SBR中運用不同操作步驟去除生物營養(yǎng)技術(shù)

    SBR很早就用于去除廢水中的COD和P(Baozhen等1998; Belia 和Smith 1997; Carucci 等1997; Colunga 和 Martinez 1996; Danesh 和 Oleskiewicz 1997; Ramirez和 Martinez 2000; Tasli 等1997。)營養(yǎng)廢水中最近運用改進后SBR講解營養(yǎng)物質(zhì)，在硝化和反硝化的同時去處COD和P。SBR處理過程間歇式操作步驟包括：添加、反應(yīng)、沉淀、沘水和閑置(Metcalf 和 Eddy 1991)。可以通過調(diào)厭氧、間氧和好氧整操作步驟來適應(yīng)水質(zhì)變化。

　　以前已有文獻對操作次數(shù)進行了研究(Andreottola 等1997;Chang 和Hao 1996; Demoulin 等 1997;Keller 等1997;Pastorelli等1999; Sang-Ill等1997; Umble 和 Ketchum1997;Zuniga 和Martinez 1996)。關(guān)于出水最小濃度，Andreottola等(1997)已經(jīng)出循環(huán)長度的最佳計算方法。出水N、NO2-N和NH4-N的濃度為2.9 mg l-1, 0.04 mg l-1 和0.06 mg l-1，其中間氧操作時間為3.3h厭氧操作4.2h。

　　Chang和Hao (1996) 發(fā)表了很重要影響SBR操作的參數(shù)，可以監(jiān)測和在線控制操作。一般而言，當(dāng)污泥停留時間為10天，總的循環(huán)時間為6h時，系統(tǒng)中COD、總N和P的去除率為91, 98 和 98%

　　Colunga and Martinez (1996)研究了在生物膜SBR中厭氧/好氧操作對出水的影響?？偟难h(huán)時間為8和12小時，其中厭氧和好氧比值不同。當(dāng)循環(huán)時間為12小時，厭氧和好氧比為37/63%時COD和P的去除率最高。

　　Sang-Ill等人 (1997)用發(fā)酵酒的廢水代替醋酸鹽作為碳源來提高擴大SBR中營養(yǎng)物質(zhì)降解效率。兩者之間沒有什么大的區(qū)別，總N和P的去除率都可以達(dá)到90% 和89%。

　　Umble 和Ketchum (1997)利用SBR處理城市廢水。總的操作時間為12h，BOD5, TSS, 和NH3-N去除率為 98%, 90%和89%。

　　Zuniga 和Martinez (1996)研究了生物膜SBR中通過四種處理放式：an/ax/ao/ax同時去處P和N。操作成功的去除了COD，P和N去除率分別為89±1%，75±15%，和87±10%。

　　以上都沒有研究過在SBR中不同操作步驟數(shù)量的作用。因此，本文的研究主要目的就是對SBR中不同操作步驟數(shù)的去除效果進行比較。操作中包括不同數(shù)量的厭氧(An), 間氧 (Ax) 和好氧(Ox)操作和不同的操作方式。

　　材料與方法：

　　試驗裝置：

　　圖1為試驗裝置簡圖。5L的發(fā)酵罐(Bioflo IIC, New　Brunswick)作為SBR反應(yīng)器。發(fā)酵罐通過微電腦控制通氣、pH和溶氧(DO)。通過帶有曝氣透的空氣泵進行曝氣。攪拌速率在25 和300 rpm (rev min-1)。營養(yǎng)液中的pH 和 DO濃度通過相應(yīng)的電極來連續(xù)監(jiān)測。

　　廢水成分：

　　用于試驗的模擬廢水含有：葡萄糖、醋酸鈉、NH4Cl，KH2PO4，MgSO4·7H2O，NaHCO3微量元素溶液，其中含有NaCl (100 mgL-1), KCl (20 mgL),CaCl2·2H2O (50 mg L-1), FeCl3·6H2O (50 mg L-1)。模擬廢水組成見表1。模擬廢水主要成分為CODo=1000 mg L-1，NT=50 mg L-1 和PT=15 mg L-1，COD/N/P=100/5/1.5。MgSO4和NaHCO3在添加時濃度為0.1 g L-1和0.59 g L-1，最初的pH值調(diào)到7.0。

