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大慶疾控中心實(shí)驗(yàn)室一體化污水處理設(shè)備 

1 實(shí)驗(yàn)廢水與裝置
 
1.1 實(shí)驗(yàn)廢水
 
研究涉及ABR 與改良SBR 兩部分的聯(lián)用系統(tǒng)，考慮到實(shí)際廢水水質(zhì)的波動(dòng)性和優(yōu)條件選擇的可控性，采用模擬廢水進(jìn)行研究。模擬廢水按營(yíng)養(yǎng)比COD∶N ∶P =100 ∶5 ∶1 配制，配料為葡萄糖、NH4HCO3、K2HPO4、MgCl2、MnSO4、CuSO4、CoCl2、 FeSO4 等〔1〕。

實(shí)驗(yàn)中ABR 系統(tǒng)和改良SBR 系統(tǒng)的啟動(dòng)均采用同步接種馴化方法，ABR 系統(tǒng)啟動(dòng)廢水COD 從 1 000～10 000 mg/L 逐步增加，以進(jìn)水COD 為10 000 mg/L 時(shí)去除率達(dá)72.0%為ABR 啟動(dòng)完成的標(biāo)志。

由于ABR 厭氧系統(tǒng)中污泥的引入，導(dǎo)致 ABR 出水NH3-N 高于原水。根據(jù)改良SBR 系統(tǒng)進(jìn)水要求和ABR 出水實(shí)際狀況，將ABR 出水經(jīng)適當(dāng)稀釋后作為SBR 進(jìn)水，以滿足脫氮時(shí)C/N=3～5 的要求。

1.2 裝置
 
ABR 反應(yīng)器L=600 mm，B=100 mm，H=600 mm，有效容積30 L。改良SBR 反應(yīng)器L=500 mm，B= 100 mm，H=500 mm，有效容積20 L。

改良SBR 連續(xù)進(jìn)水、間歇出水操作，處理量為 2~3 L/h。前端沿池長(zhǎng)，距池壁70 mm 及100 mm 兩處分別設(shè)擋板分隔形成生物選擇區(qū)（對(duì)于ICEAS 則稱為預(yù)反應(yīng)區(qū)），不曝氣，可形成兼氧條件；第二個(gè)擋板距池底有20 mm 空隙，來自預(yù)反應(yīng)區(qū)的污水從擋板下面的孔或縫隙以0.03～0.05 m/min 低速流至主反應(yīng)區(qū)，而所經(jīng)的區(qū)域?yàn)槿毖鯀^(qū)。該單元結(jié)合ICEAS、 CASS 及IDEA 三種工藝形式，具有如ICEAS 那樣較長(zhǎng)的停留時(shí)間，又具有CASS 缺氧厭氧的生物選擇區(qū)，還如ICEAS 和IDEA 采用連續(xù)進(jìn)水方式〔2〕，使該工藝具有占地面積小、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便、處理效果好（特別是脫氮除磷效果）、自動(dòng)化操作、可靠度高等特點(diǎn)〔3〕。

2 實(shí)驗(yàn)部分
 
2.1 分析方法
 
COD 采用重鉻酸鉀法測(cè)定；NH3-N 采用納氏比色法測(cè)定；DO 采用膜電極法JPB-607 測(cè)定；MLSS 采用重量法測(cè)定；pH 采用玻璃電極法測(cè)定；SS 采用重量法測(cè)定。

2.2 改良SBR 啟動(dòng)
 
取天津市紀(jì)莊子污水處理廠硝化池回流污泥馴化后接種，常溫下按表 1 配制模擬廢水（COD 約1 000 mg/L）引入反應(yīng)器，溶解氧控制在0.2 mg/L，pH 為 6.0～9.0，曝氣175 min，沉淀60 min，排水5 min 進(jìn)行操作。每天保證3 個(gè)周期，2 d 后COD 去除率達(dá)到 87.6%，啟動(dòng)結(jié)束。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法
 
系統(tǒng)類似于CAST 是變?nèi)莘e運(yùn)行，連續(xù)操作。每個(gè)循環(huán)周期為4 h，分別由曝氣、沉淀、出水組成。通常要求5～10 min 內(nèi)排水完畢，若沉淀時(shí)間太長(zhǎng)，由于連續(xù)進(jìn)水，會(huì)導(dǎo)致出水惡化。試驗(yàn)將沉淀時(shí)間固定為5 min，沉淀時(shí)間與曝氣時(shí)間共235 min。

對(duì)沉淀時(shí)間、停留時(shí)間、回流比、進(jìn)水基質(zhì)濃度等各因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，獲得各因素的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，采用正交設(shè)計(jì)表L9（34），以NH3-N 去除率作為考察指標(biāo)，通過極差法獲得重要性影響順序與優(yōu)參數(shù)。

