SBR中運用不同操作步驟去除生物營(yíng)養

SBR很早就用于去除廢水中的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。）營(yíng)養廢水中最近運用改進(jìn)后SBR講解營(yíng)養物質(zhì)，在硝化和反硝化的同時(shí)去處COD和P。SBR處理過(guò)程間歇式操作步驟包括：添加、反應、沉淀、沘水和閑置(Metcalf 和 Eddy 1991)�？梢酝ㄟ^(guò)調厭氧、間氧和好氧整操作步驟來(lái)適應水質(zhì)變化。

以前已有文獻對操作次數進(jìn)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）。關(guān)于出水最小濃度，Andreottola等(1997)已經(jīng)出循環(huán)長(cháng)度的最佳計算方法。出水N、NO2-N和NH4-N的濃度為2.9 mg l-1, 0.04 mg l-1 和0.06 mg l-1，其中間氧操作時(shí)間為3.3h厭氧操作4.2h。

Chang和Hao (1996) 發(fā)表了很重要影響SBR操作的參數，可以監測和在線(xiàn)控制操作。一般而言，當污泥停留時(shí)間為10天，總的循環(huán)時(shí)間為6h時(shí)，系統中COD、總N和P的去除率為91, 98 和 98%

Colunga and Martinez (1996)研究了在生物膜SBR中厭氧/好氧操作對出水的影響�？偟难�環(huán)時(shí)間為8和12小時(shí)，其中厭氧和好氧比值不同。當循環(huán)時(shí)間為12小時(shí)，厭氧和好氧比為37/63%時(shí)COD和P的去除率最高。

Sang-Ill等人 (1997)用發(fā)酵酒的廢水代替醋酸鹽作為碳源來(lái)提高擴大SBR中營(yíng)養物質(zhì)降解效率。兩者之間沒(méi)有什么大的區別，總Ｎ和Ｐ的去除率都可以達到90% 和89%。

Umble 和Ketchum (1997)利用SBR處理城市廢水�？偟牟僮鲿r(shí)間為１２ｈ，BOD5, TSS, 和NH3-N去除率為 98%, 90%和89%。

Zuniga 和Martinez (1996)研究了生物膜SBR中通過(guò)四種處理放式：an/ax/ao/ax同時(shí)去處Ｐ和Ｎ。操作成功的去除了COD，P和N去除率分別為89±1%，75±15%，和87±10%。

以上都沒(méi)有研究過(guò)在SBR中不同操作步驟數量的作用。因此，本文的研究主要目的就是對SBR中不同操作步驟數的去除效果進(jìn)行比較。操作中包括不同數量的厭氧(An), 間氧 (Ax) 和好氧(Ox)操作和不同的操作方式。

材料與方法：

試驗裝置：

圖１為試驗裝置簡(jiǎn)圖。５Ｌ的發(fā)酵罐(Bioflo IIC, New　Brunswick)作為SBR反應器。發(fā)酵罐通過(guò)微電腦控制通氣、pH和溶氧(DO)。通過(guò)帶有曝氣透的空氣泵進(jìn)行曝氣。攪拌速率在25 和300 rpm (rev min－1)。營(yíng)養液中的pH 和 DO濃度通過(guò)相應的電極來(lái)連續監測。

廢水成分：

用于試驗的模擬廢水含有：葡萄糖、醋酸鈉、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)。模擬廢水組成見(jiàn)表１。模擬廢水主要成分為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在添加時(shí)濃度為0.1 g L－1和0.59 g L－1，最初的pH值調到7.0。

微生物：

混合微生物包括：能夠氧化碳的異養微生物，反硝化菌，自養硝化菌，厭氧菌（產(chǎn)酸），吸收過(guò)量Ｐ的微生物(Acinetobacter sp)。消化菌(Nitrosomonas　和 Nitrobacter)是從美國Clemson大學(xué)得到。異樣菌來(lái)自C¸ igli城市污水處理廠(chǎng)。接種Izmir水處理廠(chǎng)中去除Ｃ和Ｎ的微生物。用于吸收多于Ｐ的Acinetobacter calcoaceticus (NRRL-552)菌來(lái)自美國USDA，國家研究實(shí)驗室。真個(gè)微生物菌群在實(shí)驗室中用合適的生長(cháng)培養基培養，接種與混合微生物環(huán)境。

