SBBR反應(yīng)器的改進(jìn)

　　 摘要：在SBBR反應(yīng)器加入循環(huán)裝置，使缺氧段載體呈流化狀態(tài)，考察改進(jìn)前后SBBR處理畜禽廢水脫氮的效果。結(jié)果表明：改進(jìn)型SBBR同原SBBR相比，處理效果相差不大，系統(tǒng)內(nèi)脫氮方式仍以同步硝化反硝化和短程硝化反硝化為主，改進(jìn)型SBBR因加快了反硝化進(jìn)程而縮短整個(gè)反應(yīng)周期時(shí)間，提高反應(yīng)器處理能力。
　　關(guān)鍵詞：改進(jìn)型SBBR畜禽養(yǎng)殖廢水脫氮
　　中圖分類號(hào):Q73文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2011)06(b)-0000-00
　　
　　序批式生物膜法(Sequencing Batch Biofilm Reactor，簡(jiǎn)稱SBBR)，是把序批式的優(yōu)點(diǎn)和生物膜法的優(yōu)點(diǎn)很好地結(jié)合起來的一種新型的復(fù)合式生物膜 反應(yīng)器[1]。序批式運(yùn)行方式應(yīng)用到好氧三相內(nèi)循環(huán)生物流化床反應(yīng)器中形成的SBBR，將該反應(yīng)器運(yùn)用到畜禽養(yǎng)殖廢水的處理中取得良好效果[2]。跟固定式填料SBBR相比，該SBBR載體呈循環(huán)流化狀態(tài)，生物顆粒碰撞劇烈，有利于生物膜的更新；載體呈循環(huán)流化狀態(tài)增加了污水中污染物成分與生物膜接觸的機(jī)會(huì)，載體循環(huán)流化也加強(qiáng)了對(duì)氣泡的切割作用，提高了氧的傳質(zhì)效率；采用的改性多孔聚合物載體適合于微生物固定化，濕密度略大于水，易于流化，載體不易破碎，不易流失。另一方面，SBBR采用序批式運(yùn)行方式，在反應(yīng)器停止曝氣時(shí)，載體在反應(yīng)器底部堆積，生物膜與廢水的接觸面大大縮小，影響缺氧段反應(yīng)速率。
　　本試驗(yàn)通過對(duì)SBBR反應(yīng)器進(jìn)行改進(jìn)，加入循環(huán)裝置，使反應(yīng)器內(nèi)載體和廢水在停止曝氣時(shí)也呈流化狀態(tài)，并考察反應(yīng)器改進(jìn)前后對(duì)相同廢水的處理效果，并探討脫氮機(jī)理。
　　
　　1 實(shí)驗(yàn)部分
　　1.1 實(shí)驗(yàn)裝置
　　實(shí)驗(yàn)采用的SBBR反應(yīng)器如圖1所示。主體部分由有效容積22.9L的有機(jī)玻璃容器，由里、中、外三個(gè)筒構(gòu)成，中筒下方有微孔曝氣管，經(jīng)過曝氣作用反應(yīng)器內(nèi)載體和水流從中筒向兩邊流化，圖中箭2flZ8YKsy/6/Xdisis88F0l/GratiEJAq/mmZT1orDQ=頭為水及載體流化方向。 改進(jìn)型反應(yīng)器如圖2所示：改進(jìn)型SBBR在原有SBBR基礎(chǔ)上加入循環(huán)裝置，該裝置頂部為一電機(jī)，反應(yīng)器底部加入扇葉狀塑料片，中間由連桿連接，隨著連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，反應(yīng)器停止曝氣時(shí)反應(yīng)器內(nèi)液體呈流化狀態(tài)。
　　
　　 1.2 接種污泥
　　接種污泥取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研園區(qū)污水處理站CASS池回流污泥。
　　1.3 載體
　　試驗(yàn)中投加的改性聚合物多孔高分子載體是一種新型載體，該載體呈球形，流化性好，強(qiáng)度高，比表面積大，適合微生物的生長(zhǎng)。
　　1.4 試驗(yàn)用水
　　試驗(yàn)采用四川農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)科研園區(qū)污水處理站進(jìn)水經(jīng)氣浮塔處理后出水，主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。
　　 1.5 試驗(yàn)分析測(cè)試方法
　　本次試驗(yàn)涉及到的測(cè)定項(xiàng)目均采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定。各測(cè)定方法或儀器為：CODCr采用重鉻酸鉀法；pH采用PHS-3C+酸度計(jì)測(cè)量；總氮采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法；水溫采用水銀溫度計(jì)測(cè)量；硝酸鹽氮采用酚二磺酸分光光度法；亞硝酸鹽氮采用分光光度法；氨氮采用納氏試劑分光光度法；DO采用JPB-607便攜式溶解氧分析儀測(cè)量。
　　1.6 反應(yīng)器運(yùn)行方式
