畢業(yè)論文-強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的研究.doc

強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的研究浙江工業(yè)大學(xué) 給水排水工程專業(yè)09屆 摘要：本文在總結(jié)國內(nèi)外脫氮除磷工藝的基礎(chǔ)上，提出了強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝并建立、啟動(dòng)了該工藝的試驗(yàn)裝置。SBBR采用新型兩格交替運(yùn)行形式，強(qiáng)化了碳源保存和同步硝化反硝化脫碳效率；人工濕地選種的植物為菖蒲和矮生百慕大草，以進(jìn)一步去除SBBR出水中的磷。通過測(cè)試分析，該工藝具有穩(wěn)定的脫氮除磷能力，氮、磷的去除率分別能達(dá)到92%、91%，是一種新型的有效污水處理工藝。關(guān)鍵詞 污水處理 脫氮除磷 SBBR 人工濕地 A combined process with enhanced SBBR for nitrogen removal and constructed wetlands for phosphorus removal ABSTRACT This paper gives a review on development of nitrogen and phosphorus removal processes in the world and proposes a combined process with enhanced SBBR for nitrogen removal and constructed wetlands for phosphorus removal. This SBBR operated alternately in two similar parts of the reactor to improve simultaneous nitrification and denitreification (SND). Calamus and Bermuda grass were planted in two constructed wetlands for further phosphorus removal. According to the experimental testing and analyzing, it demonstrates that the process has a good and stable nitrogen and phosphorus removal capability. The nitrogen and phosphorus removal rates reach 92%, 91%, respectively. This is a new type of effective wastewater treatment process.Key words wastewater treatment nitrogen and phosphorus removal SBBR constructed wetland 目錄1 緒論11.1 氮、磷污染的來源及其危害11.1.1 氮、磷污染的來源及其影響因素11.1.2 氮、磷污染的危害11.2 生物脫氮除磷的基本原理21.2.1 生物脫氮原理21.2.2 生物除磷原理41.3 生物脫氮除磷工藝51.3.1 活性污泥法脫氮除磷工藝51.3.2 生物膜法脫氮除磷工藝61.3.3 人工濕地脫氮除磷工藝71.4 傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝存在的問題及解決思路71.5 本論文研究內(nèi)容82強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理污水試驗(yàn)裝置的建立與啟動(dòng)92.1 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)92.1.1 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的簡介92.1.2 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的處理原理92.1.3 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的特點(diǎn)102.2試驗(yàn)裝置的建立112.2.1試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造112.2.2 系統(tǒng)填料選擇122.2.3人工濕地植物的選擇142.3試驗(yàn)裝置的啟動(dòng)152.3.1 原水配置152.3.2 反沖洗162.3.3 水質(zhì)分析方法162.3.4 試驗(yàn)方法和運(yùn)行參數(shù)162.3.5 污泥接種與生物膜的培養(yǎng)182.3.6 人工濕地植物的生長203強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理污水試驗(yàn)結(jié)果與分析213.1 強(qiáng)化SBBR運(yùn)行效果與分析213.1.1 COD處理效果213.1.2 TN處理效果233.1.3 PO43-P處理效果263.1.4 PO43-P與濁度的關(guān)系273.2 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理效果與分析303.2.1 COD處理效果303.2.2 濁度處理效果333.2.3 TN處理效果353.2.4 PO43-P處理效果403.3 小結(jié)434 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的評(píng)價(jià)與應(yīng)用前景分析444.1 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的評(píng)價(jià)444.2 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝運(yùn)用前景分析454.2.1強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的適用區(qū)域454.2.2強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的開發(fā)應(yīng)用465. 結(jié)論與建議485.1 結(jié)論485.2 建議48參考文獻(xiàn)50541 緒論1.1 氮、磷污染的來源及其危害1.1.1 氮、磷污染的來源及其影響因素 水環(huán)境中的氮、磷污染問題正在日漸受到人們的關(guān)注。許多調(diào)查表明，氮污染已經(jīng)成為我國城市地下水污染的一大問題，尤其是一些人口密集的老城區(qū)，居民的排泄物和廢棄物就近排放，致使地下水中的氮化合物的含量高達(dá)100mg/L以上。