而效果最好。
2）TP去除。在三种曝气方式下，TP的去除率都稳定在87%以上，说明对TP去除效果较好。同时，相同情况下，曝4停2（h）对TP的去除率最高，可达92%以上，其次为曝3停3（h），去除率可达90%以上，最后为曝5停1（h），去除率稳定在87%～88%之间。原因能是由于曝气时间过长，破坏了沉淀时的厌氧环境，而好氧吸磷较少，从而致使出水TP含量较高。因此，选择曝气方式为曝4停2（h）。
3）脱氮效果。试验结果表明，曝4停2（h）时脱氮效果最好，曝3停3（h）和曝5停1（h）的脱氮效果基本相当。这是由于曝气时间越长，曝气量的越多，硝化细菌和反硝化细菌越活跃，脱氮效果越好，但是过长的曝气时间，，但过长的曝气时间则会导致硝氮过高，影响反硝化阶段的进行，同时会减少好氧磷吸收和硝化反硝化脱氮过程。不同曝气方式下脱氮效果，如图4所示。
图4 不同HRT下脱氮效果（TN和的去除效果）
4 结语
通过旁流式SBR生物除磷工艺强化污染物去除效果的研究发现，旁流比为20%、HRT为6h、曝4停2（h）时，脱氮除磷以及COD去除效果最佳，去除率分别达到93%、85%、73%、90.5%，出水C、N、P均满足一级A排放，此创新方法值得相关污水处理厂的借鉴与参考。
