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SBR 每天运行2 个周期,每周期由以下部分组成:瞬时进水、曝气、搅拌、静沉、排水、闲置待机。本研究的所有实验均控制SBR 的搅拌时间为1 h、静沉时间为1 h;在确定SBR 运行周期的研究中,曝气时间分别控制在5、5. 5、6 和6. 5 h,典型周期脱氮规律的研究中,曝气时间控制在6 h。
1. 4 分析方法
COD:滴定法;硝氮:紫外线分光光度法;氨氮:纳氏试剂分光光度法;亚硝氮:N-( 1-萘基) -乙二胺光度法;MLSS:重量法;DO:HQ40d 型便携数字显示测氧仪;pH 和ORP 值:S20 数显pH 计。
2 结果与讨论
2. 1 SBR 运行周期对脱氮效果的影响
前期应用响应曲面法优化得到SBR 最佳运行条件为:初始氨氮浓度121. 51 mg /L、m( C) ∶ m( N)14. 95、投加量5. 4%[17],因此本研究采用的启动条件是初始氨氮浓度120 mg /L 左右、C /N 为15,在此条件下对活性污泥进行驯化,将进水盐度从0% 阶段提升至3%,当系统出水水质稳定后,分别将其装至2 个SBR 中,其中一个投加5. 4%( 将复合菌剂投加到MLSS 浓度为2 500 mg /L 左右的活性污泥系统的体积比) 的OD600为1. 6 左右的耐盐脱氮复合菌剂,称为SBR1,另一个不投加称为SBR2。系统稳定运行后两系统MLSS 浓度分别为2 512. 25 mg /L 和2 507. 88 mg /L。
SBR 运行周期中最重要的是曝气阶段,因为曝气为活性污泥中微生物提供DO,并使其与污水中的有机物充分接触从而实现对有机物的转化与降解[18]。曝气时间过长,DO 过高不利于同步硝化反硝化进行,降低脱氮效果;曝气时间过短导致溶解氧不足,氨氮不易降解,影响脱氮效果。
为了确定最佳的曝气时间,分别考察了曝气5、5. 5、6 和6. 5 h 对系统脱氮效果的影响。如图2 所示,投加复合菌剂的SBR1 的脱氮效果明显高于未投加复合菌剂的SBR2。曝气时间由5 h 提升到5. 5h 时,SBR1 的脱氮率没有明显变化,始终保持在90%左右,SBR2 的脱氮率有较明显的提升,但两系统的出水总氮均高于20 mg /L。随后曝气时间提升为6 h,两系统的脱氮效果均有所提升,出水总氮浓度分别降解至9. 50 mg /L 左右和18. 00 mg /L 左右,脱氮率分别达到92% 左右和85% 左右。当曝气时间为6. 5 h 时,两系统的脱氮效果显著提高,SBR1和SBR2 的脱氮率分别为95. 50% ~ 96. 87% 和90. 50% ~ 91. 20%,出水总氮浓度分别维持在3. 80~ 5. 50 mg /L 左右和10. 00 ~ 11. 00 mg /L 左右,出水总氮符合一级A 排放标准。经5 个周期后曝气时间降回6 h,两系统的脱氮率仍维持稳定,分别达到96. 8%左右和91% 左右,出水总氮浓度分别为3. 80 mg /L 左右和10. 00 mg /L 左右。当曝气时间继续下降至5. 5 h 时,两系统的脱氮效果明显降低,出水总氮均高于15 mg /L。在相同曝气6 h 条件下,25 ~ 35 周期的脱氮效果明显高于15 ~ 20 周期,这是因为随着反应器的运行,耐盐脱氮优势菌群大量增殖,脱氮效果显著提升。
研究表明,曝气6 h 和6. 5 h 时的脱氮效果基本相同,出水总氮均低于15 mg /L( 污水厂一级排放标准) ,考虑到节省能耗,因此确定最佳曝气时间为6 h。
2. 2 典型周期中SBR1 和SBR2 的比较
通过对比分析SBR1 与SBR2 的典型周期中氮素和DO 的变化规律,研究复合菌剂强化高盐含氮废水的脱氮特性及其生物强化效果。反应器启动方法与2. 1 相同,系统稳定运行2 个周期后,测得SBR1 和SBR2 中MLSS 浓度分别为2 502. 15 mg /L和2 497. 78 mg /L。
由图3 可知,SBR1 和SBR2 在氨氮降解过程中趋势相似,氨氮浓度随反应的进行而不断降低,两系统的出水氨氮浓度分别为4. 62 mg /L 和10. 27 mg /L,氨氮去除率分别达到96. 22% 和91. 58%,SBR1出水氨氮低于5 mg /L。反应过程中SBR1 的氨氮去除率始终高于SBR2,分析认为,SBR1 中存在的异养硝化-好氧反硝化菌的能量代谢途径为化能有机营养( 生长必须通过有机物氧化获得能量) ,对DO 有更高的亲和力,可以在降解有机物的同时氧化更多的氨氮[16],因此SBR1 的氨氮去除效果高于SBR2。
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