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大慶疾控中心實驗室一體化污水處理設備 

1 實驗廢水與裝置
 
1.1 實驗廢水
 
研究涉及ABR 與改良SBR 兩部分的聯用系統，考慮到實際廢水水質的波動性和優條件選擇的可控性，采用模擬廢水進行研究。模擬廢水按營養比COD∶N ∶P =100 ∶5 ∶1 配制，配料為葡萄糖、NH4HCO3、K2HPO4、MgCl2、MnSO4、CuSO4、CoCl2、 FeSO4 等〔1〕。

實驗中ABR 系統和改良SBR 系統的啟動均采用同步接種馴化方法，ABR 系統啟動廢水COD 從 1 000～10 000 mg/L 逐步增加，以進水COD 為10 000 mg/L 時去除率達72.0%為ABR 啟動完成的標志。

由于ABR 厭氧系統中污泥的引入，導致 ABR 出水NH3-N 高于原水。根據改良SBR 系統進水要求和ABR 出水實際狀況，將ABR 出水經適當稀釋后作為SBR 進水，以滿足脫氮時C/N=3～5 的要求。

1.2 裝置
 
ABR 反應器L=600 mm，B=100 mm，H=600 mm，有效容積30 L。改良SBR 反應器L=500 mm，B= 100 mm，H=500 mm，有效容積20 L。

改良SBR 連續進水、間歇出水操作，處理量為 2~3 L/h。前端沿池長，距池壁70 mm 及100 mm 兩處分別設擋板分隔形成生物選擇區（對于ICEAS 則稱為預反應區），不曝氣，可形成兼氧條件；第二個擋板距池底有20 mm 空隙，來自預反應區的污水從擋板下面的孔或縫隙以0.03～0.05 m/min 低速流至主反應區，而所經的區域為缺氧區。該單元結合ICEAS、 CASS 及IDEA 三種工藝形式，具有如ICEAS 那樣較長的停留時間，又具有CASS 缺氧厭氧的生物選擇區，還如ICEAS 和IDEA 采用連續進水方式〔2〕，使該工藝具有占地面積小、運行維護簡便、處理效果好（特別是脫氮除磷效果）、自動化操作、可靠度高等特點〔3〕。

2 實驗部分
 
2.1 分析方法
 
COD 采用重鉻酸鉀法測定；NH3-N 采用納氏比色法測定；DO 采用膜電極法JPB-607 測定；MLSS 采用重量法測定；pH 采用玻璃電極法測定；SS 采用重量法測定。

2.2 改良SBR 啟動
 
取天津市紀莊子污水處理廠硝化池回流污泥馴化后接種，常溫下按表 1 配制模擬廢水（COD 約1 000 mg/L）引入反應器，溶解氧控制在0.2 mg/L，pH 為 6.0～9.0，曝氣175 min，沉淀60 min，排水5 min 進行操作。每天保證3 個周期，2 d 后COD 去除率達到 87.6%，啟動結束。

2.3 實驗方法
 
系統類似于CAST 是變容積運行，連續操作。每個循環周期為4 h，分別由曝氣、沉淀、出水組成。通常要求5～10 min 內排水完畢，若沉淀時間太長，由于連續進水，會導致出水惡化。試驗將沉淀時間固定為5 min，沉淀時間與曝氣時間共235 min。

對沉淀時間、停留時間、回流比、進水基質濃度等各因素進行單因素實驗，獲得各因素的影響規律；在此基礎上，采用正交設計表L9（34），以NH3-N 去除率作為考察指標，通過極差法獲得重要性影響順序與優參數。

