论文作者：张可方 张朝升 方茜 伍小军 周莉萍 谭小萍

摘要：广州市城市污水具有有机物浓度低,碳、氮、磷比不合理的特点.采用序批式活性污泥法工艺对广州地区城市污水进行了实验研究.结果表明:在污泥负荷为0.14～0.26kg[BOD₅]/(kg[MLSS])时,出水BOD₅为5.12～13.6 mg/L,COD_Cr浓度为10.7～32.2 mg/L,NH₃-N为2.83～9.23 mg/L,TP为0.1～0.45mg/L,证明了采用SBR工艺处理碳氮比较低的城市污水是可行的.

关键词：城市污水 污水处理 SBR

Test Research on the Municcipal Wastewater Treatment Using Sequencing Batch Reactor
ZHANG Ke-fang, Zhang Chao-sheng, Fang Qian, WU Xiao-jun, ZHOU Li-ping, TAN Xiao-ping
(Municipal and Environmental Department of Civil Engineering Academy, Guangzhou University, Guangzhou 510405, China)

　 Abstract: Guangzhou municipal wastewater contains low organic matters and C, N and P ratios are not fitting for conventional biological treatment. A sequencing batch reactor(SBR)process was tested in municipal wastewater treatment. When sludge loading was0.14-0.26kg[BOD5]/(kg[MLSS].d), the indices of effluent from SBR were as follows:BOD5=5.12～13.6mg/L, COD_Cr=10.7～32.2mg/L, NH3-N=2.83～9.23mg/L and TP=0.1～0.45mg/L. The result shows that using SBR to treat municipal wastewater with low content carbon and nitrogen is applicable.
　 Key words: municipal wastewater; wastewater treatment; sequencing batch reactor

引言

　　在城市污水处理中，由于地理环境和气候因素的影响，广州城市污水水质有明显区别于北方城市污水水质的特点，一般北方地区城市污水BOD₅在100～200mg/L之间，NH3-N在20～30mg/L之间,TP在2～7mg/L之间，而广州地区城市污水BOD₅在40～80mg/L之间，NH₃-N在20～30mg/L之间,TP在1～7mg/L之间，即有机物浓度低，碳、氮、磷比例不合理。所以开发研究适合广州地区城市污水特点的简单、高效的污水处理工艺流程，是当务之急。
　　本实验研究采用SBR艺，处理广州地区的城市污水，达到了在一个反应装置内既去除有机物又能脱氮除磷，而且磷的出水指标达到了0.1～0.45mg/L，这样的结果目前国内外还未见类似的报道。

1 实验装置与方法

1.1 实验装置及水质
　　SBR反应器由有机玻璃制成。总容积47.4L，有效容积42.8L。采用空压机曝气，穿孔管布气。其流程见图1。

　　试验所用的污水前期是在实验室配水，后期则取自广州市某河涌城市污水。反应器中污泥是从广州市大坦沙污水厂所取，然后进行培养驯化。试验污水水质见表1，试验运行方式见表2。

表1 试验污水水质　　mg.L^-1

序号	项目	配制污水	城市污水
1	COD	89.8-250.0	86-166.7
2	BOD5	46.8-127.6	44.7-85.0
3	TN	19.7-26.1	19.8-26.5
4	TP	1.9-7.02	1.6-7.1
5	NH3--N	15.0-22.0	17.8-25.0
6	NO3--N	0.20-1.65	0.06
7	NO2--N	未检出	未检出
8	SS		38.5-126.0

表2 试验运行方式

顺序	反应过程	停留时间/h
进水（厌氧）	反硝化、释放磷	1.0
曝气（好氧）	降解有机物、硝化、吸收磷	2.0-3.0
沉淀	悬浮物及污泥沉淀	1.0
排水	排除处理后的污水	0.5

1.2 试验运行工况及运行参数
　　本试验共进行了5种工况的运行试验，试验运行参数见表3。

表3 运行工况和运行参数

工况	周期/h	厌氧/h	曝气/h	沉淀/h	排水/h	MLSS/(g.L-1)	沉降比/%	充水比	XVI
1	8	1.5	4	2.0	0.5	3.0	29.5	0.7	98
2	5.5	1.5	3	0.5	0.5	2.5	21.0	0.7	84
3	4.1	0.8	2	0.8	0.5	1.8	21.3	0.6	118
4	4.0	1.0	1.5	1.0	0.5	1.7	20.5	0.6	113
5	4.-4.5	1.0	2	0.5-1.0	0.5	2.0	20.0	0.7	100

2 实验结果及分析

　　各种工况下的处理效果见表4。

表4 各种工况下的处理效果　 mg.L-1

测试项目	工况1	工况2	工况3	工况4	工况5
CODCr原水	189.2	135.8	93.5	76.9	125.6
出水	26.3	22.4	16.3	17.3	18.5
去除率/%	86	84	83	78	85
BOD5原水	93.4	62.8	53.2	41.6	66.3
出水	9.46	5.2	6.53	7.56	7.10
去除率/%	90	92	88	82	89
TN原水	22.3	22.8	20.4	19.8	21.2
出水	13.5	15.1	14.6	15.15	15.2
去除率/%	39	33	27	23	28
NH4 -N原水	19.37	20.2	18.65	17.65	18.24
出水	4.35	6.48	7.65	11.96	8.53
去除率/%	76	68	58	32	53
TP原水	3.86	5.22	3.76	2.95	3.35
出水	0.31	0.40	0.29	0.31	0.24
去除率/%	91.9	92.3	92.2	89.4	92.8