影響水環(huán)境中的氮污染因素既廣泛又復(fù)雜。按氮污染的來源，可分為城鎮(zhèn)生活污水、含氮的工業(yè)廢水和農(nóng)田氮肥。城鎮(zhèn)生活污水和含氮的工業(yè)廢水，對(duì)水環(huán)境中的氮污染影響(尤其是對(duì)地表水中的氮污染)十分明顯。目前，我國的多數(shù)污水處理廠的目的都是為了降低污水中氮的存在形式，使得污水中的氮化合物向易于降解的方向轉(zhuǎn)化。與城鎮(zhèn)居民的生活污水和含氮的工業(yè)廢水相比，農(nóng)田氮肥對(duì)水環(huán)境中氮污染的影響在時(shí)間上呈現(xiàn)滯后性。顯然，農(nóng)田氮肥的徑流損失越大，所造成的地表水體中氮污染的程度越嚴(yán)重。水體中磷的來源以點(diǎn)源為主。點(diǎn)源包括生活污水和工業(yè)廢水；非點(diǎn)源則包括地表徑流、降雨、降雪、地下水以及養(yǎng)殖投餌和動(dòng)物排泄糞便等。我國一些富營養(yǎng)型湖泊污染調(diào)查及研究結(jié)果表明，通過點(diǎn)源排放的磷通常占有很大的比重，排入湖泊水體中的磷63. 98 %來自城市廢水，而來自湖面沉降、湖區(qū)徑流和其他來源的磷總量則不足40%1。水體中磷污染的影響因素主要包括：農(nóng)業(yè)排水、生活污水、工業(yè)源污染。農(nóng)業(yè)上，含磷化肥被過度使用，大量的磷隨地表徑流流失；城鎮(zhèn)生活污水中來自使用合成洗滌劑產(chǎn)生的磷占50%2；工業(yè)廢水中的磷源主要來自少數(shù)生產(chǎn)磷和磷化合物的廠礦、循環(huán)冷卻水處理中采用的磷系藥劑3和金屬表面處理過程中產(chǎn)生的磷酸鹽廢水等。此外，食品加工、發(fā)酵、魚品加工、化肥工業(yè)、洗滌劑、金屬拋光等工廠的廢水也含有大量的磷4。1.1.2 氮、磷污染的危害近幾十年來，由于人類活動(dòng)導(dǎo)致氮、磷大量排入湖泊、河流、河口灣、沿海水域和遠(yuǎn)海中，增加了水體的營養(yǎng)負(fù)荷5。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國主要湖泊處于因氮磷污染而導(dǎo)致富營養(yǎng)化的占統(tǒng)計(jì)湖泊的56%。其中，磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要控制因子，水體富營養(yǎng)化會(huì)造成水中藻類等水生生物大量地生長繁殖，水體中有機(jī)物積蓄，破壞水生生態(tài)平衡，造成水體感官性能變差、自凈能力減弱、水質(zhì)下降、供水成本提高和湖泊沼澤化，影響食物鏈，使人類、動(dòng)物、家畜等中毒死亡等等。水體中氮、磷污染的危害主要表現(xiàn)在6：（1）由氮轉(zhuǎn)化的氨在微生物的作用下，會(huì)形成硝酸鹽和酸性氫離子，造成土壤和水體生態(tài)系統(tǒng)酸化從而使生物多樣性下降。另外，氨對(duì)于魚類有劇毒。（2）水體中氮、磷元素過多導(dǎo)致富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化的后果，首先是破壞水資源，降低水的使用價(jià)值，直接影響人類的健康，同時(shí)提高水處理的成本；其次是導(dǎo)致魚類及水生動(dòng)物的大量死亡，破壞水產(chǎn)資源，引發(fā)“藻華”和“赤潮”等現(xiàn)象。（3）溫室效應(yīng)和酸雨。一氧化二氮這種氮氧化物吸收紅外線輻射的能力特別強(qiáng)，是二氧化碳的20多倍，是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的可怕殺手。氧化亞氮除了產(chǎn)生溫室效應(yīng)外，還可以在大氣中與臭氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，擾亂臭氧層，增加地表的紫外線強(qiáng)度，危害人體健康。一氧化氮、二氧化氮還是酸雨的成分之一。（4）NO2-誘發(fā)各種疾病乃至致癌。人們一旦從受污染的瓜果蔬菜和飲用水中攝取過量的硝酸鹽，高血壓、先天性中樞神經(jīng)系統(tǒng)殘疾和非霍金氏淋巴瘤就有可能發(fā)生。嬰兒由于飲用水中高含量硝態(tài)氮而影響嬰幼兒血液中的氧濃度并導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥或藍(lán)嬰綜合征；燃燒化石燃料所產(chǎn)生的氮氧化物形成地面臭氧，會(huì)引發(fā)哮喘。大量醫(yī)學(xué)研究報(bào)道證明，肝癌、胃癌等癥的發(fā)病率也與人體攝入的硝酸鹽量密切相關(guān)。（5）社會(huì)問題。市政當(dāng)局必須面臨地下水和飲用水中NO3-超標(biāo)，醫(yī)療費(fèi)用增加等社會(huì)問題。在農(nóng)田附近的農(nóng)村，飲用水井NO3-含量超標(biāo)也是一個(gè)難題。1.2 生物脫氮除磷的基本原理1.2.1 生物脫氮原理（1）傳統(tǒng)生物脫氮過程。生物脫氮理論認(rèn)為生物脫氮主要包括硝化和反硝化兩個(gè)生化過程，并由有機(jī)氮氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用來完成7。氨化作用即水中的有機(jī)氮化合物在氨化細(xì)菌分解作用下轉(zhuǎn)化為氨氮。一般氨化過程與微生物去除有機(jī)物同時(shí)進(jìn)行，氨化作用進(jìn)行得很快，有機(jī)物去除結(jié)束時(shí)，氨化過程也已完成，故無需采取特殊的措施。硝化作用即在供氧充足的條件下，水中的氨氮首先在亞硝化細(xì)菌的作用下被氧化成亞硝酸氮，然后再在硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)一步氧化成硝酸氮。由于亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的生長速率低，所以要求較長的污泥齡。反硝化作用是由反硝化細(xì)菌完成的生物化學(xué)過程。在缺氧條件下，反硝化細(xì)菌將硝化產(chǎn)生的亞硝酸氮和硝酸氮還原成氣態(tài)氮(N2)或NO。由于反硝化細(xì)菌是兼性厭氧菌，只有在缺氧或厭氧條件下才能進(jìn)行反硝化，因此需要為其創(chuàng)造一個(gè)缺氧或厭氧的環(huán)境。各種反應(yīng)方程式如下：氨化反應(yīng)： RCHNH2COOH + O2NH3 + CO2+ RCOOH亞硝化反應(yīng)： NH4+1.5O2NO2-+H2O+2H+硝化反應(yīng)： NO2-+0.5O2NO3-反硝化反應(yīng)： NO2-+3H0.5N2+H2O+OH-NO3-+5H0.5N2+2H2O+OH-（2）短程硝化反硝化過程。