生活污水脱氮除磷方法

序批式生物膜反应器（Sequencing Biofilm BatchReactor，SBBR）是目前国内外正在研究、应用的一种污水生物处理新工艺〔1〕。

序批式生物膜法是在序批式活性污泥法和生物膜法的基础上发展起来的处理工艺，兼具两者的优点〔2, 3〕，不仅基建费用低、操作简单，而且脱氮除磷效果好、污泥产量低〔4, 5〕。

序批式生物膜反应器的开发是为了防止比生长速率小的微生物在水力波动过大的反应器中被“淘洗”出去而设计的。它以填料生物膜方式代替活性污泥工艺，按照序批式的运行方式运行，可以在单个反应器内实现厌氧、好氧、缺氧等工序，实现一体化同步脱氮除磷〔6〕。与序批式活性污泥工艺相比，SBBR 工艺具有处理效率高和管理维护方便等优点，适合于中小城镇点源污水的处理以及污水的深度处理。笔者采用丝瓜络填料SBBR 处理生活污水，研究了其对生活污水同步脱氮除磷的处理效果。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验所用丝瓜络采自山东烟台一农户家中，将其去皮去籽后的丝瓜瓤添加到反应器内，作为生物膜的挂膜载体。该填料已申请，号为200720017834.9。试验所用填料的外观如图 1所示。

图 1 丝瓜络结构

丝瓜络作为一种天然的生物载体，对微生物无任何毒害和副作用。其表面凹凸不平，存在大量的沟脊，比人工合成的塑料等填料更易被微生物附着。该填料富含纤维素和木质素〔7〕，密度约为0.77~0.78g/cm3。由于丝瓜络具有*的天然微网纤维结构，且亲水性较好，因此挂膜非常迅速。

1.2 试验用水及污泥

试验所用原水取自青岛理工大学北院的总排污口处，该污水主要为教职工宿舍、学生食堂、公寓、浴室等产生的生活污水。总排污口处的集水井内安装有栅隙为1 mm 的机械格栅，用于对原水进行预处理，去除水中较大颗粒的悬浮物、发丝、固体垃圾等杂物。预处理后的原水经污水管道输送至试验室外的调节池，其中NH3-N 为36.9~59.7 mg/L ，TN 为51.9~79.0 mg/L，TP 为3.33~5.24 mg/L。

试验用接种污泥取自青岛李村河污水处理厂。所取接种污泥呈黑褐色，30 min 内污泥沉降比SV约为30%，污泥性状良好。通过显微镜观察，活性污泥中微生物丰富，有一定量活性较强的钟虫、盖虫以及少量的轮虫。

1.3 试验装置

试验采用自制的丝瓜络填料SBBR，外形为长方体，材料为有机玻璃，长185 mm，宽185 mm，高585 mm，有效容积为19.8 L，填料填充度为50%。试验装置如图 2 所示。

图 2 试验装置示意 

将取自试验室外污水调节池中的生活污水直接抽到污水箱中，通过W-188 型进水泵将污水抽入丝瓜络填料SBBR 内，反应器由ACO-208 电磁式空气压缩机供氧，空气扩散装置为砂芯曝气头。经处理后的水由底部出水口流出。

1.4 试验方法

整个试验过程在室内进行，水温为18 ℃。反应器运行前，先将丝瓜络放入蒸馏水中浸泡，每天换水1 次，持续5 d，以消除丝瓜络本身对试验的影响。2011 年4 月20 日开始采用活性污泥快速启动方式进行挂膜，即将丝瓜络填料填入SBBR 反应器至一半容积，随后注入10 L 活性污泥，接着注入生活污水9.8 L，然后曝气，每隔4 h 静置沉淀0.5 h，排出上清液； 重新注入鲜污水并重复上述过程，持续7 d后，挂膜成功。挂膜成功后，反应器开始运行，采用序批式（A-O-A）运行模式，运行周期为8 h（瞬时进水，厌氧2.5 h，曝气4 h，缺氧1.5 h，瞬时排水）。将反应器出水静置，取其上清液进行水质分析，考察丝瓜络填料SBBR 对生活污水的处理效果。水质分析方法采用标准方法。

2 试验结果与分析

2.1 丝瓜络填料SBBR 对NH3-N 的去除效果

丝瓜络填料SBBR 对NH3-N 的去除效果如图 3所示。

图 3 丝瓜络填料SBBR 对NH3-N 的去除效果 

由图 3 可知，反应器进水NH3-N 为36.9~59.7mg/L，出水NH3-N 为2.1~8.4 mg/L，NH3-N 去除率为80%~95%，平均NH3-N 去除率为90%。

