SBR-SBHBR工藝結(jié)合活性污泥外循環(huán)技術(shù)優(yōu)化城市污水除磷脫氮

根據(jù)生物除磷脫氮對環(huán)境條件的要求，構(gòu)想采用序批式活性污泥反應(yīng)器（Sequencing Batch Reactor，SBR）與序批復(fù)合式生物膜反應(yīng)器（Sequencing Batch Hybrid Biofilm Reactor，SBHBR）串聯(lián)工藝并結(jié)合活性污泥外循環(huán)技術(shù)，來優(yōu)化除磷脫氮，其工藝流程如圖1 所示。SBR級，是生物懸浮生長系統(tǒng)，采用高負(fù)荷低泥齡運行，以除磷為主要目的，構(gòu)成系統(tǒng)的除磷級；SBHBR 級，反應(yīng)器內(nèi)填加懸浮填料，是生物懸浮與附著復(fù)合生長系統(tǒng)，通過控制運行條件亞硝酸型硝化反硝化脫氮，兼顧同時硝化反硝化的方式脫氮，是系統(tǒng)的脫氮級；活性污泥外循環(huán)系統(tǒng)由厭氧釋磷池、化學(xué)除磷池及相應(yīng)的循環(huán)管線構(gòu)成，采用活性污泥外循環(huán)技術(shù)可緩解城市污水中碳源不足的矛盾，強化SBR級的除磷效果。 

1、 系統(tǒng)的操作過程

如圖1所示，整個系統(tǒng)一個周期的操作過程敘述如下。SBR級（除磷級）：嚴(yán)格限量曝氣方式充水→厭氧攪拌（釋磷）→曝氣（攝磷、降解COD）→沉淀排泥→排水。對于城市污水（有機物濃度一般較低），充水時間可盡量短，以增大反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)的濃度梯度，并在充水的同時進(jìn)行攪拌，起到混合、稀釋并使聚磷菌充分利用污水中的易降解有機物進(jìn)行釋磷；在曝氣階段，要注意合理調(diào)控曝氣時間和泥齡，使系統(tǒng)在曝氣過程中既達(dá)到充分?jǐn)z磷、降解有機物，同時又要盡量避免硝化作用發(fā)生；為防止沉淀階段發(fā)生磷的提前釋放問題，可在沉淀開始后不長時間相繼開始排泥，排出的富磷活性污泥（數(shù)量大于系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余活性污泥量）直接送入?yún)捬踽屃壮�；最后將除磷后的含氮上清液作為下一級（SBHBR）的進(jìn)水排出SBR反應(yīng)器。

活性污泥外循環(huán)系統(tǒng)：在每一運行周期從SBR系統(tǒng)排出的富磷活性污泥進(jìn)入?yún)捬踽屃壮氐耐瑫r，投加適量原水進(jìn)行攪拌釋磷，然后經(jīng)泥水分離，將釋磷后污泥的一部分在SBR的好氧階段回流至SBR 反應(yīng)器，以強化SBR 的除磷能力；另一部分釋磷后的污泥（相當(dāng)于SBR級的剩余活性污泥部分）在SBHBR級的反硝化階段隨反硝化碳源一起送入SBHBR反應(yīng)器，以補充該級的反硝化碳源；釋磷池中的富磷上清液送化學(xué)除磷池進(jìn)行化學(xué)除磷，除磷后，上清液隨SBHBR的進(jìn)水一起送入SBHBR反應(yīng)器，化學(xué)污泥排出系統(tǒng)。

SBHBR 級（脫氮級）：限量曝氣方式充水→曝氣（硝化）投加原水缺氧攪拌（反硝化）→后曝氣→沉淀、排水、排泥。充水時間可盡量短并伴隨攪拌，使反硝化菌能夠充分利用進(jìn)水中剩余的有機物對反應(yīng)器內(nèi)剩余的硝態(tài)、亞硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化脫氮；在曝氣階段，通過合理地控制曝氣量，把硝化反應(yīng)控制在亞硝化階段；在缺氧攪拌階段引入適量原水和相當(dāng)于SBR級的剩余活性污泥部分的來自于厭氧釋磷池的釋磷污泥作為碳源進(jìn)行反硝化脫氮；反硝化之后，再進(jìn)行短時間曝氣，以吹脫附著在污泥上的氮氣、進(jìn)一步去除水中剩余的有機物和將水中可能剩余的亞硝態(tài)氮氧化至硝態(tài)氮（減小出水的毒性）；最后通過沉淀、排水、排泥過程完成整個工藝一個周期的運行操作。

2、新工藝的可行性

根據(jù)聚磷菌與硝化菌世代時間存在的差異性，通過合理控制曝氣時間及泥齡，將聚磷菌與硝化菌分別控制在兩級反應(yīng)器中優(yōu)勢生長是可行的。由于亞硝酸菌對DO的親和力較硝酸菌強，通過合理控制SBHBR級的DO，可以達(dá)到抑制硝酸菌活性和淘汰硝酸菌的目的，從而可將硝化作用控制在亞硝化階段；SBHBR級生物的復(fù)合生長和系統(tǒng)內(nèi)較低的DO水平，有利于系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)缺氧/厭氧宏觀環(huán)境和微環(huán)境，為同時硝化反硝化創(chuàng)造了條件；將部分富磷污泥在SBR系統(tǒng)外經(jīng)厭氧釋磷并儲碳后，再送回SBR系統(tǒng)好氧吸磷，不僅強化了SBR級除磷效果，同時也可使SBHBR級得到相對較多的剩余碳源，這對SBHBR級同時硝化反硝化有利；SBR級去除了大部分進(jìn)水中的有機物，消除了原水中較高的有機物濃度對硝化反應(yīng)的抑制影響；以原水作和釋磷并儲碳后的污泥為反硝化碳源，可使系統(tǒng)具有較高的反硝化速率；RSBHBR級生物的復(fù)合式生長，可較有效地避免在較低DO條件下污泥的膨脹現(xiàn)象。所以該SBR-SBHBR工藝將磷、氮分別控制在兩級反應(yīng)器中高效去除并同時脫碳，在理論和實踐上都是可行的。