氨被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的先后兩個(gè)基本過程分別由亞硝化菌和硝化菌完成，這兩類菌的動(dòng)力學(xué)特性有明顯的差異：對(duì)于反硝化菌來說NO2-或NO3-均可以作為電子受體，所以可以通過控制各項(xiàng)因素抑制硝化菌的活性，最終實(shí)現(xiàn)NH4+NO2-N2的脫氮過程，即短程硝化反硝化脫氮過程8。（3）同步硝化反硝化過程。同步硝化反硝化（Simultaneous Nitrification and Denitrification，SND）脫氮過程是一種新的廢水生物脫氮處理工藝，它是指在低氧條件下，一個(gè)反應(yīng)器同時(shí)存在硝化作用和反硝化作用。由于異養(yǎng)硝化菌和好氧反硝化菌的存在，使硝化和反硝化有了同時(shí)發(fā)生的可能。通常硝化細(xì)菌是自養(yǎng)型好氧微生物，依靠NH4+-N的氧化獲得能量，其生長需要O2作為呼吸的最終電子受體；反硝化細(xì)菌大都是異養(yǎng)型兼性厭氧微生物，在缺氧和低溶解氧條件下利用有機(jī)物的氧化作為能量來源，將NO3-和NO2-作為無氧呼吸的電子受體。對(duì)于反硝化菌來說，氧氣的存在對(duì)于反硝化過程有抑制作用，主要表現(xiàn)在電子受體之間爭奪電子的能力差異上，通常O2接受電子的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NO3-和NO2-，但氧的存在對(duì)于大部分反硝化細(xì)菌本身卻并不抑制，而且這些細(xì)菌呼吸鏈的某些成分甚至需要在有氧的情況下才能生成。正是由于好氧反硝化菌、低DO濃度下的硝化菌、異養(yǎng)硝化菌及自養(yǎng)反硝化菌等的存在，使得SND能夠進(jìn)行9。（4）厭氧氨氧化過程。厭氧氨氧化（Anammox）是指在厭氧或缺氧條件下，微生物直接以NO3-或NO2-為電子受體，以NH4+為電子供體，將兩種氮素同時(shí)轉(zhuǎn)化為氮?dú)獾纳锓磻?yīng)過程，這個(gè)過程產(chǎn)生的能量可使厭氧氨氧化菌在厭氧條件下生存10。其反應(yīng)式如下：5NH4+3NO34N2+9H2O+2H+或NH4+NO2N2+2H2O1.2.2 生物除磷原理一般認(rèn)為，生物除磷過程中，聚磷菌(PAO)這一類特殊的微生物在好氧條件下吸收大量的磷酸鹽，磷酸鹽作為能量的貯備；在厭氧狀態(tài)下吸收有機(jī)底物并釋放磷。聚磷菌在好氧條件下能夠過量地，超過其生理需要地從外部環(huán)境中攝取磷，并將磷以聚合的形態(tài)貯存在菌體內(nèi)，形成高磷污泥，將這些含磷量高的污泥排出系統(tǒng)，就可以達(dá)到從污水中除磷的目的。從細(xì)菌生物能學(xué)角度看，細(xì)菌質(zhì)子移動(dòng)力 (the proton motive force 簡稱pmf)在胞內(nèi)外的磷酸鹽轉(zhuǎn)移過程中起了決定性作用11。pmf是由細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)外的化學(xué)滲透濃度梯度引起的，其作用是通過膜結(jié)合酶復(fù)合體合成ATP和運(yùn)輸胞外物質(zhì)到胞內(nèi)。在厭氧過程中，多聚磷酸鹽(polyphosphate,poly P)的分解引起胞內(nèi)磷酸鹽的積累，不能用于合成的磷酸鹽將被載體蛋白識(shí)別，通過主動(dòng)擴(kuò)散將過剩的磷排到胞外，同時(shí)金屬陽離子也被協(xié)同運(yùn)輸?shù)桨?。Poly P水解，產(chǎn)生ATP提供所需的能量，并使胞內(nèi)的乙酸活化為乙酰CoA。部分乙酰CoA轉(zhuǎn)化為 PHB。好氧過程中，聚磷菌消耗大量內(nèi)含物PHB和外源機(jī)質(zhì)，產(chǎn)生pmf。為了維持pmf 的恒定，聚磷菌通過消耗pmf 把胞外的磷以中性或電陽性的形式主動(dòng)運(yùn)輸?shù)桨麅?nèi)合成ATP，同時(shí)合成 poly P。細(xì)菌儲(chǔ)存的PHB降解代謝為生物合成提供碳源，并通過TCA循環(huán)產(chǎn)生ATP，為細(xì)胞活動(dòng)和poly P大量合成提供能量12,13。儲(chǔ)存能量過程中，只要保證乙酰CoA的來源，該過程不需ATP的直接參與。但 NADH 的還原能力很重要，而且PHB 形成過程被看成是一個(gè)類似發(fā)酵過程，該過程允許NADH重新氧化成 NAD+，尤其在缺氧條件下，電子傳遞受阻，在細(xì)菌體內(nèi) NAD+及CoA濃度很高而乙酰CoA濃度很低(如外界有機(jī)碳來源受限而有氧存在)時(shí)，PHB就會(huì)分解。研究表明，在厭氧條件下，磷大量消失，PHB大量增多；好氧條件下，大量吸收磷的同時(shí)PHB迅速減少，而poly P增多。厭氧條件下合成的PHB越多，好氧條件下聚磷合成量越大。由于聚磷菌能以主動(dòng)運(yùn)輸?shù)姆绞綄U水中的磷逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)桨|(zhì)內(nèi)，因此，可過量吸收磷，達(dá)到較好的除磷效果14,15。1.3 生物脫氮除磷工藝根據(jù)污水處理系統(tǒng)類別的不同，可將生物脫氮除磷工藝分為活性污泥法、生物膜法以及人工濕地等三類。1.3.1 活性污泥法脫氮除磷工藝A2/O工藝 (Anaearobic/Anoxic/Oxic)稱為厭氧缺氧好氧法，它是在厭氧好氧除磷工藝的基礎(chǔ)上加入缺氧池，并將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池，同時(shí)達(dá)到反硝化脫氮的目的。A2/O工藝是目前應(yīng)用最廣泛的脫氮除磷工藝，在國內(nèi)外廣泛使用。SBR（Sequencing Batch Reactor）即序批式活性污泥工藝，SBR工藝在時(shí)間上依次實(shí)現(xiàn)厭氧、好氧兩種狀態(tài)?？臻g上完全混合。一般可按運(yùn)行次序分為5個(gè)階段，即進(jìn)水、曝氣、沉降、排水和閑置，組成一個(gè)運(yùn)行周期，間歇操作。SBR工藝簡單、經(jīng)濟(jì)，處理能力強(qiáng)，耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)，占地面積少，運(yùn)行方式靈活，不易發(fā)生污泥膨脹，是處理中小水量，特別是間歇排放廢水的理想工藝16。CASS (Cyclic Activated Sludge System )或CAST (-Technology)或CASP (-Process)工藝是循環(huán)式活性污泥法的縮寫。它是SBR工藝及ICEAS工藝的一種更新變型，有以下主要特征：根據(jù)生物選擇原理在反應(yīng)器進(jìn)水端增設(shè)了一生物選擇區(qū)，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；采用多池串聯(lián)運(yùn)行和可變?nèi)莘e的運(yùn)行；通過對(duì)生物速率的控制，使反應(yīng)器以厭氧缺氧好氧缺氧厭氧的序批方式運(yùn)行，使其具有較好的脫氮除磷效果17,18，它也是國內(nèi)外使用較多的序批式工藝。