[摘要] 对SBR法处理高浓度生活污水的可行性进行了研究。结果表明，该工艺在悬浮性固体(MLSS)含量为3 g／L，COD容积负荷为1.0 kg／(kg·d)，好氧4 h，溶解氧(DO)3～5 mg／L；厌氧2 h，DO< 0.2 mg／L；好氧1h，DO 3 mg／L；缺氧1 h，DO<0.5 mg／L以及试验温度22~28℃ ，周期为9 h的运行条件下，对COD、NH 4 N、TP去除率分别为97.5% ，94.9% ，97.1% ；该工艺有利于反硝化除磷过程的同步实现，其适宜的污泥龄为20 d。
[关键词] 序批式活性污泥法；高浓度生活污水；污水处理；脱氮；除磷
高浓度生活污水中含有大量的碳、氮、磷等营养性有机污染物。直接排放或处理不当将会造成严重污染，同时又造成巨大浪费。如何高效处理高浓度生活污水，使其污染降低，甚至使其回用于生活与生产之中是一个关键性的研究课题。序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor，SBR)以其工艺简单，高效耐冲击，特别是其良好的脱氮除磷效果越来越引起人们的重视[1-6]。传统的SBR脱氮除磷工艺是利用厌氧／好氧交替运行模式实现的，但是通常情况下污水中有机质(Chemical oxygen demand，COD)常常成为该生物反应过程的限制性因素[7]。这是由于在厌氧价段反硝化菌消耗大量有机质，从而抑制聚磷菌对磷的释放，进而减弱了好氧阶段聚磷菌的过量摄磷，导致除磷效果较差。近年来有研究表明[8-10]，反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate Ac—cumulating 0rganisms，DNPA0S)能在缺氧环境下，以NO。一N作为电子受体来实现同步反硝化和过量吸磷作用。这不仅节省了传统工艺中反硝化所需的碳源，避免了反硝化菌和聚磷菌之间的竞争，而且也节省了好氧吸磷过程中的耗氧量。目前，有关利用反硝化脱磷生物过程SBR工艺对高浓度生活污水处理的研究尚未见报道，本试验采用强化反硝化脱磷过程的SBR法处理高浓度生活污水，对该过程的最佳工艺条件及最佳污泥龄进行了研究，以期为寻求高浓度生活污水处理的有效途径提供参考依据。
1 试验装置与方法
1.1 试验装置
SBR工艺是利用KL一1型单阶完全混合曝气设备，并采用时序控制来完成的。
SBR反应器由空气扩散器、机械搅拌器、进出水管等组成。采用pH计和溶氧仪监控运行过程中的相关参数，曝气桶的有效容积为2O L，采用鼓风曝气。曝气和沉淀工序为自动控制，而进水和出水手动控制(图1)。
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1.2 试验方法
1.2.1 高浓度生活污水的配制
为模拟高浓度生活污水水质，本试验采用每日现配的新鲜水样，其水质成分见表1。
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1.2.2 污泥的驯化
以西安市污水处理厂二沉池的污泥作为接种污泥。为使污泥适应COD含量为1 000 1 300 mg／L的自配高浓度生活污水水质，在培养前期用自来水将其稀释至COD为600 mg／L左右，溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)为3～5 mg／L，pH 6～8，全天曝气，接种2 d后沉淀，排出上清液换水。再曝气48 h后换水1次，在这期间根据污泥沉降性能、出水COD及镜检结果不断提高COD负荷，20 d后COD去除率达到80 以上，且待其稳定后驯化结束。
1.2.3 试验运行条件与方式
