SBR-SBHBR工藝結合活性污泥外循環(huán)技術(shù)優(yōu)化城市污水除磷脫氮

根據生物除磷脫氮對環(huán)境條件的要求，構想采用序批式活性污泥反應器（Sequencing Batch Reactor，SBR）與序批復合式生物膜反應器（Sequencing Batch Hybrid Biofilm Reactor，SBHBR）串聯(lián)工藝并結合活性污泥外循環(huán)技術(shù)，來(lái)優(yōu)化除磷脫氮，其工藝流程如圖1 所示。SBR級，是生物懸浮生長(cháng)系統，采用高負荷低泥齡運行，以除磷為主要目的，構成系統的除磷級；SBHBR 級，反應器內填加懸浮填料，是生物懸浮與附著(zhù)復合生長(cháng)系統，通過(guò)控制運行條件亞硝酸型硝化反硝化脫氮，兼顧同時(shí)硝化反硝化的方式脫氮，是系統的脫氮級；活性污泥外循環(huán)系統由厭氧釋磷池、化學(xué)除磷池及相應的循環(huán)管線(xiàn)構成，采用活性污泥外循環(huán)技術(shù)可緩解城市污水中碳源不足的矛盾，強化SBR級的除磷效果。 

1、 系統的操作過(guò)程

如圖1所示，整個(gè)系統一個(gè)周期的操作過(guò)程敘述如下。SBR級（除磷級）：嚴格限量曝氣方式充水→厭氧攪拌（釋磷）→曝氣（攝磷、降解COD）→沉淀排泥→排水。對于城市污水（有機物濃度一般較低），充水時(shí)間可盡量短，以增大反應器內基質(zhì)的濃度梯度，并在充水的同時(shí)進(jìn)行攪拌，起到混合、稀釋并使聚磷菌充分利用污水中的易降解有機物進(jìn)行釋磷；在曝氣階段，要注意合理調控曝氣時(shí)間和泥齡，使系統在曝氣過(guò)程中既達到充分攝磷、降解有機物，同時(shí)又要盡量避免硝化作用發(fā)生；為防止沉淀階段發(fā)生磷的提前釋放問(wèn)題，可在沉淀開(kāi)始后不長(cháng)時(shí)間相繼開(kāi)始排泥，排出的富磷活性污泥（數量大于系統產(chǎn)生的剩余活性污泥量）直接送入厭氧釋磷池；最后將除磷后的含氮上清液作為下一級（SBHBR）的進(jìn)水排出SBR反應器。

活性污泥外循環(huán)系統：在每一運行周期從SBR系統排出的富磷活性污泥進(jìn)入厭氧釋磷池的同時(shí)，投加適量原水進(jìn)行攪拌釋磷，然后經(jīng)泥水分離，將釋磷后污泥的一部分在SBR的好氧階段回流至SBR 反應器，以強化SBR 的除磷能力；另一部分釋磷后的污泥（相當于SBR級的剩余活性污泥部分）在SBHBR級的反硝化階段隨反硝化碳源一起送入SBHBR反應器，以補充該級的反硝化碳源；釋磷池中的富磷上清液送化學(xué)除磷池進(jìn)行化學(xué)除磷，除磷后，上清液隨SBHBR的進(jìn)水一起送入SBHBR反應器，化學(xué)污泥排出系統。

SBHBR 級（脫氮級）：限量曝氣方式充水→曝氣（硝化）投加原水缺氧攪拌（反硝化）→后曝氣→沉淀、排水、排泥。充水時(shí)間可盡量短并伴隨攪拌，使反硝化菌能夠充分利用進(jìn)水中剩余的有機物對反應器內剩余的硝態(tài)、亞硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化脫氮；在曝氣階段，通過(guò)合理地控制曝氣量，把硝化反應控制在亞硝化階段；在缺氧攪拌階段引入適量原水和相當于SBR級的剩余活性污泥部分的來(lái)自于厭氧釋磷池的釋磷污泥作為碳源進(jìn)行反硝化脫氮；反硝化之后，再進(jìn)行短時(shí)間曝氣，以吹脫附著(zhù)在污泥上的氮氣、進(jìn)一步去除水中剩余的有機物和將水中可能剩余的亞硝態(tài)氮氧化至硝態(tài)氮（減小出水的毒性）；最后通過(guò)沉淀、排水、排泥過(guò)程完成整個(gè)工藝一個(gè)周期的運行操作。

2、新工藝的可行性

根據聚磷菌與硝化菌世代時(shí)間存在的差異性，通過(guò)合理控制曝氣時(shí)間及泥齡，將聚磷菌與硝化菌分別控制在兩級反應器中優(yōu)勢生長(cháng)是可行的。由于亞硝酸菌對DO的親和力較硝酸菌強，通過(guò)合理控制SBHBR級的DO，可以達到抑制硝酸菌活性和淘汰硝酸菌的目的，從而可將硝化作用控制在亞硝化階段；SBHBR級生物的復合生長(cháng)和系統內較低的DO水平，有利于系統內出現缺氧/厭氧宏觀(guān)環(huán)境和微環(huán)境，為同時(shí)硝化反硝化創(chuàng )造了條件；將部分富磷污泥在SBR系統外經(jīng)厭氧釋磷并儲碳后，再送回SBR系統好氧吸磷，不僅強化了SBR級除磷效果，同時(shí)也可使SBHBR級得到相對較多的剩余碳源，這對SBHBR級同時(shí)硝化反硝化有利；SBR級去除了大部分進(jìn)水中的有機物，消除了原水中較高的有機物濃度對硝化反應的抑制影響；以原水作和釋磷并儲碳后的污泥為反硝化碳源，可使系統具有較高的反硝化速率；RSBHBR級生物的復合式生長(cháng)，可較有效地避免在較低DO條件下污泥的膨脹現象。所以該SBR-SBHBR工藝將磷、氮分別控制在兩級反應器中高效去除并同時(shí)脫碳，在理論和實(shí)踐上都是可行的。