UNITANK為交替運(yùn)行一體化工藝，該系統(tǒng)的運(yùn)行近似于三溝式氧化溝。通過將傳統(tǒng)SBR的時(shí)間推流與連續(xù)系統(tǒng)的空間推流相結(jié)合保證了系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行, 彌補(bǔ)了單個(gè)反應(yīng)器完全混合的不足。并可以有機(jī)物去除和硝化為目標(biāo)的單純好氧及以脫氮除磷為目標(biāo)的厭氧(缺氧)好氧方式運(yùn)行。目前全世界有近200座 UNITANK工藝污水廠投入運(yùn)行，總?cè)仗幚硪?guī)模達(dá)1000萬人口當(dāng)量，國內(nèi)有包括蘇州、澳門等十幾家污水廠采用UNITANK工藝19。氧化溝工藝是20世紀(jì)50年代初期發(fā)展起來的一種污水處理工藝形式，構(gòu)造簡單，易于維護(hù)。主要有passveer單溝型、orbal同心圓型、carrousel循環(huán)折流型、D型雙溝型和T型雙溝型等。氧化溝池型具有獨(dú)特之處，兼有完全混合和推流的特性，且不需要混合回流系統(tǒng)，但氧化溝采用機(jī)械表面曝氣，水深不易過大，充氧動(dòng)力效率低，能耗較高，占地面積較大。1.3.2 生物膜法脫氮除磷工藝曝氣生物濾池BAF（Biological Aerated Filter）是集生物降解、生物過濾于一體的新型的，結(jié)合污水生物膜處理和給水濾池過濾技術(shù)而形成的一種污水處理工藝。污水在一級(jí)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)入曝氣生物濾池，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜為處理單元，充分發(fā)揮生物代謝作用、物理過濾作用，以達(dá)到對(duì)污水降解凈化處理的目的。由于濾料表面為好氧環(huán)境，內(nèi)部為厭氧、缺氧微環(huán)境，反應(yīng)器內(nèi)存在不同的好氧、厭氧微生物，因而具有去除SS、COD、BOD以及硝化、脫氮除磷、去除有害物質(zhì)的功能。曝氣生物濾池最大的特點(diǎn)就是集生物處理和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡化。SBBR（Sequencing Biofilm Batch Reactor）工藝是在SBR基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種改良工藝，在SBR反應(yīng)器內(nèi)裝填不同的填料（如纖維填料、活性碳、陶粒等），遵循SBR的操作方式，兼具SBR工藝與生物膜法的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)運(yùn)行周期中，包括進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水、閑置各個(gè)階段的運(yùn)行時(shí)間，反應(yīng)器內(nèi)混合液體積的變化以及運(yùn)行狀態(tài)等均可以根據(jù)具體污水性質(zhì)、出水水質(zhì)與運(yùn)行功能要求等靈活掌握20。與傳統(tǒng)的活性污泥法SBR和生物膜技術(shù)相比，SBBR主要具備以下五個(gè)方面的特征：(1)SBBR系統(tǒng)給微生物創(chuàng)造了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的生存環(huán)境，其間歇式運(yùn)行模式較連續(xù)流方式使生物膜上的微生物分布更為均勻，更適合于生長速率較慢的微生物的附著生長，微生物生長在生物膜系統(tǒng)中可以大大減輕有毒有害物質(zhì)、pH和溫度極限值引起的抑制中毒作用；同時(shí)，間歇式的運(yùn)行方式使生物膜內(nèi)外層微生物幾乎全都達(dá)到了最大的生長速率和最佳的活性狀態(tài)，這使得微生物對(duì)進(jìn)水底物具有較強(qiáng)的快速吸附及吸收作用，從而提高了系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)水量變化的應(yīng)變能力，增強(qiáng)了工藝整體的抗沖擊負(fù)荷能力及穩(wěn)定性21。(2)間歇式運(yùn)行使工藝可以通過改變進(jìn)水方式、反應(yīng)歷時(shí)等手段來靈活地適應(yīng)污水水質(zhì)、水量的變化。(3)由于SBBR中的活性污泥大部分以生物膜的形式存在，使反應(yīng)器充水比可不受沉淀污泥容積的限制，即 SBBR對(duì)反應(yīng)器充水比幾乎可達(dá)到100%，而在SBR工藝中最大也只能達(dá)到70%左右22。(4)SBBR系統(tǒng)不但可通過間歇操作為微生物創(chuàng)造好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，有效地進(jìn)行硝化和反硝化的脫氮以及吸磷、放磷過程。在好氧曝氣階段，由于生物膜內(nèi)缺氧微環(huán)境的存在還可實(shí)現(xiàn)同步硝化和反硝化(SND)，大大節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用23。(5)微孔膜 SBBR屬于無氣泡氧化生物反應(yīng)器，可避免有毒物質(zhì)與微生物的直接接觸，并可避免曝氣吹脫造成污染物的揮發(fā)，從而使處理特種污染物的微生物得以繁衍和固定化，因而該反應(yīng)器具有處理特殊的、難降解有機(jī)污染物的效能，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)行，防止臭味逸散24,25。1.3.3 人工濕地脫氮除磷工藝人工濕地脫氮除磷技術(shù)，是一種廉價(jià)有效的廢水處理技術(shù)。它是在一般人工濕地系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過人為控制措施，優(yōu)化系統(tǒng)達(dá)到以除磷為主要目標(biāo)的廢水處理技術(shù)，它的原理主要是通過濕地中的基質(zhì)、水生植物和微生物的共同作用來完成除磷26。人工濕地污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類型按污水的流動(dòng)方式可分為三種：人工表面流(SFW)、潛流(SFS)和垂直流(VCW)27，自由表面流濕地主要目標(biāo)在于除磷，而潛流系統(tǒng)用于除BOD和SS28，垂直流系統(tǒng)由 Seidel 首次設(shè)計(jì)的，與水平系統(tǒng)對(duì)污水中營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果相比，具有更大的優(yōu)越性29。