在试验前，选择活性污泥COD负荷、曝气时间和厌氧时间3个主要影响因素及其不同水平进行正交试验，经过分析比较选择污泥COD负荷为1.0 kg／(kg·d)，曝气时间为5 h，厌氧时间为2 h。试验运行的悬浮性固体(Mix—ture Liquid Suspended Solids，MLSS)含量为3 g／L，温度为22～28℃ 。试验期间利用NaHCO3调pH为6～8。
每个运行周期包括4个阶段，具体运行方式为：好氧4 h，D0 3～ 5 mg／L；厌氧2 h，DO< 0.2mg／L；好氧1 h DO 3 mg／L；缺氧1 h，DO<0.5mg／L；沉淀0.5 h，出水10 min，闲置20 min后进入下一个运行周期。
1.2.4 污泥龄对出水水质的影响
为了掌握污泥龄(Sludge Retention Time，SRT)对出水水质的影响，在1.2.3设定的运行条件和运行方式下待出水COD达80 以上，出水水质稳定后，通过控制污泥排放量改变污泥龄，设置污泥龄分别为5，10，15，20，25，30，35，40 d，均经过3个污泥龄周期的驯化，出水水质稳定后，测定出水COD、NH4+ -N和总磷(TP)含量。
1.2.5 具反硝化除磷过程
SBR工艺处理高浓度生活污水试验原水COD为1201.67 mg／L，NH4+ -N含量为22.34 mg／L ，TP含量为9.16 mg／L，将高浓度生活污水在1.2.3确定的运行条件和运行方式下连续运行，待出水水质稳定后，从运行周期开始，每隔15 min采取水样，测定出水COD、NH4+ -N、NO3 -一N 和TP含量。
1.3 测定项目与方法
采用国家水质标准[11]中规定的方法测定出水的COD、NH4+ -N、NO3 - 一N和TP含量及MLSS，DO 和pH。
2 结果与分析
2.1 污泥龄对出水水质的影响
典型运行周期中污泥龄对出水COD、NH4+ -N和TP含量的影响如图2和图3所示。
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由图2和图3可知，随着污泥龄的增加，出水COD、TP、NH4+ -N含量均呈先降低后升高的趋势。当污泥龄为5～20 d时，出水COD 由43.44 mg／L降为28.99 mg／L，COD 去除率达97.6 ；出水NH4+ -N含量则由4.09 mg／L降为0.83 mg／L，NH4+ -N去除率达到96.3%，说明随着污泥的龄增加，污泥负荷增大，沉降性能和出水水质得到改善和提高，同时硝化程度加强；当污泥龄为20～40 d时，出水COD和NH4+ -N含量均随着污泥龄的增加而增加。这可能是由于污泥在反应器中长期滞留，造成部分污泥腐化上浮所致。当污泥龄为5～15 d时，出水TP含量由3.01 mg／L降为0.11 mg／L，TP去除率达99%；当污泥龄为15～40 d时，出水TP含量随着污泥龄的增加而增加。由此可知，与去除COD和NH4+ -N所需的最佳污泥龄相比，适合除磷所需的最佳污泥龄较短一些。缩短污泥龄可以排放较多的污泥，从而去除较多的磷[12]，但污泥龄太短，又会将反硝化硫细菌从反应器中排走，导致除磷率下降 ]。本试验结果表明，除磷的最佳污泥龄为15 d，此时出水TP含量仅为0.1l mg／L，当污泥龄为20 d时，TP含量为0.26 mg／L，但此时出水COD和NH4+ -N含量均最低，为同时兼顾除磷和脱氮的需求，污泥龄以20d为宜。
2.2 SBR工艺净水过程出水水质分析
对SBR工艺一个典型运行周期内的出水水质作全程检测，分析其净水过程。一个典型运行周期出水COD、NH4+ -N、NO3- 一N 和TP含量的变化见图4。
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2.2.1 好氧阶段I(O～4 h)