試驗操作：

在開(kāi)始間歇式操作之前，反應器加入含有混合微生物的模擬廢水，經(jīng)過(guò)幾天的間歇通風(fēng)，達到試驗開(kāi)始所需微生物濃度。微生物沉淀后，去除４Ｌ上清液后加入總體積５Ｌ的培養液。然后，開(kāi)始間歇的厭氧、間氧和好氧操作。僅在厭氧階段穿過(guò)培養基通入氮氣。在厭氧和好氧階段攪拌速率分別為25 和 50 rpm。在好氧操作中培養基進(jìn)行充分的通氣和攪拌(300 rpm)。在每個(gè)操作開(kāi)始和結束時(shí)取樣并進(jìn)行分析。每次SBR結束后，微生物經(jīng)過(guò)３０分鐘的沉淀后，排出上清液。沉淀的微生物用于下一次操作。為了維持１０天的污泥泥齡，1/10的沉淀微生物排出。溫度和pH維持在T=25 ℃和pH=7–7.5。在好氧階段DO濃度保持在2 mg L－1，厭氧和間氧操作時(shí)維持在０。

三步操作為an (1 h),ax (1.5 h), ox (4 h)及0.5 h的閑置時(shí)間，總的操作時(shí)間為7 h。四步操作為an (1 .5h) ，ox (4 h)，ax (1.5 h)，ox (2 h)及0.5 h的閑置時(shí)間，總的操作時(shí)間為10.5h。五步操作為An/Ax/Ox/An/Ox其水利停留時(shí)間分別為為1/1.5/4/1.5/2 h 及0.5 h的閑置時(shí)間，總的操作時(shí)間為9 h。污泥停留時(shí)間保持在10天。每個(gè)實(shí)驗條件運行兩次。運行第一次為了適應環(huán)境，第二次為了得到實(shí)驗數據。

分析方法：

在每個(gè)處理階段（好氧、厭氧、好氧）的開(kāi)始和結束時(shí)取樣，樣品在6000 rpm下離心30min，從而去除液體培養基中的微生物。上清液用于分析COD，NH4/NO3 N。N和P用標準方法（Merck-Spectroquant）和光譜測定。COD，，TS和TSS用標準方法(APHA 1998)。DO 和pH通過(guò)微電腦控制發(fā)酵罐（New　Brunswick, Bioflo IIC）用微量電極一起測定。樣品經(jīng)0.45μm微空過(guò)濾膜過(guò)濾后在105℃下稱(chēng)重來(lái)測定生物量濃度(MLSS)。

結果與討論：

營(yíng)養的去除效果

圖２總結了在每個(gè)SBR循環(huán)結束COD的去除效果。在不同的操作步驟下，COD的去除率在94% 和96%之間。在三步、四步和五步操作情況下COD的去除不同差別很小。三步操作在較短的操作時(shí)間７h下有利于COD的去除。

培養基中是含有NH4－N作為氮源。但是在好氧階段NH4－N的硝化作用產(chǎn)生了NO3-N。因此，在最后的出水中，NH4-N和NO3-N非常重要。圖２說(shuō)明了在同的循環(huán)過(guò)程中三步、四步和五步操作中的去除效果。NH4-N去除率在90% 和92%之間。其中三步操作去除率接近92%，表明NH4-N的去除是最好的，因為7h的較低操作時(shí)間。

NO3-N的去除效果根據不同的操作時(shí)間和操作步驟而變化。這種變化在圖２中可以看出。五步操作的NO3-N去除效率接近于64%大于四步(56%)和三步(50%) 操作。這是因為NO3-N在第二個(gè)間氧操作中的反硝化作用。三步和四步操作只含有一個(gè)間氧的反硝化步驟，所以五步操作更利于NO3-N的去除。

圖２中表述了PO4-P去除率的變化情況。結果表明在操作結束后，五步操作對去除率最高(57%)，原因是過(guò)多的Ｐ在第二個(gè)好氧操作階段被降解。PO4-P的去除率在三步和四步操作中接近于50%。結果表明，五步操作更有利于PO4-P的去除。

COD 和NH4-N的去除率在不同的操作中基本相同。但是，在五步操作過(guò)程中NO3-N 和 PO4-P明顯高于其他操作。雖然五步操作時(shí)間相對于其他操作較長(cháng)，但是更有利，因為出水水質(zhì)較低。

來(lái)源：谷騰水網(wǎng)