1.4 傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝存在的問題及解決思路傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝主要包括：能實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷的連續(xù)流工藝，如2/O及其改良工藝等；通過對(duì)曝氣方式的控制實(shí)現(xiàn)厭氧與好氧環(huán)境在時(shí)間上交替出現(xiàn)的間歇曝氣工藝，如氧化溝工藝、SBR工藝、SBBR工藝及其改良工藝等。對(duì)于連續(xù)流工藝中的2/O工藝，很難避免污泥回流所攜帶的硝酸鹽對(duì)厭氧釋磷的不利影響、混合液回流過程中所攜帶的溶解氧對(duì)反硝化作用的不利影響，以及聚磷菌與反硝化菌在碳源上的競爭和異氧菌與自養(yǎng)菌在泥齡上的矛盾；而間歇曝氣工藝中，由于各種不同營養(yǎng)類型的微生物共存于同一個(gè)反應(yīng)器中，所以也存在同樣的問題。傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝存在的問題，是由脫氮、除磷兩過程本身性質(zhì)所決定，因此依靠單一的一種工藝來較好地完成脫氮除磷任務(wù)有一定得難度。所以本研究試想聯(lián)合采用多種工藝，博取各方所長，從而最終達(dá)到脫氮除磷的目的?？偨Y(jié)生物脫氮除磷的各種工藝發(fā)現(xiàn)，SBBR在脫氮方面具有較好的利用價(jià)值，而人工濕地則在除磷方面有一定得優(yōu)勢(shì)，如果能進(jìn)一步強(qiáng)化SBBR的脫氮能力并結(jié)合人工濕地的除磷作用，形成一套脫氮除磷的聯(lián)合工藝，將能有效地?cái)[脫污水處理在脫氮除磷方面所遇到的困境。由此，本論文考慮設(shè)計(jì)一種基于SBBR脫氮與人工濕地除磷工藝的新型脫氮除磷工藝強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝。1.5 本論文研究內(nèi)容本論文在總結(jié)分析現(xiàn)有脫氮除磷工藝的基礎(chǔ)上，提出強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝，并完成以下內(nèi)容：(1)建立一套該工藝的試驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)該工藝試驗(yàn)裝置的正常啟動(dòng)；(2)在該工藝試驗(yàn)裝置穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，測(cè)試其污水處理效果并做分析；(3)在掌握該工藝試驗(yàn)裝置性能的基礎(chǔ)上，對(duì)強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷的聯(lián)合工藝進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，并提出其實(shí)際運(yùn)用前景。 2強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理污水試驗(yàn)裝置的建立與啟動(dòng)2.1 試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)2.1.1 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的簡介強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝是由兩格交替運(yùn)行序批式生物膜反應(yīng)器同人工濕地組成的污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在兩格交替運(yùn)行序批式生物膜反應(yīng)器強(qiáng)化脫氮的基礎(chǔ)上，利用人工濕地的除磷能力，進(jìn)一步降低出水磷含量。其工藝流程為：污水先經(jīng)過兩格交替運(yùn)行序批式生物膜反應(yīng)器，強(qiáng)化氮的去除；然后SBBR的出水再經(jīng)過人工濕地，借助人工濕地的除磷能力進(jìn)一步降低水中磷的含量，實(shí)現(xiàn)出水的安全排放。兩格交替運(yùn)行SBBR人工濕地 進(jìn)水 出水 圖2-1強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷工藝流程2.1.2 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的處理原理強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的系統(tǒng)包括兩格交替運(yùn)行序批式生物膜反應(yīng)器以及人工濕地反應(yīng)器。該工藝的處理原理也包括兩部分，分別為：（1）強(qiáng)化SBBR脫氮機(jī)理。改進(jìn)型SBBR兩邊交替進(jìn)水與交替曝氣的運(yùn)行方式，既保證了部分碳源可用來作為電子供體，又產(chǎn)生缺氧區(qū)域，這樣可以發(fā)生同步硝化反硝化以實(shí)現(xiàn)在好氧階段脫氮。（2）人工濕地的處理機(jī)理。水體、基質(zhì)、水生植物和微生物是構(gòu)成人工濕地污水處理系統(tǒng)的四個(gè)基本要素，其污染物質(zhì)去除原理主要是利用濕地中的基質(zhì)、水生植物和微生物之間的相互作用，通過一系列物理的、化學(xué)的以及生物的途徑凈化污水26。其中物理作用主要是過濾、沉積作用，污水進(jìn)入濕地，經(jīng)過基質(zhì)層及植物莖葉和根系，可以過濾，截留污水中的懸浮物，并沉積在基質(zhì)中?；瘜W(xué)反應(yīng)主要指化學(xué)沉淀、吸附、離子交換、氧化還原反應(yīng)等，這些化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生主要取決于所選擇的基質(zhì)類型。生化反應(yīng)主要指微生物在好氧、厭氧及兼氧狀態(tài)下通過開環(huán)、斷鏈分解成簡單分子、小分子等作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的降解和去除30。構(gòu)成人工濕地的四個(gè)要素都具有單獨(dú)的凈化污水的能力31，尤其是人工濕地基質(zhì)中的微生物類群在人工濕地凈化過程中起到極其重要的作用32。2.1.3 強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的特點(diǎn)強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝結(jié)合了強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷的特點(diǎn)，概括起來分別為：（1）強(qiáng)化SBBR脫氮利用兩格交替運(yùn)行序批試生物膜反應(yīng)器，在好氧階段發(fā)生同步硝化和反硝化。