由图4可知，高浓度污水刚进入SBR反应时， 搅拌、混合稀释和活性污泥吸附的共同作用下，原水相比，入水的COD、NH4+ -N、TP含量均明显卜降，分别为300.7，18.95，8.33 mg／L。在好氧阶段I的曝气过程中，COD含量一直下降，至好氧阶段I结束时，COD含量为94.91 mg／L，COD去除率达92.1 9／6。此阶段由于有机物含量较高，自养型的硝化菌不占优势，NH4+ -N含量降低了2.08 mg／L，NO3- 一N含量则上升了2.06 mg／L，忽略氮源用于硝化菌合成生长的影响，表明少量的NH -N转化为N03- —N。在好氧阶段工中TP含量基本保持稳定。
2.2.2 厌氧阶段I(4～6 h)
由图4可知，在厌氧阶段I(4～6 h)中，C0D 含量继续呈下降趋势；NH4+ -N和N03- 一N含量变化较小，表明NH N向NO。一N 的转化作用很微弱；TP 含量由8.3 mg／L上升为10.34 mg／L，TP去除率降低了。说明在厌氧条件下，在不存在大量NO3- 一N反硝化竞争的情况下，聚磷菌水解体内多聚磷酸盐产生能量，充分利用基质合成聚一8一羟基丁酸盐(PHB)，实现过量释磷。
2.2.3好氧阶段11(6～7 h)
由图4可知，在好氧阶段11(6～7 h)中，主要完成的是硝化作用。由于好氧阶段I和厌氧阶段I中对COD的降解和利用，使C0D 含量逐渐降低，故到此阶段C0D不再是硝化菌繁殖的抑制因素，NO3- 一N 含量上升了13.5 mg／L，而含量下降了15.44 mg／L，二者含量的变化几乎相当。
2.2.4 缺氧阶段11(7～9 h)
图4表明，在缺氧阶段11(7～9 h)中，TP含量随N03- 一N含量的下降而急剧降低，说明在缺氧条件下反硝化除磷菌可能以NO。一N为电子受体，使反硝化和除磷过程同步进行[13]。对该阶段中的TP含量和NO3-一N 含量进行相关性分析，结果见图5。
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图5表明，TP含量与NO3- 一N 含量呈极显著性线性相关，相关系数高达97.9 9／6，证实了反硝化脱氮和除磷过程同时发生。这不仅避免了由于碳源不足对除磷过程的抑制作用，同时也减少了好氧摄磷过程所需的耗氧量。
2.3 SBR法处理高浓度生活污水的效果
当MLSS含量为3 g／L，COD容积负荷为1.0(kg／kg·d)， 运行方式为：好氧4 h，DO 3～ 5mg／L；厌氧2 h，DO<0.2 mg／L；好氧1 h，DO 3mg／L；缺氧1 h，DO<0.5 mg／L以及试验温度22～28℃ ，运行周期9 h，污泥龄为20 d，其典型周期出水水质见表2。
表2表明，该工艺处理高浓度生活污水的效率极高，出水水质达到并且超过国家污水综合排放一级标准(CoD含量为60 mg／L，NH4+ -N含量为15 mg／L，TP含量为0.5 mg／I [11]，不仅COD去除率高，而且脱氮除磷效果较好。
3 结论
(1)SBR法处理高浓度生活污水效果显著。原水(COD、NH4+ -N、TP含量分别为1 201.67，22.34，9.16 mg／L)经SBR法处理后，出水的C0D、NH4+ -N和TP含量分别为29.89，1.15和0.26 mg／L，其去除率分别为97.5 ，94.9 和97.1 ，超过了国家污水综合排放一级标准。
(2)缺氧条件下TP含量和NO3- 一N含量的相关系数高达97.9 ，说明该SBR工艺有利于反硝化菌在缺氧条件下，以NO3- 一N作为电子受体使除磷过程得以实现。与薛英文等口 的研究结果相比，该工艺条件下的脱氮去磷效果较优。
(3)利用此工艺在COD负荷1.0 kg／(kg·d)，MLSS含量为3 g／L，试验温度为22～28℃ 的运行条件下，除磷脱氮所需污泥龄以20 d为宜。
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