　　微生物：

　　混合微生物包括：能夠氧化碳的異養(yǎng)微生物，反硝化菌，自養(yǎng)硝化菌，厭氧菌(產(chǎn)酸)，吸收過量P的微生物(Acinetobacter sp)。消化菌(Nitrosomonas　和 Nitrobacter)是從美國Clemson大學(xué)得到。異樣菌來自C¸ igli城市污水處理廠。接種Izmir水處理廠中去除C和N的微生物。用于吸收多于P的Acinetobacter calcoaceticus (NRRL-552)菌來自美國USDA，國家研究實驗室。真?zhèn)€微生物菌群在實驗室中用合適的生長培養(yǎng)基培養(yǎng)，接種與混合微生物環(huán)境。

　　試驗操作：

　　在開始間歇式操作之前，反應(yīng)器加入含有混合微生物的模擬廢水，經(jīng)過幾天的間歇通風(fēng)，達(dá)到試驗開始所需微生物濃度。微生物沉淀后，去除4L上清液后加入總體積5L的培養(yǎng)液。然后，開始間歇的厭氧、間氧和好氧操作。僅在厭氧階段穿過培養(yǎng)基通入氮氣。在厭氧和好氧階段攪拌速率分別為25 和 50 rpm。在好氧操作中培養(yǎng)基進行充分的通氣和攪拌(300 rpm)。在每個操作開始和結(jié)束時取樣并進行分析。每次SBR結(jié)束后，微生物經(jīng)過30分鐘的沉淀后，排出上清液。沉淀的微生物用于下一次操作。為了維持10天的污泥泥齡，1/10的沉淀微生物排出。溫度和pH維持在T=25 ℃和pH=7–7.5。在好氧階段DO濃度保持在2 mg L-1，厭氧和間氧操作時維持在0。

　　三步操作為an (1 h),ax (1.5 h), ox (4 h)及0.5 h的閑置時間，總的操作時間為7 h。四步操作為an (1 .5h) ，ox (4 h)，ax (1.5 h)，ox (2 h)及0.5 h的閑置時間，總的操作時間為10.5h。五步操作為An/Ax/Ox/An/Ox其水利停留時間分別為為1/1.5/4/1.5/2 h 及0.5 h的閑置時間，總的操作時間為9 h。污泥停留時間保持在10天。每個實驗條件運行兩次。運行第一次為了適應(yīng)環(huán)境，第二次為了得到實驗數(shù)據(jù)。

　　分析方法：

　　在每個處理階段(好氧、厭氧、好氧)的開始和結(jié)束時取樣，樣品在6000 rpm下離心30min，從而去除液體培養(yǎng)基中的微生物。上清液用于分析COD，NH4/NO3 N。N和P用標(biāo)準(zhǔn)方法(Merck-Spectroquant)和光譜測定。COD，，TS和TSS用標(biāo)準(zhǔn)方法(APHA 1998)。DO 和pH通過微電腦控制發(fā)酵罐(New　Brunswick, Bioflo IIC)用微量電極一起測定。樣品經(jīng)0.45μm微空過濾膜過濾后在105℃下稱重來測定生物量濃度(MLSS)。

　　結(jié)果與討論：

　　營養(yǎng)的去除效果

　　圖2總結(jié)了在每個SBR循環(huán)結(jié)束COD的去除效果。在不同的操作步驟下，COD的去除率在94% 和96%之間。在三步、四步和五步操作情況下COD的去除不同差別很小。三步操作在較短的操作時間7h下有利于COD的去除。

　　培養(yǎng)基中是含有NH4-N作為氮源。但是在好氧階段NH4-N的硝化作用產(chǎn)生了NO3-N。因此，在最后的出水中，NH4-N和NO3-N非常重要。圖2說明了在同的循環(huán)過程中三步、四步和五步操作中的去除效果。NH4-N去除率在90% 和92%之間。其中三步操作去除率接近92%，表明NH4-N的去除是最好的，因為7h的較低操作時間。