在反应器运行初期，NH3-N 去除率较低，待反应器稳定运行后，NH3-N 去除率明显升高。分析认为：硝化细菌是一种好氧自养菌，生长速率较低，在丝瓜络纤维表面富集速率较慢，所以反应器运行初期NH3-N 去除率较低〔8〕。随着运行时间的延长，丝瓜络填料粗糙的网状结构所造就的巨大的比表面积发挥了重要作用，为微生物生长繁殖提供了更大的栖息场所，又由于丝瓜络纤维表面存在亲水性基团以及对微生物无任何毒副作用，使丝瓜络填料表面和内部附着大量的微生物，进而取得较好的处理效果。

2.2 丝瓜络填料SBBR 对TN 的去除效果

丝瓜络填料SBBR 对TN 的去除效果如图 4 所示。

图 4 丝瓜络填料SBBR 对TN 的去除效果   

由图 4 可知，反应器进水TN 为51.9~79.0 mg/L，出水TN 为9.5~21.8 mg/L，TN 去除率为69%~85%，平均TN 去除率为78%。运行初期，系统不稳定，TN去除率较低，待反应器稳定运行后，TN 去除率明显提高。

反硝化是以有机物作为电子供体，将硝态氮还原为氮气，因此有机底物的含量对反硝化效率有很大影响，碳氮比不足，会造成异养菌营养物质的缺乏和反硝化效率的下降。丝瓜络在生长过程中从土壤和外界环境中吸收了大量的营养物质，在被用作填料后，其本身的营养元素便离解出来为微生物的生长提供了一定的碳源〔9〕。因此，丝瓜络填料SBBR 对不同C/N 的污水均有较强的适应性，不用另外投加碳源。

2.3 丝瓜络填料SBBR 对TP 的去除效果

丝瓜络填料SBBR 对TP 的去除效果如图 5 所示。

图 5 丝瓜络填料SBBR 对TP 的去除效果 

由图 5 可知，反应器进水TP 为3.33~5.24 mg/L，出水TP 为0.24~0.98 mg/L，TP 去除率为77%~94%，平均TP 去除率为88%。运行初期，系统不稳定，TP去除率较低，待反应器稳定运行后，TP 去除率明显提高。

丝瓜络填料SBBR 的除磷机理是厌氧释磷，好氧吸磷，厌氧释磷越充分，好氧吸磷也就越充分。AO-A 运行方式可以给聚磷菌提供先厌氧后好氧的环境，因而可以实现对磷的去除。从运行结果可以看出，采用丝瓜络填料SBBR，可以大幅度地去除污水中的TP。另外，即使好氧运行时，丝瓜络内部也可以为微生物提供厌氧环境，进而使除磷更加*。

3 结论

采用丝瓜络填料SBBR 处理生活污水的试验研究表明：

（1）丝瓜络挂膜非常迅速，仅用5 d 便挂膜成功，挂膜后的丝瓜络见图 6。丝瓜络填料SBBR 中的生物膜能够快速形成的原因是丝瓜络较好的立体纤维结构产生网捕作用，使微生物菌种能够快速聚集；丝瓜络巨大的比表面积和良好的亲水性和生物亲和性，使微生物能够快速生长并繁殖；散落的丝瓜络纤维可以代替生物膜生长中处于劣势且生长缓慢的丝状菌而形成菌胶团。

图 6 挂膜后的丝瓜络 

（2） 采用丝瓜络填料SBBR 处理生活污水，NH3-N 去除率为80%~95%，平均NH3-N 去除率为90%；TN 去除率为69%~85%，平均TN 去除率为78%；TP 去除率为77%~94%，平均TP 去除率为88%。说明丝瓜络填料SBBR 对生活污水中的氮、磷有较高的去除率。

（3）丝瓜络填料SBBR 产泥量很少。

（4）丝瓜络填料挂膜后由于其表面和内部被大量活性污泥及生物膜充满，因此即使在好氧条件下，丝瓜络内部也具有厌氧的环境，这样就使丝瓜络内部和外部同时具备厌氧和好氧的条件，厌氧、好氧的分层分布使厌氧和好氧微生物也分层分布，进而实现同步脱氮除磷的效果。

（5）丝瓜络在被微生物降解过程中，自身的营养元素被释放出来进而被微生物利用，因此，对不同C/N 的污水有较高的适应性。

（6）丝瓜络填料作为一种廉价、天然的生物载体，更易被微生物附着，并且在挂膜速度方面有着*的优势。腐烂的丝瓜络纤维会逐渐被微生物分解，不会对水体造成二次污染，比人工合成的塑料填料更环保。丝瓜络填料是一种值得推广的水处理材料。