3、新工藝的特點

上述兩級串聯(lián)工藝借鑒了AB工藝的基本思想，通過合理的操作過程，將除磷與脫氮這兩個相互矛盾的生物處理過程分別控制在兩個序批式反應(yīng)器中進(jìn)行，使系統(tǒng)既具有SBR法的靈活性，又具有AB法的高效性。該系統(tǒng)與常規(guī)除磷脫氮系統(tǒng)相比較具有以下特點。

3.1 SBR和SBHBR可以根據(jù)需要合理確定各自的運行泥齡，解決了常規(guī)工藝中生物除磷與脫氮之間的泥齡之爭。

3.2 進(jìn)水中的碳源主要用于滿足釋磷的需要，反硝化采用外加原水和外循化污泥作為碳源，使進(jìn)水中的碳源得到了合理的分配，解決了釋磷與脫氮之間的碳源競爭問題。

3.3 可以根據(jù)需要，靈活地控制SBR級的曝氣時間及泥齡，實現(xiàn)最大限度地減少硝化菌在反應(yīng)器中的生長數(shù)量，較好地避免了在該級中發(fā)生硝化作用，從而可消除厭氧區(qū)的硝酸鹽成分對厭氧釋磷的不利影響。

3.4 進(jìn)水中的大部分有機物和有毒有害物質(zhì)（當(dāng)進(jìn)水中含有抑制硝化菌的有毒有害物質(zhì)時）可以在SBR級除磷的同時被降解或吸附，防止了高有機負(fù)荷對SBHBR單元硝化反應(yīng)的沖擊和緩解了有毒有害物質(zhì)對硝化過程的抑制作用[18]；同時，SBHBR級中生物的復(fù)合式生長和較低的有機物濃度，有利于硝化菌的優(yōu)勢生長、增加污泥中硝化菌的比例、提高硝化反應(yīng)速率。

3.5 在除磷級采用了活性污泥外循環(huán)技術(shù)，使系統(tǒng)具有Phstrip工藝的特點，對進(jìn)水的BOD5/TP值沒有特殊的限制，除磷的效果及穩(wěn)定性優(yōu)于常規(guī)的生物除磷工藝。該工藝不僅解決了由于進(jìn)水碳源不足對除磷效率的影響，也有效地解決了常規(guī)生物除磷系統(tǒng)處理大量富磷污泥的難題。

3.6 進(jìn)水中的大部分有機物是在高負(fù)荷運行條件下經(jīng)SBR級去除的，SBHBR 級具有很高的硝化速率，并控制SBHBR內(nèi)的硝化反應(yīng)進(jìn)程至亞硝化結(jié)束階段，這可有效地減少兩級反應(yīng)器總的曝氣量，縮短總的反應(yīng)時間，從而可有效地減少系統(tǒng)的運行費用和節(jié)省反應(yīng)器的占地面積和基建費用。

3.7 由于系統(tǒng)的最終出水是經(jīng)非生物除磷系統(tǒng)（SBHSR級）排出的，不存在混合液中富磷懸浮顆粒和富磷污泥釋磷的影響，而且SBHSR系統(tǒng)中微生物的正常代謝對P的需求，還可以進(jìn)一步降低SBR 級出水中P 的含量。因此，該工藝系統(tǒng)可以容易并且穩(wěn)定地實現(xiàn)，最終出水中TP達(dá)到《國家城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）》中的一級a標(biāo)準(zhǔn)（TP(0.5mg/L）。

3.8 磷是以穩(wěn)定的化學(xué)污泥的形式排出處理系統(tǒng)的，不存在富磷生物污泥容易引起二次磷污染的問題。同時，化學(xué)污泥是在高濃度溶解磷的厭氧釋磷池中通過投加化學(xué)藥劑生成的，這不僅可充分利用濃度效應(yīng)加快化學(xué)沉淀反應(yīng)過程和提高藥劑的利用率，并且也可獲得較純的化學(xué)污泥，以有利于磷資源的回收。

4 結(jié)語

在分析常規(guī)生物除磷脫氮工藝缺欠的基礎(chǔ)上，提出了SBR-SBHBR工藝結(jié)合活性污泥外循環(huán)技術(shù)的生物除磷脫氮運行模式，旨在將磷與氮這兩個相互矛盾的生物處理過程分別控制在兩級反應(yīng)器中高效去除。通過合理地控制操作過程，采用該工藝可望解決常規(guī)生物除磷脫氮工藝中的泥齡問題、生物釋磷與反硝化之間的碳源競爭問題和厭氧區(qū)的硝酸鹽問題等，使功能不同的微生物在各自有利的條件下生長，從而提高系統(tǒng)除磷脫氮的效果和穩(wěn)定性；該工藝也可望能有效地解決常規(guī)生物除磷系統(tǒng)處理大量富磷污泥的難題。（作者：任慶凱，長春工程學(xué)院水利與環(huán)境學(xué)院）