短程硝化-反硝化技術(shù)在城市生活污水處理中的應用研究*

毛 霖，荊 黎

（重慶遠達煙氣治理特許經(jīng)營有限公司 科技分公司，重慶 401122）

短程硝化-反硝化技術(shù)是指廢水中NH3-N先氧化為、隨后經(jīng)反硝化作用直接轉(zhuǎn)化成N2，該技術(shù)省去了到硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化過程，可降低反應中消耗的能量，彌補我國城市生活污水碳源不足的特點[7]，但該技術(shù)反應條件極為苛刻且反應不穩(wěn)定，需實時監(jiān)測各階段出水水質(zhì)，目前，主要通過控制污泥泥齡、水體水溫、溶解氧濃度、pH值等使系統(tǒng)中達到更多的硝酸鹽積累[8-10]。關(guān)于短程硝化-反硝化技術(shù)在水處理中應用方面的研究較多，如張周[11]等通過短程硝化-反硝化技術(shù)在3種不同C/N比廢水中對NH3-N和COD的去除率；張磊[12]等認為在反應中添加磁場，能加速反應的啟動，增加系統(tǒng)中亞硝酸鹽的積累；張周[13]等探討了該技術(shù)在垃圾滲濾液對各污染物去除效果。

本文擬在SBR（序批次活性污泥法）反應器通過控制反應條件先實現(xiàn)厭氧/好氧的交替環(huán)境，探討該技術(shù)在不同階段廢水中的除磷特性、反硝化特性以及COD去除特性，研究結(jié)果可為進一步揭示短程硝化-反硝化技術(shù)去除廢水污染物機理提供理論參考。

1 實驗部分

1.1 試驗裝置

本實驗短程硝化反硝化工藝流程見圖1，試驗在室內(nèi)恒溫進行，其中短程硝化-反硝化（DPR-SNED）反應器在SBR裝置內(nèi)進行，SBR裝置的有效體積為15L的敞口圓筒有機玻璃構(gòu)成，SBR裝置在不同層位設有啟樣口、裝置運行時維持攪拌速度為80r·min-1，反應周期為100d，采用兩種方式運行，1～60d采用厭氧/低氧方式運行（每天循環(huán)運行4次，每次厭氧時間為180min、低氧時間為150min），61～100d采用厭氧/缺氧/低氧方式運行（每天循環(huán)3次，每次厭氧時間180min、缺氧180min、低氧120min），兩階段其他控制條件一致（排水比3∶8、水力停留時間14.6h、溶解氧（DO）濃度0.5～1mg·L-1）。

圖1 短程硝化-反硝化工藝流程Fig.1 Short-path nitrification-denitrification process flow

1.2 材料和儀器

試驗所用污泥全部取自市污水處理廠二沉池中污泥，該污泥馴化較好，SBR裝置接種后污泥中MLSS約為2500mg·L-1，SV%約為30%；試驗用水取自市污水廠進水口廢水（即格柵前廢水），水質(zhì)情況如下：COD 185～327.4mg·L-1、PO-4-P 2.5～9.3mg·L-1、40.5～68.4mg·L-1、0.2～1.1mg·L-1、0.1～0.8mg·L-1，每5d取樣分析1次，分析廢水中COD、NH3-N、、DO、pH以及污泥中MLSS含量，各參數(shù)檢測時嚴格按照有關(guān)規(guī)定方法進行。

MRO400 SBR型反應器（昆山復希工程技術(shù)有限公司）；RB12型蠕動泵（上海浦東天本離心機械有限公司）；MHI203型恒定泵（上海鼎念機械有限公司）；HBT80型攪拌泵（湖南民和重工機械有限公司）；VT3型紫外可見分光光度計（屹譜儀器制造（上海）有限公司）；G1218 DO型測定儀（安萊立思有限公司）；22KW攪拌器（宜興市隆源機械有限公司）；Focmag3012型流量計（華海儀表有限公司）；SP801-D型COD快速測定儀（瑞鑫科技儀器有限公司）。

1.3 計算方法

本文所研究的污染物去除率計算方法如下：

式中 η：污染物去除率，%；C0：試驗初期水體中各污染物濃度，mg·L-1；C1：每次取樣時水體中污染物濃度，mg·L-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 DPR-SNED各階段P含量變化情況

每隔5d分析裝置內(nèi)進水段、出水段、厭氧階段后期、缺氧階段后期P含量以及裝置內(nèi)P的去除率，繪制變化曲線圖，結(jié)果見圖2。

圖2 裝置內(nèi)P含量隨運行時間變化情況Fig.2 Changes of phosphorus content in the device with operating time