　　SBR工艺对于广州地区城市污水的处理效果和可行性是本次试验的重点，不同工况条件下的试验结果见表4。由表4可知，在试验运行的5种工况中，除工况4以外，COD_Cr的去除率都在83％以上。BOD₅去除率都在88％～92％之间。氨氮的去除率一般在53％～76％之间，总氮的去除效率一般在27％～39％之问。总磷的去除率都在91％以上。工况4COD_Cr、BOD₅去除效率低，是因为进水有机物浓度低，氨氮、总氮的去除效率低，主要原因是曝气时间短，硝化过程完成得不好。（工况4如能保持较高的溶解氧浓度，磷的处理效果仍然很好）。

3 最优工况的确定

　　确定SBR艺处理城市污水的最佳工艺参数是本课题研究的主要内容，其最基本的原则是在满足出水水质COD_Cr60mg/L、BOD₅20mg/L、NH 4～N10mg/L、TP0.5mg/L、SS20mg/L的情况下，尽量缩短水力停留时间（包括厌氧反应时间、曝气时间与沉淀时间）及确定最优曝气量，以达到降低处理系统的基建费用、运行费用的目的。
3.1 最优曝气时间及曝气量的确定
　　从5种工况的实验结果看COD_Cr在曝气30min即可以达到排放标准。在曝气60min后，COD_Cr的降解幅度已很小，曲线趋于平稳。NH₄－N的降解不同于有机物，氨氮需要在曝气120min以后出水才能达到10mg/L以下。
　　TP的出水要达到0.5mg/L以下，90min的曝气时间基本就可以了（但要保持适宜的DO浓度）。
　　从以上三方面考虑，为使硝化反应进行得更彻底，以NH₃-N出水指标低于10mg几为基准，最优曝气时间不低于120min。　　
　　最优曝气量的确定要根据去除有机物、氨氮、磷三个指标来控制。曝气量的控制是以DO浓度来体现的。去除有机物的DO浓度，在2h曝气时间里，DO浓度达到并保持在1mg/L左右，有机物去除就可以达到要求。去除氨氮的DO浓度，曝气30min时达到1.0mg/L以上，60min时达到2.0mg/L左右，并一直保持到曝气结束，氨氮的去除效果较好，出水浓度低于9.0 mg/L。
　　除磷的DO浓度，在曝气60min时，DO浓度在1mg/L左右，60min后保持DO浓度在1.5－2.0mg/L之间，即可以保证磷的出水指标低于0.5mg/L。
　　为了保证氨氮的去除效果，反应装置中DO浓度应在曝气60min时达到2mg/L左右，并一直保持到曝气结束。
3.2 厌氧反应时间的确定
　　厌氧反应时间的确定是以脱氮和磷的释放作为确定原则。硝酸盐经过50min的厌氧后，基本被还原成N₂从水中逸出。磷的厌氧释放在40min左右，即可以达到释放的最高浓度。所以，厌氧的反应时间定为60min（实验结果见图2）。

3.3 最优沉淀时间的确定
　　对于SBR处理系统，由于反应是在一个装置中进行，沉淀时间的确定显得更为重要。沉淀时间过短，水中悬浮物过高，影响出水水质；若沉淀时间过长，则会发生反硝化，有时还会发生污泥上浮现象。图3表示在停止曝气后，反应器中污泥成层沉淀的泥水界面高度和上清液（取样在反应器有效高度的1/2处）中悬浮固体（SS）浓度随沉淀时间的变化规律。从图3中可见，经过20min的沉淀，就基本完成了沉淀过程；沉淀30min后，水中的SS浓度基本不再进一步降低了，泥水界面变化也很小。在不同的工况运行时，即使曝气时间不一样，重复上述试验，都得到了基本相同的结果。为了运行可靠，最优沉淀时间定为40min。在处理城市污水的实际工程中，由于需要一定的排水时间，在从水面0.5m处开始排水的过程中，如果泥水界面并没有沉降到接近极限高度还可以继续沉淀，而不影响出水水质，因此，SBR法处理城市污水的沉淀时间定为40min，完全可以满足要求。
　　实验认为将沉淀时间缩短到40min具有重要的意义和使用价值，这样能充分发挥SBR法静止沉淀效率高的优点，提高其处理能力，又能有效地防止污泥膨胀的发生。本试验研究表明，沉淀和闲置时间过长是引起污泥膨胀的重要原因。

4 结论

　　采用SBR法处理广州市城市污水，进水，COD_Cr浓度为86.0～166.7mg/L，BOD₅浓度为44.7～85.3mg/L，NH₃～N浓度为17.8～25.0mg/L，TP浓度为1.6～7.1mg/L，SS浓度为25～237mg/L，出水COD_Cr为10.7～32.2mg/L，BOD₅为5.12～13.6mg/L，NH₃－N为2.83～9.23mg/L，TP为0.1～0.45mg/L，SS为6～10mg/L。