非穩(wěn)態(tài)溶解氧環(huán)境下廢水生物處理技術(shù)分析

　　非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境：

　　非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境是指處理過程中反應(yīng)器內(nèi)的DO濃度呈現(xiàn)為不穩(wěn)定狀態(tài)，此環(huán)境可以營造良好的好氧硝化/缺氧反硝化交替過程，在顯著節(jié)能的同時還可提高系統(tǒng)去除有機物及脫氮的效果。

　　活性污泥法是廢水處理過程中廣泛使用的方法。在傳統(tǒng)的好氧處理中，連續(xù)穩(wěn)定的曝氣可使反應(yīng)器內(nèi)保持穩(wěn)定的溶解氧（DO）環(huán)境，滿足硝化對氧的需求，但不能實現(xiàn)缺氧反硝化，因此，雖能達到一定的氨氮去除效果，但總氮去除效果較差。非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境是指處理過程中反應(yīng)器內(nèi)的DO濃度呈現(xiàn)為不穩(wěn)定狀態(tài)，此環(huán)境可以營造良好的好氧硝化/缺氧反硝化交替過程，在顯著節(jié)能的同時還可提高系統(tǒng)去除有機物及脫氮的效果。

　　SBR、氧化溝、混合脈沖等工藝在運行中都具有非穩(wěn)定DO環(huán)境的特征。SBR使整個工作周期呈間歇曝氣方式運行，可在同一反應(yīng)器內(nèi)實現(xiàn)交替好氧、缺氧環(huán)境。傳統(tǒng)氧化溝工藝的曝氣池是循環(huán)式溝渠，污水和活性污泥混合液在其中流動，利用轉(zhuǎn)刷曝氣提供溶解氧并使混合液處于完全混合狀態(tài)；由于曝氣裝置只安裝在氧化溝的一處或幾處，反應(yīng)器內(nèi)DO濃度頻繁變化。脈沖曝氣是在好氧活性污泥法的基礎(chǔ)上將連續(xù)曝氣改為脈沖曝氣，從而實現(xiàn)高、低DO濃度交替的環(huán)境，提高脫氮除磷的效率。

　　筆者在分析反應(yīng)器內(nèi)非穩(wěn)態(tài)DO濃度變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，綜述了非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境下廢水生物處理效果及研究現(xiàn)狀，并對其研究發(fā)展趨勢進行了展望，以期為廢水處理提供一條節(jié)能降耗并達到高標準處理效果的途徑。

　　1、 非穩(wěn)態(tài)DO變化規(guī)律

　　在SBR工藝中，系統(tǒng)進水、沉淀期間為缺氧階段，DO較低，當開始曝氣反應(yīng)時，DO上升，但由于污水負荷較高，DO上升幅度不大；隨著污水中有機物的降解，微生物的需氧量減少，于是DO上升幅度增大；隨后在沉淀及出水的不曝氣階段，DO開始下降，降低到最初缺氧階段的DO濃度，并持續(xù)到下一曝氣階段。正常情況下，曝氣階段DO高于1.5mg/L，當曝氣停止時，DO下降到1.5 mg/L以下。

　　在傳統(tǒng)氧化溝中，由于采用表曝機供氧、推流，易于形成DO梯度。近曝氣點區(qū)域DO濃度高，離曝氣點越遠，DO濃度越低，因此在同一溝渠形成了交替好氧和缺氧的區(qū)域，多溝條件下更明顯。其中，近曝氣點區(qū)域的DO可以達到2.25mg/L，遠離曝氣點區(qū)域DO降至0.5 mg/L以下，甚至為0。

　　在脈沖曝氣方式下，1個工作周期內(nèi)，曝氣瞬間DO急劇升高，之后穩(wěn)定在某一范圍，此時系統(tǒng)為好氧狀態(tài)；停曝瞬間DO會急劇下降，之后維持在某一較低值，系統(tǒng)處于缺氧或厭氧狀態(tài)。曝氣/停曝頻繁交替強化了系統(tǒng)好氧—缺氧—厭氧環(huán)境的交替變化。在停曝末，DO較低或為0，當開始曝氣后，DO將以最大速率提高，能夠達到較高的溶氧水平。S.Lochmatter等發(fā)現(xiàn)，在脈沖曝氣方式下，曝氣時，DO迅速上升，可達到飽和溶解氧的50%，并在曝氣階段維持相對穩(wěn)定；停曝時，DO迅速下降到0，并持續(xù)到下一周期曝氣開始。

　　2、 非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境下廢水生物處理效果

　　2.1 非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境下廢水有機物的去除及脫氮效果分析

　　在廢水處理中，連續(xù)穩(wěn)定的曝氣易導致硝化菌長期積累，抑制反硝化作用的發(fā)生。而非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境下的周期性好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，可使活性污泥絮體內(nèi)部形成適宜的DO梯度分布。在DO濃度較高的時段或區(qū)域，硝化細菌將氨態(tài)氮氧化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，而在DO濃度較低的時段或區(qū)域，反應(yīng)池內(nèi)處于缺氧狀態(tài)，微生物利用有機物為氫供體使硝態(tài)氮反硝化，還原成N2或NxOy后排入大氣，從而達到脫氮目的。同時在缺氧階段NO3--N以及NO2--N能夠代替分子O2作電子受體，繼續(xù)氧化污水中的有機污染物，進而能夠降低好氧階段的有機負荷。在SBR處理屠宰廢水工藝中，當曝氣50 min，停曝50 min時，廢水中COD、TN的去除率可分別達到97%和94%。通過改變CASS工藝的運行方式，采用好氧脈沖曝氣，當曝氣、停曝時間分別為5、5 min時，有機物及氮的去除率都能達到80%以上。此外，通過控制氧化溝DO濃度及分布，可以實現(xiàn)氧化溝外溝道內(nèi)的同時硝化反硝化生物脫氮，TN去除率最高可達86％。G. Yilmaz等通過好氧活性污泥實驗研究指出：停曝階段DO迅速降低，導致污泥顆粒絮凝成的緊密污泥床結(jié)構(gòu)形成了一個完全缺氧的環(huán)境，因此發(fā)生了停曝階段的反硝化脫氮，進一步提高了系統(tǒng)的脫氮效率。采用非穩(wěn)態(tài)的曝氣方式，當DO從3.5~5.0 mg/L降低到0.5~1.2 mg/L時，系統(tǒng)的脫氮率可以達到94.9%，且無需外加碳源。這是由于反硝化程度取決于缺氧階段有機碳的供給程度，非穩(wěn)態(tài)DO環(huán)境有利于節(jié)省碳源消耗，使更多的碳源用于反硝化脫氮，從而提高了系統(tǒng)整體脫氮效率。

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