兩格交替運(yùn)行既保證了部分碳源可用來作為電子受體，又產(chǎn)生缺氧地區(qū)，這樣可以在發(fā)生硝化反應(yīng)的同時(shí)來完成反硝化從而實(shí)現(xiàn)在好氧階段脫氮。（2）兩格交替運(yùn)行序批試生物膜反應(yīng)器實(shí)行雙向交替循環(huán)，保證兩邊的生物膜量均勻，并有利于提高生物的活性，其空間結(jié)構(gòu)填料和循環(huán)流動(dòng)水流能使水得到較好的過濾功能，因此出水可以省去經(jīng)過二沉池的步驟。（3）人工濕地運(yùn)行費(fèi)僅為生化二級(jí)處理廠的1/10，運(yùn)行費(fèi)極少且除磷效果理想。至于維護(hù)技術(shù)，由于人工濕地基本不需要機(jī)電設(shè)備，相當(dāng)簡單，一般人員稍作培訓(xùn)即可上崗，只需個(gè)別專業(yè)人員定期檢查26。（4）人工濕地對(duì)設(shè)置位置基本上無特殊要求，可利用荒廢的低洼地或海邊鹽堿地等。（5）人工濕地基本不產(chǎn)生二次污染，還能增加綠地面積，改善和美化生態(tài)環(huán)境。因此在高耗能地區(qū)，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的城鄉(xiāng)地區(qū)，也可應(yīng)用這一技術(shù)。（6）強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝可以有效解決生物處理工藝同步脫氮除磷時(shí)對(duì)于污泥齡（SRT）需求不同的矛盾，充分發(fā)揮改進(jìn)型SBBR脫氮的優(yōu)勢(shì)，減少反沖洗排泥的次數(shù)，節(jié)約能量；而人工濕地可以進(jìn)一步完成除磷的目標(biāo)，最終使整套工藝實(shí)現(xiàn)有效的同步脫氮除磷。2.2試驗(yàn)裝置的建立2.2.1試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)造強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理污水試驗(yàn)系統(tǒng)由改進(jìn)型SBBR反應(yīng)器和人工濕地兩部分構(gòu)成。兩格交替運(yùn)行SBBR試驗(yàn)裝置采用有機(jī)玻璃材料，有效容積約為35L，尺寸為25cm40cm80cm，每次處理水17L。反應(yīng)器中設(shè)置縱向隔板將反應(yīng)器分為左右兩個(gè)部分，各部分裝有陶粒填料，供生物掛膜。上部設(shè)兩個(gè)進(jìn)水口交替進(jìn)水，底部出水，并設(shè)有兩組曝氣頭交替曝氣。反應(yīng)器兩邊的不同高度上各設(shè)置三個(gè)取樣口，用于試驗(yàn)進(jìn)行過程中的取樣分析。圖2-2 兩格交替運(yùn)行SBBR試驗(yàn)裝置圖2-3 人工濕地試驗(yàn)裝置人工濕地試驗(yàn)裝置主體結(jié)構(gòu)采用灰色塑料，有效容積約為175L，設(shè)計(jì)尺寸為50cm50cm100cm。針對(duì)不同的植物建立兩個(gè)相同的人工濕地反應(yīng)器，處理水容積分別為17L、7L。反應(yīng)器由底層向上分別裝填粒徑為510mm的石灰石顆粒、粘性土壤和石灰石顆粒的混合物、粘性土壤，三層填料的高度分別為10cm、15cm以及10cm。反應(yīng)器設(shè)兩個(gè)進(jìn)水口，分別距底層1cm、45cm；出水端設(shè)三個(gè)出水口，分別距底層1cm、15cm以及45cm，本試驗(yàn)統(tǒng)一在最低出水口取樣。進(jìn)水采用電磁閥控制，進(jìn)水先經(jīng)預(yù)設(shè)的石灰石墊層，然后慢慢擴(kuò)散至整個(gè)反應(yīng)器；出水采用手動(dòng)閥門控制，出水口增設(shè)反濾層。根據(jù)SBBR的出水情況，人工濕地也采用序批試運(yùn)行。2.2.2 系統(tǒng)填料選擇本試驗(yàn)中SBBR采用海寧某陶粒公司的陶粒填料，原料為河底淤泥，呈紅褐色，見圖2-4。陶粒主要物理性質(zhì)見表2-1。 圖2-4 陶粒 表2-1 陶粒的物理性質(zhì)粒徑（mm）堆積密度（g/mL）顆粒密度（g/mL）比表面積（cm2/g）孔隙率（）6-80.61.36.450在人工濕地系統(tǒng)中，填料是人工濕地的基質(zhì)與載體，它支撐著人工濕地動(dòng)植物與微生物的生命過程，填料對(duì)污染物的成功截留為后續(xù)植物吸收創(chuàng)造良好條件，是出水水質(zhì)良好的重要保證。人工濕地填料對(duì)污染物的去除過程包括物理過濾、離子交換、專性與非專性吸附、螯合作用和沉降反應(yīng)等。填料的選擇都應(yīng)滿足以下要求33：（1）質(zhì)輕、松散、容量小，有足夠的機(jī)械強(qiáng)度；（2）比表面積大，空隙率高，屬多孔惰性載體；（3）不含有害于人體健康和妨害工業(yè)生產(chǎn)的有害物質(zhì)，化學(xué)穩(wěn)定性良好；（4）水頭損失小，形狀系數(shù)好，吸附能力強(qiáng)；（5）水力負(fù)荷高，工作周期長，產(chǎn)水量大，出水水質(zhì)好。根據(jù)以上原則以及實(shí)際情況，試驗(yàn)人工濕地填料采用棕色土壤和石灰石顆粒，石灰石顆粒的粒徑為5-10mm，如圖2-5，2-6所示。 圖2-5 土壤與石灰石顆粒 圖2-6 石灰石顆粒 2.2.3人工濕地植物的選擇人工濕地中，植物對(duì)污染物的去除有極其重要的作用，同時(shí)，它也是濕地處理系統(tǒng)最明顯的生物特征，是人工濕地的主要組成部分34。選擇適宜的植物將其應(yīng)用于人工濕地系統(tǒng)是構(gòu)建人工濕地的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其選種原則包括：（1）植物具有良好的生態(tài)適應(yīng)能力和生態(tài)營建能力；（2）植物具有很強(qiáng)的生命力和旺盛的長勢(shì)，如抗凍、抗熱、抗病蟲害能力等；（3）選種植物必須具有較強(qiáng)的耐污染能力；（4）植物的年生長期長，最好是冬天半枯萎或常綠植物；（5）植物將不對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境構(gòu)成隱患或威脅，具有生態(tài)安全性；（6）具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、文化價(jià)值、景觀效益和綜合利用價(jià)值。根據(jù)彭江燕等人的研究35，人工濕地選種菖蒲具有很好的除磷效果，并且菖蒲這類植物根系入土較深，適宜配種于潛流人工濕地，所以嘗試選用菖蒲作為其中一個(gè)人工濕地反應(yīng)器的植物，見圖2-7。