　　試驗(yàn)均采用連續(xù)進(jìn)水出水的方式進(jìn)行啟動(dòng)，以較快地獲得活性較高的生物膜[3]。進(jìn)水負(fù)荷逐漸提高，當(dāng)進(jìn)水負(fù)荷達(dá)處理運(yùn)行期負(fù)荷，氨氮和CODCr的去除率分別穩(wěn)定在90%和80%以上，同時(shí)鏡檢發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器內(nèi)除了載體上肉眼可見的生物膜外還存在多種原生動(dòng)物，反應(yīng)器內(nèi)生物相豐富，說明反應(yīng)器啟動(dòng)成功。反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，加入畜禽廢水試驗(yàn)，原儀器運(yùn)行模式為瞬時(shí)進(jìn)水，曝氣3.0h—停曝1.5h—曝氣1.5h—停曝1.0h—出水，改進(jìn)后儀器運(yùn)行模式為瞬時(shí)進(jìn)水，曝氣3.0h—停曝0.5h—曝氣1.5h—停曝0.5h—出水，每次進(jìn)水量約8L，反應(yīng)器有效容積的1/3，試驗(yàn)溫度為室溫（18～26℃），恒定曝氣，好氧時(shí)間溶解氧濃度保持在2.0-2.5mg/L[4]。并每天監(jiān)測(cè)其進(jìn)水、出水中TN，CODCr和氨氮的含量，當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定以后每隔0.5h取樣監(jiān)測(cè)水中各形態(tài)氮的含量。
　　
　　2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
　　2.1 儀器改進(jìn)前后處理效果
　　SBBR反應(yīng)器改進(jìn)前一個(gè)周期運(yùn)行時(shí)間為7小時(shí)，改進(jìn)后一個(gè)周期運(yùn)行時(shí)間為5.5小時(shí)，改進(jìn)后儀器由每天運(yùn)3.4個(gè)周期改為每天運(yùn)行4.3個(gè)周期，廢水處理量大大提高。儀器改進(jìn)前后CODcr去除率分別為92.2%和91.2%；總氮去除率分別為90.9%和88.7%，表明儀器改進(jìn)前后對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢水CODcr和總氮的去除效果相差不大，將反應(yīng)器加入缺氧段循環(huán)裝置并縮短反應(yīng)時(shí)間對(duì)反應(yīng)器處理效果影響不大。
　　2.2 儀器改進(jìn)前后單周期內(nèi)各形態(tài)氮的分析
　　SBBR反應(yīng)器內(nèi)脫氮方式多樣，主要有同步硝化反硝化、短程硝化反硝化方式[2]，為了考察儀器加入缺氧段循環(huán)裝置后反應(yīng)器內(nèi)脫氮方式是否改變，對(duì)比分析改進(jìn)前后單周期內(nèi)各形態(tài)氮的轉(zhuǎn)化機(jī)理。
　　 儀器改進(jìn)前后單周期內(nèi)各形態(tài)氮變化趨勢(shì)見圖3、圖4所示。進(jìn)水后反應(yīng)器開始曝氣，隨著反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行，對(duì)比儀器改進(jìn)前后單周期內(nèi)各形態(tài)氮變化趨勢(shì)：反應(yīng)前3h內(nèi)，儀器改進(jìn)前后單周期內(nèi)各形態(tài)氮變化趨勢(shì)基本一致，總氮和氨氮一直下降，反應(yīng)至1.5h，反應(yīng)器內(nèi)均出現(xiàn)亞硝酸亞氮的積累，反應(yīng)1.5h內(nèi)無亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的積累，由此可判斷反應(yīng)1.5h內(nèi)總氮和氨氮的一直下降可能源自生物膜對(duì)總氮和氨氮的吸附，也有可能反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生了同步硝化反硝化作用。隨后的1.5h-3.0h內(nèi)，反應(yīng)器內(nèi)總氮和氨氮仍處于下降狀態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)亞硝酸鹽氮積累量逐漸增加，積累率達(dá)90%，然后反應(yīng)器停止曝氣，亞硝酸鹽氮降低，儀器改進(jìn)前亞硝酸鹽氮消耗需近1.5h，儀器改進(jìn)后由圖4所示，亞硝酸鹽氮在0.5h內(nèi)完全被反硝化作用消耗，說明儀器改進(jìn)后反硝化速率加快。周期內(nèi)第二次好氧階段儀器改進(jìn)前后各形態(tài)氮變化趨勢(shì)仍很接近，缺氧段仍顯現(xiàn)出儀器改進(jìn)后反亞硝酸鹽氮在0.5h內(nèi)被消耗，反硝化速率加快的特點(diǎn)。
　　試驗(yàn)整個(gè)過程反應(yīng)系統(tǒng)處理消耗掉大量總氮和氨氮，且整個(gè)過程中出現(xiàn)較高的亞硝酸鹽氮積累，硝酸鹽氮積累較少，且亞硝酸鹽氮積累量遠(yuǎn)少于總氮的減少量，說明整個(gè)過程中反應(yīng)器脫氮方式不僅有短程硝化反硝化，還有同步硝化反硝化。
　　2.3 討論
　　試驗(yàn)所用儀器為好氧三相內(nèi)循環(huán)流化床，運(yùn)行方式為好氧/缺氧交替進(jìn)行的序批式運(yùn)行方式，反應(yīng)器啟動(dòng)成功后，反應(yīng)器內(nèi)起作用的主要為載體上的生物膜。與活性污泥相比，生物膜能生長(zhǎng)世代周期更長(zhǎng)的微生物，利于硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)。
　　在由缺氧環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚醐h(huán)境的