3)Mann-Kendall突變檢驗顯示,環(huán)太湖地區(qū)各站點氣溫突變年較為接近,但仍存在先后,且各站均表現(xiàn)為氣溫由低向高的突變,突變年發(fā)生在1992年前后,與有關(guān)研究結(jié)果較吻合(李國棟等,2013)。環(huán)太湖地區(qū)基本上都在20世紀80年代初發(fā)生了降水的突變現(xiàn)象,與全球的降水突變一致(宋燕和季勁鈞,2005)。由于環(huán)太湖地區(qū)各站仍存在降水突變發(fā)生先后的差異,這可能與各地區(qū)城市化發(fā)展程度有關(guān)(郭凌曜,2009)。

2.2 DPR-SNED各階段NH3-N含量變化情況

進水段、出水段、厭氧階段后期、缺氧階段后期NH3-N含量以及裝置內(nèi)NH3-N的去除效果見圖3。

圖3 裝置內(nèi)NH3-N含量隨運行時間變化情況Fig.3 Changes of ammonia nitrogen content in the device with operating time

由圖3可知，0～60d進水中，NH3-N濃度在42～68.4mg·L-1范圍內(nèi)波動；該階段厭氧末期NH3-N在15.6～38.2mg·L-1范圍內(nèi)變化，在整個時間段內(nèi)NH3-N波動都沒有明顯的規(guī)律；前30d出水NH3-N雖有升有降、但大致還是呈下降趨勢，至第30天出水NH3-N降低至0.2mg·L-1，隨后的30d NH3-N含量均在0.2mg·L-1以下，說明該階段裝置內(nèi)已經(jīng)具有較好的NH3-N去除性能；第0～30天NH3-N去除率大致也是逐漸增加，由最初的55.8%增至98.4%，第30天后NH3-N去除率一直在98%以上；

60～90d，此時裝置已經(jīng)是厭氧/缺氧/低氧交替運行的環(huán)境，進水中NH3-N濃度在41.2～68.1mg·L-1范圍內(nèi)波動；缺氧末期的NH3-N（61～90d）含量較為穩(wěn)定，一直穩(wěn)定在15mg·L-1左右，厭氧末期的NH3-N含量雖有波動、但波動較為平緩，在19.2～34.6mg·L-1范圍內(nèi)變化；這個階段出水NH3-N一直穩(wěn)定在0.2mg·L-1以下，NH3-N去除率也在98%以上。

2.3 DPR-SNED各階段COD含量變化情況

進水段、出水段、厭氧階段后期、缺氧階段后期COD含量以及裝置內(nèi)COD的去除效果見圖4。

圖4 裝置內(nèi)COD含量隨運行時間變化情況Fig.4 Changes of COD content in the device with running time

由圖4可知，0～60d進水中COD濃度在146.3～327.4mg·L-1范圍內(nèi)波動；該階段厭氧末期COD大致逐漸減少，由最初的92.6mg·L-1減少至第60天的27.3mg·L-1；出水COD變化趨勢與厭氧末段變化趨勢類似，也是逐漸減小；這階段的去除率大致也是逐漸上升的，去除率在第60天時達到該階段的最大值85.08%。

60～90d，進水中COD濃度在194.6～325.4mg·L-1范圍內(nèi)波動；缺氧末期的COD（61～90d）含量較為穩(wěn)定，一直穩(wěn)定在30～40mg·L-1范圍內(nèi)變化，該階段出水COD濃度、厭氧末期COD濃度、缺氧末期COD濃度三者變化趨勢大致一致，濃度都在20～40mg·L-1范圍內(nèi)變化；該階段COD去除率一直穩(wěn)定在85%以上，去除率最高達到91.3%。

2.4 DPR-SNED各階段脫氮特性

圖5 裝置內(nèi)含量及TN去除率變化情況Fig.5 Changes of nitrate nitrogen,nitrous nitrogen content and TN removal rate in the device

3 結(jié)論

為研究短程硝化-反硝化技術(shù)處理城市污水時水力特性，本文以城市污水廠的生活污水以及污泥為試驗原料進行了100d試驗、在SBR裝置中分時段的構(gòu)建了厭氧/低氧、厭氧/缺氧/低氧兩種環(huán)境條件，分析了各時段裝置內(nèi)、NH3-N、COD濃度及去除率、出水、TN變化情況，結(jié)果表明：當初始厭氧條件在180min以上時，60d內(nèi)可完全啟動短程硝化-反硝化工藝，并且出水中濃度在0.5mg·L-1以下、COD濃度在30mg·L-1以下、NH3-N濃度在0.2mg·L-1以下，及NH3-N去除率都在90%以上，COD去除率在85%以上。