強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝的一大優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約土地，綠化環(huán)境。運(yùn)用該工藝就可以把SBBR埋于地下，而人工濕地位于地表，作為景觀綠化的一部分。根據(jù)人工濕地植物選種的原則以及矮生百慕大草的生物特性，考慮探索在人工濕地種植矮生百慕大草的條件下，該工藝的除磷能力。矮生百慕大草見圖2-8。圖2-7 菖蒲 圖2-8 矮生百慕大草2.3試驗(yàn)裝置的啟動(dòng)2.3.1 原水配置試驗(yàn)用水采用人工配置的生活污水，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)控制如下：COD為 320-650mg/L，NH4+-N為22.4-36.8mg/L，PO43-P為3.2-6.4mg/L。具體配置見表2-2，2-3。表2-2 生活污水主要元素配置組分用量mg/L組分用量mg/LCH3COONa780FeSO4.7H2O8NH4Cl130MgSO4.7H2O8KH2PO4.3H2O23CaCl2.2H2O8表2-3生活污水微量元素配置組分用量mg/L組分用量mg/LH3BO30.1Na2Mo7O24.2H2O0.07CoCl2.6H2O0.1ZnSO4.7H2O0.1CuSO4.5H2O0.03KI0.03FeCl3.6H2O1NiCl20.06MnCl2.2H2O0.112.3.2 反沖洗SBBR的反沖洗由人工控制，使用SBBR的出水進(jìn)行氣水反沖洗。具體操作步驟為：將反沖洗水管接入反沖接口，從反應(yīng)器底部進(jìn)水，同時(shí)開啟兩邊曝氣頭。反沖洗水由人工從反應(yīng)器上部舀出。每次反沖洗換水容積為17L。2.3.3 水質(zhì)分析方法水樣COD采用HACH公司的消解比色法；氨氮采用納氏試劑光度法；亞硝酸鹽氮采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法；硝酸鹽氮采用麝香草酚法；溶解性正磷酸鹽采用鉬抗還原光度法。取樣時(shí)，應(yīng)先將水樣經(jīng)過濾紙過濾，濾去水樣中的懸浮物，避免對(duì)測(cè)試造成影響。2.3.4 試驗(yàn)方法和運(yùn)行參數(shù)強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝試驗(yàn)裝置的啟動(dòng)包括三個(gè)階段：（1）SBBR反應(yīng)器的重新啟動(dòng)、掛膜并穩(wěn)定運(yùn)行；（2）強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝試驗(yàn)裝置的試運(yùn)行；（3）強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝試驗(yàn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。其中，SBBR采用操作步序?yàn)椋哼M(jìn)水曝氣反應(yīng)出水閑置。根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)采用兩邊交替進(jìn)水和交替曝氣，如第一周期左端進(jìn)水口（進(jìn)水1）進(jìn)水，則右端曝氣頭曝氣（曝氣頭2）；第二周期右端進(jìn)水口（進(jìn)水2）進(jìn)水，左端曝氣頭曝氣（曝氣頭1），依次循環(huán)，反應(yīng)器通過微電腦時(shí)間控制器控制。SBBR反應(yīng)器重新啟動(dòng)，培養(yǎng)期運(yùn)行工況分別為：2009年3月16日至3月30日，每天運(yùn)行4個(gè)周期，每個(gè)周期曝氣4小時(shí)（工況）；3月31日至4月2日，每天運(yùn)行4個(gè)周期，每個(gè)周期曝氣3小時(shí)（工況）；4月3日至4月4日，每天運(yùn)行6個(gè)周期，每個(gè)周期曝氣2小時(shí)（工況）；4月5日至5月1日，每天運(yùn)行4個(gè)周期，每個(gè)周期曝氣3小時(shí)（工況）；5月2日至5月13日，每天運(yùn)行4個(gè)周期，每個(gè)周期曝氣4小時(shí)（工況）。以最后一個(gè)工況為例，每周期設(shè)置為進(jìn)水30分，同時(shí)有液位控制，曝氣240分，靜置10分鐘，出水24分鐘，閑置46分鐘。試驗(yàn)中進(jìn)出水為半換容方式。設(shè)置6個(gè)微電腦時(shí)間控制器（分別為A-F）對(duì)進(jìn)出水和曝氣（曝氣量為0.4m3/h）進(jìn)行控制，具體控制方式和時(shí)間段如下：表2-4 兩格交替運(yùn)行SBBR運(yùn)行時(shí)間控制表編號(hào)所控制設(shè)備開關(guān)開關(guān)A進(jìn)水泵1：001：307：007：3013：0013：3019：0019：30B進(jìn)水閥17：007：3019：0019：30C進(jìn)水閥21：001：3013：0013：30D曝氣頭2，氣泵27：4011：4019：4023：40E曝氣頭1，氣泵11：405：4013：4017：40F出水閥5：506：1411：5012：1417：5018：1423：500：14強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝試驗(yàn)裝置整套運(yùn)行時(shí)，SBBR出水進(jìn)入水量調(diào)節(jié)箱，每天從水箱中進(jìn)水至人工濕地，并且保持水箱每天清洗一次。根據(jù)栽種植物的生活特性，菖蒲人工濕地進(jìn)水為17L/d，草皮人工濕地的進(jìn)水為7L/d。人工濕地進(jìn)水采用電磁閥控制，水力停留時(shí)間為22小時(shí)，另有1小時(shí)作為出水時(shí)間，1小時(shí)作為閑置時(shí)間，具體控制方式和時(shí)間段如下：表2-5 人工濕地運(yùn)行時(shí)間控制表編號(hào)所控制過程開關(guān)A進(jìn)水水泵14：0014：30B草皮進(jìn)水14：0014：10C菖蒲進(jìn)水14：1014：30圖2-9 人工濕地 圖2-10 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)兩格交替運(yùn)行SBBR圖2-11 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝試驗(yàn)裝置2.3.5 污泥接種與生物膜的培養(yǎng)SBBR接種污泥取自實(shí)驗(yàn)室SBR活性污泥，呈黃褐色，MLSS在3000mg/L左右。從顯微鏡中可以看出，有大量鐘蟲，活性很好。在09.3.1909.3.21連續(xù)三天，每天倒入250mL活性污泥進(jìn)行接種。接種污泥如圖2-12所示。