两级SBR工艺优化除磷脱氮研究
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摘要
当今世界各国都十分注重环境保护问题，我国——一个发展中国家也不例外。
由于国民经济迅速发展，人口增长，尤其是中小企业大量增加，致使污水排放量迅速增加，给环境带来严重问题，必须大力治理污水排放问题。这就必须研究新方法、新工艺处理污废水，以逐步净化水环境，还原人类本就美好的生存空间。
最早污水生物处理技术主要用来去除水中的有机物和悬浮物。到20世纪70年代和80年代，由于水体富营养化问题的日益严重，污水中的氮和磷必须去除达标后才能排放。总的来说，当今城市污水处理厂的主要处理对象应包括有机物（COD、BOD5）、悬浮物（SS）和氮、磷等营养物质。以下简述氮和磷的去除原理、除磷脱氮的矛盾关系及对策和本实验研究结果。
一、污水生物脱氮处理
污水生物脱氮是根据自然界微生物对氮的转化原理而进行的人工措施，目的是将水中有机氮或氨氮转变为氮气。
废水生物脱氮的基本原理是通过硝化菌和反硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化菌作用将硝态氮转化为氮气，从而达到从废水中脱氮的目的。
从氨氮NH3到N2有几种方法：全程硝化反硝化；短程硝化反硝化；同时硝化反硝化；厌氧氨氧化法。
生物脱氮工艺有：传统工艺；A/O工艺；SBR工艺；A2/O工艺；同步硝化和反硝化工艺；Bardenpho工艺；改进的AB工艺；生物膜法脱氮工艺；TETRA深床脱氮工艺；凯罗琴2000型氧化沟工艺，等。这些工艺各有特点，应根据污水水质特点灵活应用。
本实验采用SBR工艺，利用传统生物脱氮原理脱氮。
二、污水生物除磷处理
迄今为止，废水生物除磷机理仍然为生物除磷的主流机理，它是利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷，又在需氧条件下蓄积磷的作用，然后通过排除活性污泥将水中的磷加以去除。
污水生物除磷的工艺主要有：A／O工艺；A2／O工艺；SBR工艺；Phostrip工艺；Bardenpho工艺；UCT工艺；Phoredox工艺；AP工艺；V1P工艺；AB工艺；氧化塘工艺；人工湿地工艺；生物滤池、生物转盘等工艺。
需要指出的是，在废水的生物处理过程中，多种情况下要求既去除废水中的氮，又要去除废水中的磷，所以往往把氮、磷的去除结合在一个工艺中加以考虑，此工艺在国外统称为BNR工艺，我国也正在加强这方面的研究。
本实验采用SBR工艺，利用生物除磷原理除磷。
三、单级除磷脱氮中存在的不足及两级SBR工艺优化除磷脱氮研究的提出
氮、磷的脱除不外乎有硝化、反硝化、释磷和吸磷等反应过程。在这些生化反应过程中，由于目的不同，对微生物的组成、基质类型及环境条件的要求也各不一样。这使得单级活性污泥除磷脱氮系统（如A2/O和SBR等系统）不可避免地存在着许多固有的不足。大量研究表明，单级活性污泥除磷脱氮系统中氮和磷的去除为一对矛盾的关系，系统处理后出水除磷效果好时脱氮效果不好，而脱氮效果好时除磷效果却不好。这些不足的主要因以下的矛盾所致：碳源问题；泥龄的矛盾；厌氧区的硝酸盐问题；有机物浓度与硝化作用的矛盾；能耗问题。
为了解决单级SBR工艺在同步除磷脱氮过程中存在的矛盾关系，构想采用两级SBR工艺，通过泥龄的控制，将聚磷菌与硝化菌分别控制在两级反应器中优势生长，达到优化除磷与脱氮的效果。
四、两级SBR同时除磷脱氮实验研究
两级均是生物悬浮生长系统，除磷级采用高负荷低泥龄运行，并注意控制系统在好氧段不发生硝化作用；通过合理地控制脱氮级反应器在曝气阶段的溶解氧（DO）水平，争取高效脱氮。
实验研究了如下内容：
除磷级磷、COD、总氮、pH、ORP和DO等的变化规律；
除磷级的不同曝气量下的除磷效果；
脱氮级氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮、COD、碱度以及pH、ORP和DO等的变化规律；
脱氮级的不同曝气量下的脱氮效果和硝化速率的比较研究。
该系统除磷级活性污泥浓度为3200mg/L；活性污泥含磷量为3.17%；有机负荷率为1.95kgCOD/m3.d；污泥负荷率为0.49kgCOD/kgMLSS.d；污泥产率为0.394kgVSS/kgCOD；泥龄(SRT)4.17d-1。
该系统脱氮级活性污泥浓度为4000mg/L；有机负荷率为0.36kgCOD/m3.d；污泥负荷率为0.09kgCOD/kgMLSS.d；24℃时硝化速率达0.132gNH4+-N/gMLSS.d；硝化菌产率为0.031kgVSS/kgNH4+-N；泥龄(SRT)40d-1。
经过八个月的实验研究，结果表明：两级SBR工艺除磷脱氮是稳定的和高效的。除磷率达94～99.2%；脱氮率达98.5～99.9%；COD去除
率为90.9～96.2%。处理出水：COD均小于25mg/ L；总磷小于0.2mg/L；总氮小于0.4mg/L；出水已检测不出氨氮和硝态氮。各项指标均优于单级除磷脱氮工艺, 均达到《污水综合排放标准》中的一级标准。同时发现可以用ORP、pH和DO作为对除磷系统和脱氮系统模糊控制信号。
Nowadays，environmental protection has become the focus of all the countries of the world，our country-a developing country is included，too.
