生活污水脫氮除磷方法

序批式生物膜反應(yīng)器（Sequencing Biofilm BatchReactor，SBBR）是目前國(guó)內(nèi)外正在研究、應(yīng)用的一種污水生物處理新工藝〔1〕。

序批式生物膜法是在序批式活性污泥法和生物膜法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的處理工藝，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)〔2, 3〕，不僅基建費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)單，而且脫氮除磷效果好、污泥產(chǎn)量低〔4, 5〕。

序批式生物膜反應(yīng)器的開(kāi)發(fā)是為了防止比生長(zhǎng)速率小的微生物在水力波動(dòng)過(guò)大的反應(yīng)器中被“淘洗”出去而設(shè)計(jì)的。它以填料生物膜方式代替活性污泥工藝，按照序批式的運(yùn)行方式運(yùn)行，可以在單個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)厭氧、好氧、缺氧等工序，實(shí)現(xiàn)一體化同步脫氮除磷〔6〕。與序批式活性污泥工藝相比，SBBR 工藝具有處理效率高和管理維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于中小城鎮(zhèn)點(diǎn)源污水的處理以及污水的深度處理。筆者采用絲瓜絡(luò)填料SBBR 處理生活污水，研究了其對(duì)生活污水同步脫氮除磷的處理效果。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用絲瓜絡(luò)采自山東煙臺(tái)一農(nóng)戶(hù)家中，將其去皮去籽后的絲瓜瓤添加到反應(yīng)器內(nèi)，作為生物膜的掛膜載體。該填料已申請(qǐng)，號(hào)為200720017834.9。試驗(yàn)所用填料的外觀(guān)如圖 1所示。

圖 1 絲瓜絡(luò)結(jié)構(gòu)

絲瓜絡(luò)作為一種天然的生物載體，對(duì)微生物無(wú)任何毒害和副作用。其表面凹凸不平，存在大量的溝脊，比人工合成的塑料等填料更易被微生物附著。該填料富含纖維素和木質(zhì)素〔7〕，密度約為0.77~0.78g/cm3。由于絲瓜絡(luò)具有*的天然微網(wǎng)纖維結(jié)構(gòu)，且親水性較好，因此掛膜非常迅速。

1.2 試驗(yàn)用水及污泥

試驗(yàn)所用原水取自青島理工大學(xué)北院的總排污口處，該污水主要為教職工宿舍、學(xué)生食堂、公寓、浴室等產(chǎn)生的生活污水。總排污口處的集水井內(nèi)安裝有柵隙為1 mm 的機(jī)械格柵，用于對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理，去除水中較大顆粒的懸浮物、發(fā)絲、固體垃圾等雜物。預(yù)處理后的原水經(jīng)污水管道輸送至試驗(yàn)室外的調(diào)節(jié)池，其中NH3-N 為36.9~59.7 mg/L ，TN 為51.9~79.0 mg/L，TP 為3.33~5.24 mg/L。

試驗(yàn)用接種污泥取自青島李村河污水處理廠(chǎng)。所取接種污泥呈黑褐色，30 min 內(nèi)污泥沉降比SV約為30%，污泥性狀良好。通過(guò)顯微鏡觀(guān)察，活性污泥中微生物豐富，有一定量活性較強(qiáng)的鐘蟲(chóng)、蓋蟲(chóng)以及少量的輪蟲(chóng)。

1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)采用自制的絲瓜絡(luò)填料SBBR，外形為長(zhǎng)方體，材料為有機(jī)玻璃，長(zhǎng)185 mm，寬185 mm，高585 mm，有效容積為19.8 L，填料填充度為50%。試驗(yàn)裝置如圖 2 所示。

圖 2 試驗(yàn)裝置示意 

將取自試驗(yàn)室外污水調(diào)節(jié)池中的生活污水直接抽到污水箱中，通過(guò)W-188 型進(jìn)水泵將污水抽入絲瓜絡(luò)填料SBBR 內(nèi)，反應(yīng)器由ACO-208 電磁式空氣壓縮機(jī)供氧，空氣擴(kuò)散裝置為砂芯曝氣頭。經(jīng)處理后的水由底部出水口流出。

1.4 試驗(yàn)方法

整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程在室內(nèi)進(jìn)行，水溫為18 ℃。反應(yīng)器運(yùn)行前，先將絲瓜絡(luò)放入蒸餾水中浸泡，每天換水1 次，持續(xù)5 d，以消除絲瓜絡(luò)本身對(duì)試驗(yàn)的影響。2011 年4 月20 日開(kāi)始采用活性污泥快速啟動(dòng)方式進(jìn)行掛膜，即將絲瓜絡(luò)填料填入SBBR 反應(yīng)器至一半容積，隨后注入10 L 活性污泥，接著注入生活污水9.8 L，然后曝氣，每隔4 h 靜置沉淀0.5 h，排出上清液； 重新注入鮮污水并重復(fù)上述過(guò)程，持續(xù)7 d后，掛膜成功。掛膜成功后，反應(yīng)器開(kāi)始運(yùn)行，采用序批式（A-O-A）運(yùn)行模式，運(yùn)行周期為8 h（瞬時(shí)進(jìn)水，厭氧2.5 h，曝氣4 h，缺氧1.5 h，瞬時(shí)排水）。將反應(yīng)器出水靜置，取其上清液進(jìn)行水質(zhì)分析，考察絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)生活污水的處理效果。水質(zhì)分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)NH3-N 的去除效果

絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)NH3-N 的去除效果如圖 3所示。

圖 3 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)NH3-N 的去除效果 

由圖 3 可知，反應(yīng)器進(jìn)水NH3-N 為36.9~59.7mg/L，出水NH3-N 為2.1~8.4 mg/L，NH3-N 去除率為80%~95%，平均NH3-N 去除率為90%。

