根據(jù)生物除磷脫氮對(duì)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(jí)，是生物懸浮生長系統(tǒng)，采用高負(fù)荷低泥齡運(yùn)行，以除磷為主要目的，構(gòu)成系統(tǒng)的除磷級(jí)；SBHBR級(jí)，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(yùn)行條件亞硝酸型硝化反硝化脫氮，兼顧同時(shí)硝化反硝化的方式脫氮，是系統(tǒng)的脫氮級(jí)；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(qiáng)化SBR級(jí)的除磷效果。

1、系統(tǒng)的操作過程

如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)一個(gè)周期的操作過程敘述如下。SBR級(jí)（除磷級(jí)）：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(duì)于城市污水（有機(jī)物濃度一般較低），充水時(shí)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(shí)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(jī)物進(jìn)行釋磷；在曝氣階段，要注意合理調(diào)控曝氣時(shí)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(jī)物，同時(shí)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(shí)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?jí)（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(yùn)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(shí)，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(qiáng)化SBR的除磷能力；另一部分釋磷后的污泥（相當(dāng)于SBR級(jí)的剩余活性污泥部分）在SBHBR級(jí)的反硝化階段隨反硝化碳源一起送入SBHBR反應(yīng)器，以補(bǔ)充該級(jí)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(jí)（脫氮級(jí)）：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(shí)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(jī)物對(duì)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(jí)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(shí)間曝氣，以吹脫附著在污泥上的氮?dú)?、進(jìn)一步去除水中剩余的有機(jī)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(gè)工藝一個(gè)周期的運(yùn)行操作。

2、新工藝的可行性

根據(jù)聚磷菌與硝化菌世代時(shí)間存在的差異性，通過合理控制曝氣時(shí)間及泥齡，將聚磷菌與硝化菌分別控制在兩級(jí)反應(yīng)器中優(yōu)勢(shì)生長是可行的。由于亞硝酸菌對(duì)DO的親和力較硝酸菌強(qiáng)，通過合理控制SBHBR級(jí)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(jí)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(shí)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(chǔ)碳后，再送回SBR系統(tǒng)好氧吸磷，不僅強(qiáng)化了SBR級(jí)除磷效果，同時(shí)也可使SBHBR級(jí)得到相對(duì)較多的剩余碳源，這對(duì)SBHBR級(jí)同時(shí)硝化反硝化有利；SBR級(jí)去除了大部分進(jìn)水中的有機(jī)物，消除了原水中較高的有機(jī)物濃度對(duì)硝化反應(yīng)的抑制影響；以原水作和釋磷并儲(chǔ)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(jí)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(jí)反應(yīng)器中高效去除并同時(shí)脫碳，在理論和實(shí)踐上都是可行的。

3、新工藝的特點(diǎn)

上述兩級(jí)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(gè)相互矛盾的生物處理過程分別控制在兩個(gè)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(diǎn)。

3.1SBR和SBHBR可以根據(jù)需要合理確定各自的運(yùn)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(zhēng)。

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(jìng)爭(zhēng)問題。

3.3可以根據(jù)需要，靈活地控制SBR級(jí)的曝氣時(shí)間及泥齡，實(shí)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(jí)中發(fā)生硝化作用，從而可消除厭氧區(qū)的硝酸鹽成分對(duì)厭氧釋磷的不利影響。

3.4進(jìn)水中的大部分有機(jī)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(shí)）可以在SBR級(jí)除磷的同時(shí)被降解或吸附，防止了高有機(jī)負(fù)荷對(duì)SBHBR單元硝化反應(yīng)的沖擊和緩解了有毒有害物質(zhì)對(duì)硝化過程的抑制作用[18]；同時(shí)，SBHBR級(jí)中生物的復(fù)合式生長和較低的有機(jī)物濃度，有利于硝化菌的優(yōu)勢(shì)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(jí)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(diǎn)，對(duì)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(duì)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(jī)物是在高負(fù)荷運(yùn)行條件下經(jīng)SBR級(jí)去除的，SBHBR級(jí)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(jí)反應(yīng)器總的曝氣量，縮短總的反應(yīng)時(shí)間，從而可有效地減少系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和節(jié)省反應(yīng)器的占地面積和基建費(fèi)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(jí)）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(duì)P的需求，還可以進(jìn)一步降低SBR級(jí)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(shí)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(jí)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(shí)，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(yùn)行模式，旨在將磷與氮這兩個(gè)相互矛盾的生物處理過程分別控制在兩級(jí)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(jìng)爭(zhēng)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。

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