With the rapid development of our economy and the increasing of population，especially，the increasing number of many middle-small companies，as a result，a great deal of wastewater is released，which leads the serious environmental problem，so we must control and dispose this problem of discharge of the wastewater well. We must study new approaches and new processes to dispose wastewater to purify the water environment gradually，and give a prefect and the orginal well space which we live by.
The earliest biological treatment technology of wastewater is mainly used to the organism and suspended solid removal. Nitrogen and phosphorus is not needed to remove to the standard when is discharged，until 70 and 80 decade 20th century，because of the more and more serious problem of water eutrophication，nitrogen and phosporus in wastewater must be disposed to reach standard before draining. In a word，nowadays，the primary treatment object of wastewater treatment factory of cities include mainly to dispose organic(COD，BOD5) 、suspended solid(SS) and nitrogen、phosphorus，etc. The following is the outline of the principle and processes of nitrogen and phosphorus removal、the conflict and solution of nitrogen and phosphorus removal and result of experimental research.
First，wastewater biological nitrogen removal treatment
Wastewater biolgical nitrogen removal accords to nature microorganism transfer nitrogen theory，it is a man-made measure，which purpose is to transfer organic-nitrogen or ammonia-nitrogen to nitrogen.
The principle of biological nitrogen removal makes ammonia-nitrogen became nitrate-nitrogen and nitrite-nitrogen by nitrifying and denitrifying bacteria，in the aerobic condition then make nitrate-nitrogen and nitrite-niteogen transfer nitrogen by denitrifying bacteria and lastly reach the purpose of nitrogen removal from wastewater.
There are some methods from NH3 to N2：conventional nitrfication-dentrification、short-cut nitrfication-dentrification、simultaneous nitrfication-dentrification(SND) and anaerobic ammonia oxidation(ANAMMOX)，etc.
There are many biological nitrogen removal processes：such as
conventional process；A/O(anearobic/oxic) process；SBR(sequencing batch reator) process；A2/O(anaerobic/anoxic/oxic)process；Simultaneous nitrfication-dentrification process；Bardenpho process；improved AB (absorpition-biodegradation) process；Biofilm nitrogen removal process；TETRA deep-bed nitrogen removal process；Carrosel 2000 type aerobic ditch process，etc. These processes have their own characters，we should use smartly by according the feature and quality of wastwater.
This experiment use SBR process, using principle of biological nitrogen removal to remove nitrogen.
Second，wastewater biological phosphorus removal treatment
So far，the principle of wastewater biological phosphorus removal treatment is also the main principle，it is mainly to make use of accumulation phosphorus bacteria releasing phosphorus to westewater in anaerobic condition，and in aerobic condition accumulate phosphate from wastewater，and then phosphorus removal from wastewater by discharging activated-sludge.
There are many biological phosphorus removal process：A/O process；A2/O process； SBR process；phostrip process；Bardenpho process；UCT process；phoredox proscess；AP process；VIP process；AB process ；aerobic ditch process；construeted wetland process；trickling filter；rotating biologic contactor，etc.
It is needed to point out，in the course of wastewater biological treatment，in the most case ，me must not only remove nitrogen from wastewater，but also remove phosphorus，so，we often consider that we should make nitrogen and phosphorus removal in the same process，which is usually called BNR(biological nutrient removal) process in other countries，our country should strengthen study futher in the field.