在反應(yīng)器運(yùn)行初期，NH3-N 去除率較低，待反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，NH3-N 去除率明顯升高。分析認(rèn)為：硝化細(xì)菌是一種好氧自養(yǎng)菌，生長(zhǎng)速率較低，在絲瓜絡(luò)纖維表面富集速率較慢，所以反應(yīng)器運(yùn)行初期NH3-N 去除率較低〔8〕。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，絲瓜絡(luò)填料粗糙的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)所造就的巨大的比表面積發(fā)揮了重要作用，為微生物生長(zhǎng)繁殖提供了更大的棲息場(chǎng)所，又由于絲瓜絡(luò)纖維表面存在親水性基團(tuán)以及對(duì)微生物無(wú)任何毒副作用，使絲瓜絡(luò)填料表面和內(nèi)部附著大量的微生物，進(jìn)而取得較好的處理效果。

2.2 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)TN 的去除效果

絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)TN 的去除效果如圖 4 所示。

圖 4 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)TN 的去除效果   

由圖 4 可知，反應(yīng)器進(jìn)水TN 為51.9~79.0 mg/L，出水TN 為9.5~21.8 mg/L，TN 去除率為69%~85%，平均TN 去除率為78%。運(yùn)行初期，系統(tǒng)不穩(wěn)定，TN去除率較低，待反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，TN 去除率明顯提高。

反硝化是以有機(jī)物作為電子供體，將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?，因此有機(jī)底物的含量對(duì)反硝化效率有很大影響，碳氮比不足，會(huì)造成異養(yǎng)菌營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的缺乏和反硝化效率的下降。絲瓜絡(luò)在生長(zhǎng)過(guò)程中從土壤和外界環(huán)境中吸收了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在被用作填料后，其本身的營(yíng)養(yǎng)元素便離解出來(lái)為微生物的生長(zhǎng)提供了一定的碳源〔9〕。因此，絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)不同C/N 的污水均有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不用另外投加碳源。

2.3 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)TP 的去除效果

絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)TP 的去除效果如圖 5 所示。

圖 5 絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)TP 的去除效果 

由圖 5 可知，反應(yīng)器進(jìn)水TP 為3.33~5.24 mg/L，出水TP 為0.24~0.98 mg/L，TP 去除率為77%~94%，平均TP 去除率為88%。運(yùn)行初期，系統(tǒng)不穩(wěn)定，TP去除率較低，待反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后，TP 去除率明顯提高。

絲瓜絡(luò)填料SBBR 的除磷機(jī)理是厭氧釋磷，好氧吸磷，厭氧釋磷越充分，好氧吸磷也就越充分。AO-A 運(yùn)行方式可以給聚磷菌提供先厭氧后好氧的環(huán)境，因而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磷的去除。從運(yùn)行結(jié)果可以看出，采用絲瓜絡(luò)填料SBBR，可以大幅度地去除污水中的TP。另外，即使好氧運(yùn)行時(shí)，絲瓜絡(luò)內(nèi)部也可以為微生物提供厭氧環(huán)境，進(jìn)而使除磷更加*。

3 結(jié)論

采用絲瓜絡(luò)填料SBBR 處理生活污水的試驗(yàn)研究表明：

（1）絲瓜絡(luò)掛膜非常迅速，僅用5 d 便掛膜成功，掛膜后的絲瓜絡(luò)見(jiàn)圖 6。絲瓜絡(luò)填料SBBR 中的生物膜能夠快速形成的原因是絲瓜絡(luò)較好的立體纖維結(jié)構(gòu)產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，使微生物菌種能夠快速聚集；絲瓜絡(luò)巨大的比表面積和良好的親水性和生物親和性，使微生物能夠快速生長(zhǎng)并繁殖；散落的絲瓜絡(luò)纖維可以代替生物膜生長(zhǎng)中處于劣勢(shì)且生長(zhǎng)緩慢的絲狀菌而形成菌膠團(tuán)。

圖 6 掛膜后的絲瓜絡(luò) 

（2） 采用絲瓜絡(luò)填料SBBR 處理生活污水，NH3-N 去除率為80%~95%，平均NH3-N 去除率為90%；TN 去除率為69%~85%，平均TN 去除率為78%；TP 去除率為77%~94%，平均TP 去除率為88%。說(shuō)明絲瓜絡(luò)填料SBBR 對(duì)生活污水中的氮、磷有較高的去除率。

（3）絲瓜絡(luò)填料SBBR 產(chǎn)泥量很少。

（4）絲瓜絡(luò)填料掛膜后由于其表面和內(nèi)部被大量活性污泥及生物膜充滿(mǎn)，因此即使在好氧條件下，絲瓜絡(luò)內(nèi)部也具有厭氧的環(huán)境，這樣就使絲瓜絡(luò)內(nèi)部和外部同時(shí)具備厭氧和好氧的條件，厭氧、好氧的分層分布使厭氧和好氧微生物也分層分布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷的效果。

（5）絲瓜絡(luò)在被微生物降解過(guò)程中，自身的營(yíng)養(yǎng)元素被釋放出來(lái)進(jìn)而被微生物利用，因此，對(duì)不同C/N 的污水有較高的適應(yīng)性。

（6）絲瓜絡(luò)填料作為一種廉價(jià)、天然的生物載體，更易被微生物附著，并且在掛膜速度方面有著*的優(yōu)勢(shì)。腐爛的絲瓜絡(luò)纖維會(huì)逐漸被微生物分解，不會(huì)對(duì)水體造成二次污染，比人工合成的塑料填料更環(huán)保。絲瓜絡(luò)填料是一種值得推廣的水處理材料。