3、新工藝的特點(diǎn)

上述兩級串聯(lián)工藝借鑒了AB工藝的基本思想，通過(guò)合理的操作過(guò)程，將除磷與脫氮這兩個(gè)相互矛盾的生物處理過(guò)程分別控制在兩個(gè)序批式反應器中進(jìn)行，使系統既具有SBR法的靈活性，又具有AB法的高效性。該系統與常規除磷脫氮系統相比較具有以下特點(diǎn)。

3.1 SBR和SBHBR可以根據需要合理確定各自的運行泥齡，解決了常規工藝中生物除磷與脫氮之間的泥齡之爭。

3.2 進(jìn)水中的碳源主要用于滿(mǎn)足釋磷的需要，反硝化采用外加原水和外循化污泥作為碳源，使進(jìn)水中的碳源得到了合理的分配，解決了釋磷與脫氮之間的碳源競爭問(wèn)題。

3.3 可以根據需要，靈活地控制SBR級的曝氣時(shí)間及泥齡，實(shí)現最大限度地減少硝化菌在反應器中的生長(cháng)數量，較好地避免了在該級中發(fā)生硝化作用，從而可消除厭氧區的硝酸鹽成分對厭氧釋磷的不利影響。

3.4 進(jìn)水中的大部分有機物和有毒有害物質(zhì)（當進(jìn)水中含有抑制硝化菌的有毒有害物質(zhì)時(shí)）可以在SBR級除磷的同時(shí)被降解或吸附，防止了高有機負荷對SBHBR單元硝化反應的沖擊和緩解了有毒有害物質(zhì)對硝化過(guò)程的抑制作用[18]；同時(shí)，SBHBR級中生物的復合式生長(cháng)和較低的有機物濃度，有利于硝化菌的優(yōu)勢生長(cháng)、增加污泥中硝化菌的比例、提高硝化反應速率。

3.5 在除磷級采用了活性污泥外循環(huán)技術(shù)，使系統具有Phstrip工藝的特點(diǎn)，對進(jìn)水的BOD5/TP值沒(méi)有特殊的限制，除磷的效果及穩定性?xún)?yōu)于常規的生物除磷工藝。該工藝不僅解決了由于進(jìn)水碳源不足對除磷效率的影響，也有效地解決了常規生物除磷系統處理大量富磷污泥的難題。

3.6 進(jìn)水中的大部分有機物是在高負荷運行條件下經(jīng)SBR級去除的，SBHBR 級具有很高的硝化速率，并控制SBHBR內的硝化反應進(jìn)程至亞硝化結束階段，這可有效地減少兩級反應器總的曝氣量，縮短總的反應時(shí)間，從而可有效地減少系統的運行費用和節省反應器的占地面積和基建費用。

3.7 由于系統的最終出水是經(jīng)非生物除磷系統（SBHSR級）排出的，不存在混合液中富磷懸浮顆粒和富磷污泥釋磷的影響，而且SBHSR系統中微生物的正常代謝對P的需求，還可以進(jìn)一步降低SBR 級出水中P 的含量。因此，該工藝系統可以容易并且穩定地實(shí)現，最終出水中TP達到《國家城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準（GB18918-2002）》中的一級a標準（TP(0.5mg/L）。

3.8 磷是以穩定的化學(xué)污泥的形式排出處理系統的，不存在富磷生物污泥容易引起二次磷污染的問(wèn)題。同時(shí)，化學(xué)污泥是在高濃度溶解磷的厭氧釋磷池中通過(guò)投加化學(xué)藥劑生成的，這不僅可充分利用濃度效應加快化學(xué)沉淀反應過(guò)程和提高藥劑的利用率，并且也可獲得較純的化學(xué)污泥，以有利于磷資源的回收。

4 結語(yǔ)

在分析常規生物除磷脫氮工藝缺欠的基礎上，提出了SBR-SBHBR工藝結合活性污泥外循環(huán)技術(shù)的生物除磷脫氮運行模式，旨在將磷與氮這兩個(gè)相互矛盾的生物處理過(guò)程分別控制在兩級反應器中高效去除。通過(guò)合理地控制操作過(guò)程，采用該工藝可望解決常規生物除磷脫氮工藝中的泥齡問(wèn)題、生物釋磷與反硝化之間的碳源競爭問(wèn)題和厭氧區的硝酸鹽問(wèn)題等，使功能不同的微生物在各自有利的條件下生長(cháng)，從而提高系統除磷脫氮的效果和穩定性；該工藝也可望能有效地解決常規生物除磷系統處理大量富磷污泥的難題。（作者：任慶凱，長(cháng)春工程學(xué)院水利與環(huán)境學(xué)院）