This experiment use SBR process, using principle of biol
由于国民经济迅速发展，人口增长，尤其是中小企业大量增加，致使污水排放量迅速增加，给环境带来严重问题，必须大力治理污水排放问题。这就必须研究新方法、新工艺处理污废水，以逐步净化水环境，还原人类本就美好的生存空间。
最早污水生物处理技术主要用来去除水中的有机物和悬浮物。到20世纪70年代和80年代，由于水体富营养化问题的日益严重，污水中的氮和磷必须去除达标后才能排放。总的来说，当今城市污水处理厂的主要处理对象应包括有机物（COD、BOD5）、悬浮物（SS）和氮、磷等营养物质。以下简述氮和磷的去除原理、除磷脱氮的矛盾关系及对策和本实验研究结果。
一、污水生物脱氮处理
污水生物脱氮是根据自然界微生物对氮的转化原理而进行的人工措施，目的是将水中有机氮或氨氮转变为氮气。
废水生物脱氮的基本原理是通过硝化菌和反硝化菌的作用，将氨氮转化为亚硝态氮、硝态氮，再通过反硝化菌作用将硝态氮转化为氮气，从而达到从废水中脱氮的目的。
从氨氮NH3到N2有几种方法：全程硝化反硝化；短程硝化反硝化；同时硝化反硝化；厌氧氨氧化法。
生物脱氮工艺有：传统工艺；A/O工艺；SBR工艺；A2/O工艺；同步硝化和反硝化工艺；Bardenpho工艺；改进的AB工艺；生物膜法脱氮工艺；TETRA深床脱氮工艺；凯罗琴2000型氧化沟工艺，等。这些工艺各有特点，应根据污水水质特点灵活应用。
本实验采用SBR工艺，利用传统生物脱氮原理脱氮。
二、污水生物除磷处理
迄今为止，废水生物除磷机理仍然为生物除磷的主流机理，它是利用聚磷菌在厌氧条件下释放磷，又在需氧条件下蓄积磷的作用，然后通过排除活性污泥将水中的磷加以去除。
污水生物除磷的工艺主要有：A／O工艺；A2／O工艺；SBR工艺；Phostrip工艺；Bardenpho工艺；UCT工艺；Phoredox工艺；AP工艺；V1P工艺；AB工艺；氧化塘工艺；人工湿地工艺；生物滤池、生物转盘等工艺。
需要指出的是，在废水的生物处理过程中，多种情况下要求既去除废水中的氮，又要去除废水中的磷，所以往往把氮、磷的去除结合在一个工艺中加以考虑，此工艺在国外统称为BNR工艺，我国也正在加强这方面的研究。
本实验采用SBR工艺，利用生物除磷原理除磷。
三、单级除磷脱氮中存在的不足及两级SBR工艺优化除磷脱氮研究的提出
氮、磷的脱除不外乎有硝化、反硝化、释磷和吸磷等反应过程。在这些生化反应过程中，由于目的不同，对微生物的组成、基质类型及环境条件的要求也各不一样。这使得单级活性污泥除磷脱氮系统（如A2/O和SBR等系统）不可避免地存在着许多固有的不足。大量研究表明，单级活性污泥除磷脱氮系统中氮和磷的去除为一对矛盾的关系，系统处理后出水除磷效果好时脱氮效果不好，而脱氮效果好时除磷效果却不好。这些不足的主要因以下的矛盾所致：碳源问题；泥龄的矛盾；厌氧区的硝酸盐问题；有机物浓度与硝化作用的矛盾；能耗问题。
为了解决单级SBR工艺在同步除磷脱氮过程中存在的矛盾关系，构想采用两级SBR工艺，通过泥龄的控制，将聚磷菌与硝化菌分别控制在两级反应器中优势生长，达到优化除磷与脱氮的效果。
四、两级SBR同时除磷脱氮实验研究
两级均是生物悬浮生长系统，除磷级采用高负荷低泥龄运行，并注意控制系统在好氧段不发生硝化作用；通过合理地控制脱氮级反应器在曝气阶段的溶解氧（DO）水平，争取高效脱氮。
实验研究了如下内容：
除磷级磷、COD、总氮、pH、ORP和DO等的变化规律；
除磷级的不同曝气量下的除磷效果；
脱氮级氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总氮、COD、碱度以及pH、ORP和DO等的变化规律；
脱氮级的不同曝气量下的脱氮效果和硝化速率的比较研究。
该系统除磷级活性污泥浓度为3200mg/L；活性污泥含磷量为3.17%；有机负荷率为1.95kgCOD/m3.d；污泥负荷率为0.49kgCOD/kgMLSS.d；污泥产率为0.394kgVSS/kgCOD；泥龄(SRT)4.17d-1。
该系统脱氮级活性污泥浓度为4000mg/L；有机负荷率为0.36kgCOD/m3.d；污泥负荷率为0.09kgCOD/kgMLSS.d；24℃时硝化速率达0.132gNH4+-N/gMLSS.d；硝化菌产率为0.031kgVSS/kgNH4+-N；泥龄(SRT)40d-1。
经过八个月的实验研究，结果表明：两级SBR工艺除磷脱氮是稳定的和高效的。除磷率达94～99.2%；脱氮率达98.5～99.9%；COD去除
率为90.9～96.2%。处理出水：COD均小于25mg/ L；总磷小于0.2mg/L；总氮小于0.4mg/L；出水已检测不出氨氮和硝态氮。各项指标均优于单级除磷脱氮工艺, 均达到《污水综合排放标准》中的一级标准。同时发现可以用ORP、pH和DO作为对除磷系统和脱氮系统模糊控制信号。
Nowadays，environmental protection has become the focus of all the countries of the world，our country-a developing country is included，too.