圖2-12 接種污泥本試驗(yàn)中強(qiáng)化SBBR重新啟動(dòng)（重新啟動(dòng)是指已經(jīng)長膜的陶粒填料刮去表層生物膜后的再次啟動(dòng)培養(yǎng)），因此陶粒表面還存在一定量的微生物，掛膜速度較快，經(jīng)一個(gè)半月多的運(yùn)行生物膜就已比較成熟。培養(yǎng)期中3月26日以及5月13日陶粒的掛膜情況見圖2-13，2-14。同時(shí)，由于強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝試驗(yàn)裝置的反沖洗周期較長，這使得生物膜結(jié)構(gòu)比較松散，泥齡較長，在培養(yǎng)段后期可觀察到大量的線蟲與輪蟲，見圖2-15， 2-16。圖2-13 初期陶粒 圖2-14 培養(yǎng)期結(jié)束時(shí)陶粒圖2-15 線蟲 圖2-16 輪蟲 2.3.6 人工濕地植物的生長根據(jù)除磷要求以及實(shí)際運(yùn)用的特點(diǎn)，兩個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的人工濕地反應(yīng)器選種的植物分別為矮生百慕大草和菖蒲。為了觀察矮生百慕大的生長情況，從栽種之日開始每隔4天取一株草，記錄其長度和生長情況，20天后大約可以從5cm長到15cm，如圖2-17。15 cm14 cm13 cm9 cm6 cm5 cm5月5日5月9日5月13日5月17日5月21日5月25日?qǐng)D2-17 矮生百慕大草的生長情況對(duì)于菖蒲，為了促進(jìn)其生長需要定期的修剪，很難從生長高度對(duì)其生長情況進(jìn)行描述，并且單株個(gè)體較大，不宜采挖，不過可以從植株的繁茂情況上來反映。分別取5月10日，5月22日菖蒲反應(yīng)器某局部圖像，如圖2-18，圖2-19。圖2-18 5月10日菖蒲生長情況 圖2-19 5月22日菖蒲生長情況3強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理污水試驗(yàn)結(jié)果與分析3.1 強(qiáng)化SBBR運(yùn)行效果與分析在強(qiáng)化SBBR脫氮與人工濕地除磷聯(lián)合工藝處理污水的三個(gè)運(yùn)行階段中，前期SBBR的啟動(dòng)以及處理效果，包括COD的降解，TN的去除以及PO43-P吸收等，對(duì)整套試驗(yàn)裝置能否穩(wěn)定運(yùn)行，后續(xù)的人工濕地能否正常工作都具有重要意義；同時(shí)也可以反映生物膜在兩格交替運(yùn)行序批式生物膜反應(yīng)器內(nèi)的生長特點(diǎn)以及脫氮、除磷兩個(gè)過程在SRT等方面的矛盾。按照實(shí)際操作情況，將SBBR的培養(yǎng)期分成五種工況，見表3-1，分別討論分析培養(yǎng)期SBBR的處理效果。 表3-1 SBBR培養(yǎng)期工況工況每天周期數(shù)每周期曝氣時(shí)間h 運(yùn)行時(shí)間段 反沖洗時(shí)間 4 4 3.16-3.30 3.304 3 3.31-4.2 62 4.3-4.4 4 3 4.5-5.1 4.13 和4.2344 5.2-5.13 5.23.1.1 COD處理效果圖3-1 左邊曝氣進(jìn)出水COD的變化圖3-2右邊曝氣進(jìn)出水COD的變化圖3-1，3-2表明各工況條件下COD的變化情況。由于重新啟動(dòng)時(shí)陶粒上還有一定量的微生物，培養(yǎng)階段初期COD的去除率維持在較高水平，隨著生物膜的生長，生物膜表面活性逐漸提高，截留和吸附能力逐漸增強(qiáng)，許多低分子溶解性有機(jī)物可被微生物細(xì)胞通過主動(dòng)運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸、單純擴(kuò)散機(jī)制直接吸收，溶解性大分子有機(jī)物、懸浮物和膠體物質(zhì)雖然難以直接穿過細(xì)胞壁而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，但可以先吸附在細(xì)胞表面，然后經(jīng)胞外酶的水解作用轉(zhuǎn)化為可傳遞到胞內(nèi)的溶解性有機(jī)物，因而SBBR的COD去除率能夠繼續(xù)保持在較好的水平。在整個(gè)培養(yǎng)階段，原水COD在320-650mg/L 范圍內(nèi)變化時(shí)，出水COD保持在20-50mg/L，去除率維持在95%左右。進(jìn)水COD受時(shí)間、溫度影響較大，氣溫較高時(shí)，進(jìn)水水箱中的生活污水需及時(shí)更換，否則進(jìn)水COD會(huì)大幅下降，并出現(xiàn)厭氧現(xiàn)象，影響試驗(yàn)。3.1.2 TN處理效果圖3-3 左邊曝氣進(jìn)出水總氮變化五圖3-4 右邊曝氣進(jìn)出水總氮變化圖3-3，3-4表明各工況條件下TN的變化。在工況條件下，由于重新啟動(dòng)時(shí)陶粒上仍留有部分微生物，使得SBBR在生物膜尚未完全形成時(shí)就有一定的脫氮效果。隨著培養(yǎng)的進(jìn)行，生物膜逐漸成熟，同步硝化反硝化使得脫氮能力趨于良好。在培養(yǎng)期結(jié)束時(shí)，進(jìn)水TN在26mg/L-34 mg/L之間變化時(shí)，出水TN總能維持在4.5 mg/L，且反應(yīng)器的脫氮能力左右平衡，都保持在86%左右。從圖中也可以發(fā)現(xiàn)，3月30日，4月13日反沖洗后出水TN逐漸上升，脫氮效果變差，這是由于反沖洗使得生物膜量減少，影響生物膜的正常生長，導(dǎo)致同步硝化反硝化能力下降所致。缺氧區(qū)域和碳源是發(fā)生同步硝化反硝化的兩個(gè)必要條件。該系統(tǒng)原水進(jìn)入SBBR池后，在碳源得到儲(chǔ)存的同時(shí)，大量的有機(jī)碳被生物膜吸附轉(zhuǎn)化為胞內(nèi)聚合物（PHB）。好氧階段采用單邊曝氣，在有氧情況下完成碳的氧化和硝化。水在氣流的推動(dòng)下產(chǎn)生水流循環(huán)，使SBBR的曝氣邊主要發(fā)生硝化反應(yīng)，非曝氣邊形成微氧區(qū)發(fā)生反硝化反應(yīng)，從而使整個(gè)填料池發(fā)生同步硝化和反硝化脫氮。進(jìn)水NH4+-H出水NO2-N出水NH4+-H出水NO3-N圖3-5 左邊曝氣進(jìn)出水各種氮變化進(jìn)水NH4+-H出水NO2-N出水NH4+-H進(jìn)水NO3-N圖 3-6 右邊曝氣進(jìn)出水各種氮變化圖3-5，3-6表明左右分別曝氣時(shí)氨氮（NH4+-H），亞硝酸鹽氮（NO2-N）以及硝酸鹽氮（NO3-N）在各工況條件下的變化。從圖中可以看出，在工況條件下，由于生物膜比較薄，氧很容易穿透，在部分殘留的微生物的作用下，硝化能力良好，但反硝化作用較差，所以出水NH4+-H含量較低而NO3-N含量較高。在工況、條件下，由于曝氣時(shí)間的調(diào)整，硝化作用不完全，出水NH4+-H含量增多。工況、加快了生物膜的新老更替，為生物膜的