3 結(jié)果與討論
 
3.1 沉淀時(shí)間對(duì)氨氮去除率的影響
 
隨著曝氣時(shí)間的延長(zhǎng)，出水NH3-N 下降。曝氣時(shí)間太短，會(huì)使充水比太小而導(dǎo)致SVI 變大，泥水分離效果變差〔4〕。根據(jù)同步硝化反硝化理論，保持好氧、缺氧條件同時(shí)存在，即DO 保持在0.5～1.5 mg/L 即可〔5, 6〕。研究發(fā)現(xiàn)，沉淀時(shí)間＞20 min 時(shí)，氨氮去除率明顯提高。但沉淀時(shí)間＞60 min，增大了水力停留時(shí)間，從而增大反應(yīng)器的容積，使大量未經(jīng)處理的污水進(jìn)入反應(yīng)器與上一周期的反應(yīng)出水混合，降低了處理效果，如圖 2 所示。研究結(jié)果表明沉淀時(shí)間為 30~60 min 時(shí)，處理效果較好。

3.2 回流比對(duì)氨氮去除率的影響
 
按連續(xù)進(jìn)水連續(xù)出水方式操作，改良SBR 前端設(shè)置生物選擇區(qū)或稱作預(yù)反應(yīng)區(qū)。將出水回流至預(yù)反應(yīng)區(qū)，可以調(diào)節(jié)進(jìn)水，提高系統(tǒng)抗沖擊性，同時(shí)可在預(yù)反應(yīng)區(qū)形成脫氮條件，延長(zhǎng)硝化污泥的泥齡，利于脫氮過程的進(jìn)行。根據(jù)反硝化經(jīng)驗(yàn)，硝化液內(nèi)回流比＞200%〔5〕。如圖 3 所示，回流比為300%時(shí)氨氮去除率高。

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3.3 進(jìn)水COD 對(duì)氨氮去除率的影響
 
硝化菌是自養(yǎng)型細(xì)菌，對(duì)環(huán)境變化非常敏感，有機(jī)底物并不是它的生長(zhǎng)限制因素〔7〕。進(jìn)水COD 為 1 000 mg/L 時(shí)，BOD 污泥負(fù)荷（Ns）為0.8 kg/（kg·d），超過了一般活性污泥法所要求的經(jīng)驗(yàn)值〔0.3~0.5 kg/（kg·d）〕〔8〕，影響了氨氮的去除效果。由圖 4 可以看出，隨著COD 的增大，氨氮去除率單調(diào)下降。COD 為700 mg/L 時(shí)去除率高，實(shí)際中系統(tǒng)COD 盡量控制在700~1 000 mg/L。

圖 4 進(jìn)水COD 對(duì)氨氮去除率的影響

3.4 水力停留時(shí)間對(duì)氨氮去除率的影響
 
據(jù)HRT=V/Q 知，進(jìn)水流量的變化影響HRT 的變化，而HRT 的變化又影響Ns，Ns 太大，出水水質(zhì)差，Ns 太小，處理效率低〔9〕。本課題要求處理量為2~ 3 L/h，為了取得較高的脫氮率，硝化反應(yīng)歷時(shí)一般不低于6 h。HRT=10 h 時(shí)處理效果存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 HRT=8 h 時(shí)，氨氮去除率為55%，HRT=5 h、12 h 時(shí)，氨氮去除率低于49%。鑒于1 d 24 h 內(nèi)可安排3 個(gè)周期，HRT 取8 h。

圖 5 水力停留時(shí)間對(duì)氨氮去除率的影響

3.5 正交試驗(yàn)優(yōu)化
 
正交試驗(yàn)中沉淀時(shí)間、水力停留時(shí)間均選擇轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后，考察轉(zhuǎn)折點(diǎn)處的交互影響?；亓鞅冗x擇200%和500%與沒有回流進(jìn)行對(duì)比，污泥泵相應(yīng)的流量是5 L/h 和12.5 L/h。回流比為200%，NH3-N 去除率從沒有回流前的30%增至74%，可見內(nèi)回流對(duì)于改良SBR 是必要的。進(jìn)水COD 也是影響硝化效果的重要因素，考慮系統(tǒng)整體屬于高速反應(yīng)器，前端ABR 要求改良SBR 具備較大的處理能力，故采用800、1 000、1 200 mg/L。

可見，回流比對(duì)氨氮去除率影響大，其次是進(jìn)水COD，小的是沉淀時(shí)間。同時(shí)發(fā)現(xiàn)與單因素研究*的規(guī)律是，點(diǎn)出現(xiàn)在進(jìn)水COD 小時(shí)：800 mg/L。周杰倫條件下的處理效果為74.02%，相應(yīng)條件為回流比200% ，循環(huán)周期組成曝氣 175 min，沉淀時(shí)間60 min，排水時(shí)間5 min，HRT= 8 h，進(jìn)水COD 為800 mg/L，出水NH3-N 為24.86 mg/L，可達(dá)到GB 8978—1996 中二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論
 
（1）采用改良SBR 工藝處理模擬高氨氮有機(jī)廢水，處理效果好（特別是脫氮除磷效果）。

（2）通過正交試驗(yàn)獲得各影響因素的重要度排序：回流比＞進(jìn)水COD＞停留時(shí)間＞沉淀時(shí)間。

（3）工藝條件：回流比200%，曝氣175 min，沉淀時(shí)間為60 min，排水時(shí)間5 min，HRT=8 h，進(jìn)水 COD 為800 mg/L。此時(shí)NH3-N 去除率為74.02%，出水NH3-N 為24.86 mg/L，達(dá)到GB 8978—1996 中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。