With the rapid development of our economy and the increasing of population，especially，the increasing number of many middle-small companies，as a result，a great deal of wastewater is released，which leads the serious environmental problem，so we must control and dispose this problem of discharge of the wastewater well. We must study new approaches and new processes to dispose wastewater to purify the water environment gradually，and give a prefect and the orginal well space which we live by.
The earliest biological treatment technology of wastewater is mainly used to the organism and suspended solid removal. Nitrogen and phosphorus is not needed to remove to the standard when is discharged，until 70 and 80 decade 20th century，because of the more and more serious problem of water eutrophication，nitrogen and phosporus in wastewater must be disposed to reach standard before draining. In a word，nowadays，the primary treatment object of wastewater treatment factory of cities include mainly to dispose organic(COD，BOD5) 、suspended solid(SS) and nitrogen、phosphorus，etc. The following is the outline of the principle and processes of nitrogen and phosphorus removal、the conflict and solution of nitrogen and phosphorus removal and result of experimental research.
First，wastewater biological nitrogen removal treatment
Wastewater biolgical nitrogen removal accords to nature microorganism transfer nitrogen theory，it is a man-made measure，which purpose is to transfer organic-nitrogen or ammonia-nitrogen to nitrogen.
The principle of biological nitrogen removal makes ammonia-nitrogen became nitrate-nitrogen and nitrite-nitrogen by nitrifying and denitrifying bacteria，in the aerobic condition then make nitrate-nitrogen and nitrite-niteogen transfer nitrogen by denitrifying bacteria and lastly reach the purpose of nitrogen removal from wastewater.
There are some methods from NH3 to N2：conventional nitrfication-dentrification、short-cut nitrfication-dentrification、simultaneous nitrfication-dentrification(SND) and anaerobic ammonia oxidation(ANAMMOX)，etc.
There are many biological nitrogen removal processes：such as
conventional process；A/O(anearobic/oxic) process；SBR(sequencing batch reator) process；A2/O(anaerobic/anoxic/oxic)process；Simultaneous nitrfication-dentrification process；Bardenpho process；improved AB (absorpition-biodegradation) process；Biofilm nitrogen removal process；TETRA deep-bed nitrogen removal process；Carrosel 2000 type aerobic ditch process，etc. These processes have their own characters，we should use smartly by according the feature and quality of wastwater.
This experiment use SBR process, using principle of biological nitrogen removal to remove nitrogen.
Second，wastewater biological phosphorus removal treatment
So far，the principle of wastewater biological phosphorus removal treatment is also the main principle，it is mainly to make use of accumulation phosphorus bacteria releasing phosphorus to westewater in anaerobic condition，and in aerobic condition accumulate phosphate from wastewater，and then phosphorus removal from wastewater by discharging activated-sludge.
There are many biological phosphorus removal process：A/O process；A2/O process； SBR process；phostrip process；Bardenpho process；UCT process；phoredox proscess；AP process；VIP process；AB process ；aerobic ditch process；construeted wetland process；trickling filter；rotating biologic contactor，etc.
It is needed to point out，in the course of wastewater biological treatment，in the most case ，me must not only remove nitrogen from wastewater，but also remove phosphorus，so，we often consider that we should make nitrogen and phosphorus removal in the same process，which is usually called BNR(biological nutrient removal) process in other countries，our country should strengthen study futher in the field.
This experiment use SBR process, using principle of biol
引文
[1] 顾夏声，黄铭荣，王占生编著．水处理工程[M]．北京：清华大学出版社，1985．
[2] 张自杰主编．排水工程（下册）（第四版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000．
[3] 张统主编．间歇式活性污泥法污水处理技术及工程实例[M] ．北京：化学工业出版社, 2002．
[4] 郑兴灿, 李亚新编著．污水除磷脱氮技术[M]．北京：中国建筑工业出版社, 1998．
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