　　NO3-N的去除效果根據(jù)不同的操作時間和操作步驟而變化。這種變化在圖2中可以看出。五步操作的NO3-N去除效率接近于64%大于四步(56%)和三步(50%) 操作。這是因為NO3-N在第二個間氧操作中的反硝化作用。三步和四步操作只含有一個間氧的反硝化步驟，所以五步操作更利于NO3-N的去除。

　　圖2中表述了PO4-P去除率的變化情況。結(jié)果表明在操作結(jié)束后，五步操作對去除率最高(57%)，原因是過多的P在第二個好氧操作階段被降解。PO4-P的去除率在三步和四步操作中接近于50%。結(jié)果表明，五步操作更有利于PO4-P的去除。

　　COD 和NH4-N的去除率在不同的操作中基本相同。但是，在五步操作過程中NO3-N 和 PO4-P明顯高于其他操作。雖然五步操作時間相對于其他操作較長，但是更有利，因為出水水質(zhì)較低。

　　出水營養(yǎng)濃度：

　　為了達(dá)到滿意的出水標(biāo)準(zhǔn)，最后操作的營養(yǎng)濃度標(biāo)準(zhǔn)及合適的操作更為重要。圖3表明不同出水中的營養(yǎng)濃度。

　　表2中描述了各操作進水和出水中營養(yǎng)濃度和去除率。三步、四步和五步操作中出水COD濃度為28 mg L-1。明顯的，四步操作的COD的去除率最低。三步和五步操作同樣受到出水標(biāo)準(zhǔn)的限制。出水三步操作NH4-N的去除率最低(3.2 mg L-1)。但是，出水五步操作NH4-N的去除率最高(5.6 mg L-1)。最后NH4-N(0.9 mg L-1)和PO4-P的濃度(3.2 mg L-1)明顯低于其他操作。因此，運用五步操作明顯優(yōu)于其它操作。

　　五步操作中的營養(yǎng)濃度數(shù)據(jù)：

　　五步操作在10.5-h中的營養(yǎng)濃度COD, NH4-N，NO3-N和PO4-P的數(shù)據(jù)見圖4。COD濃度隨著時間從632 mg L-1最后降到37 mg L-1。大多數(shù)COD是在最初的六小時期間降解的。最后兩個操作過程中相對于COD，主要去除N和P。

　　NH4-N在最初的2.5 h (an和ax階段)保持不變，在第一個好氧階段由于同化和硝化作用而明顯下降。NH4-N濃度在后兩個過程中基本不變，操作在最后濃度為5.6 mg L-1。

　　COD, NH4-N，NO3-N不同變化，說明了不同操作中的變化趨勢。NO3-N的降低是因為前兩個階段NO3-N的反硝化作用，但是在第一好氧階段由于NH4-N的硝化作用而升高。在第二個間氧階段，NO3-N的反硝化使得NO3-N濃度降到操作最后水平0.9 mg L-1。

　　P的去除主要在厭氧和間氧階段去除，因此PO4-P在前兩個操作階段明顯降低。但是在第一個和第二個好氧階段有所上升。最后，PO4-P濃度接近于3.2 mg L-1低于比以前報道的7.4 mg L-1。

　　結(jié)論：

　　在運用不同SBR操作步驟來實現(xiàn)從模擬廢水中去除營養(yǎng)。三步-(An/Ax/Ox)、四步- (An/Ox/

　　Ax/Ox) 五步 (An/Ax/Ox/Ax/Ox)操作在不同的操作時間下，并對其去除結(jié)果進行測定和比較。對COD和 NH4-N在不同的操作過程中進行比較，三步操作明顯最好。這是因為大部分COD和 NH4-N在最初的三個步驟中去除的。但是，PO4-P和NO3-N的去除效果，五步操作高于其他操作。反硝化作用發(fā)生在第二個間氧階段，多余的P是在第二個好氧階段吸收，NO3-N和PO4-P在五步操作中明顯高。最后，五步操作包括An/Ax/Ox/Ax/Ox階段，操作時間分別為1/1.5/4/1.5/2 h，COD，NH4-N，NO3-N和PO4-P濃度降到37 mg L-1，5.6 mg L-1，0.9 mg L-1 和 3.2 mg L-1，去除了94%的COD、90%的NH4-N、64%NO3-N和PO4-P57%。