3 結果與討論
 
3.1 沉淀時間對氨氮去除率的影響
 
隨著曝氣時間的延長，出水NH3-N 下降。曝氣時間太短，會使充水比太小而導致SVI 變大，泥水分離效果變差〔4〕。根據同步硝化反硝化理論，保持好氧、缺氧條件同時存在，即DO 保持在0.5～1.5 mg/L 即可〔5, 6〕。研究發現，沉淀時間＞20 min 時，氨氮去除率明顯提高。但沉淀時間＞60 min，增大了水力停留時間，從而增大反應器的容積，使大量未經處理的污水進入反應器與上一周期的反應出水混合，降低了處理效果，如圖 2 所示。研究結果表明沉淀時間為 30~60 min 時，處理效果較好。

3.2 回流比對氨氮去除率的影響
 
按連續進水連續出水方式操作，改良SBR 前端設置生物選擇區或稱作預反應區。將出水回流至預反應區，可以調節進水，提高系統抗沖擊性，同時可在預反應區形成脫氮條件，延長硝化污泥的泥齡，利于脫氮過程的進行。根據反硝化經驗，硝化液內回流比＞200%〔5〕。如圖 3 所示，回流比為300%時氨氮去除率高。

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3.3 進水COD 對氨氮去除率的影響
 
硝化菌是自養型細菌，對環境變化非常敏感，有機底物并不是它的生長限制因素〔7〕。進水COD 為 1 000 mg/L 時，BOD 污泥負荷（Ns）為0.8 kg/（kg·d），超過了一般活性污泥法所要求的經驗值〔0.3~0.5 kg/（kg·d）〕〔8〕，影響了氨氮的去除效果。由圖 4 可以看出，隨著COD 的增大，氨氮去除率單調下降。COD 為700 mg/L 時去除率高，實際中系統COD 盡量控制在700~1 000 mg/L。

圖 4 進水COD 對氨氮去除率的影響

3.4 水力停留時間對氨氮去除率的影響
 
據HRT=V/Q 知，進水流量的變化影響HRT 的變化，而HRT 的變化又影響Ns，Ns 太大，出水水質差，Ns 太小，處理效率低〔9〕。本課題要求處理量為2~ 3 L/h，為了取得較高的脫氮率，硝化反應歷時一般不低于6 h。HRT=10 h 時處理效果存在一個轉折點。 HRT=8 h 時，氨氮去除率為55%，HRT=5 h、12 h 時，氨氮去除率低于49%。鑒于1 d 24 h 內可安排3 個周期，HRT 取8 h。

圖 5 水力停留時間對氨氮去除率的影響

3.5 正交試驗優化
 
正交試驗中沉淀時間、水力停留時間均選擇轉折點前后，考察轉折點處的交互影響。回流比選擇200%和500%與沒有回流進行對比，污泥泵相應的流量是5 L/h 和12.5 L/h。回流比為200%，NH3-N 去除率從沒有回流前的30%增至74%，可見內回流對于改良SBR 是必要的。進水COD 也是影響硝化效果的重要因素，考慮系統整體屬于高速反應器，前端ABR 要求改良SBR 具備較大的處理能力，故采用800、1 000、1 200 mg/L。

可見，回流比對氨氮去除率影響大，其次是進水COD，小的是沉淀時間。同時發現與單因素研究*的規律是，點出現在進水COD 小時：800 mg/L。周杰倫條件下的處理效果為74.02%，相應條件為回流比200% ，循環周期組成曝氣 175 min，沉淀時間60 min，排水時間5 min，HRT= 8 h，進水COD 為800 mg/L，出水NH3-N 為24.86 mg/L，可達到GB 8978—1996 中二級排放標準要求。

4 結論
 
（1）采用改良SBR 工藝處理模擬高氨氮有機廢水，處理效果好（特別是脫氮除磷效果）。

（2）通過正交試驗獲得各影響因素的重要度排序：回流比＞進水COD＞停留時間＞沉淀時間。

（3）工藝條件：回流比200%，曝氣175 min，沉淀時間為60 min，排水時間5 min，HRT=8 h，進水 COD 為800 mg/L。此時NH3-N 去除率為74.02%，出水NH3-N 為24.86 mg/L，達到GB 8978—1996 中的二級排放標準要求。