非稳态溶解氧环境下废水生物处理技术分析

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时间：2016-06-15 18:51:13

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非稳态溶解氧环境下废水生物处理技术分析　　非稳态DO环境：　　非稳态DO环境是指处理过程中反应器内的DO浓度呈现为不稳定状态，此环境可以营造良好的好氧硝化/缺氧反硝化交替过程，在显

　　非稳态DO环境：

　　非稳态DO环境是指处理过程中反应器内的DO浓度呈现为不稳定状态，此环境可以营造良好的好氧硝化/缺氧反硝化交替过程，在显著节能的同时还可提高系统去除有机物及脱氮的效果。

　　活性污泥法是废水处理过程中广泛使用的方法。在传统的好氧处理中，连续稳定的曝气可使反应器内保持稳定的溶解氧（DO）环境，满足硝化对氧的需求，但不能实现缺氧反硝化，因此，虽能达到一定的氨氮去除效果，但总氮去除效果较差。非稳态DO环境是指处理过程中反应器内的DO浓度呈现为不稳定状态，此环境可以营造良好的好氧硝化/缺氧反硝化交替过程，在显著节能的同时还可提高系统去除有机物及脱氮的效果。

　　SBR、氧化沟、混合脉冲等工艺在运行中都具有非稳定DO环境的特征。SBR使整个工作周期呈间歇曝气方式运行，可在同一反应器内实现交替好氧、缺氧环境。传统氧化沟工艺的曝气池是循环式沟渠，污水和活性污泥混合液在其中流动，利用转刷曝气提供溶解氧并使混合液处于完全混合状态；由于曝气装置只安装在氧化沟的一处或几处，反应器内DO浓度频繁变化。脉冲曝气是在好氧活性污泥法的基础上将连续曝气改为脉冲曝气，从而实现高、低DO浓度交替的环境，提高脱氮除磷的效率。

　　笔者在分析反应器内非稳态DO浓度变化规律的基础上，综述了非稳态DO环境下废水生物处理效果及研究现状，并对其研究发展趋势进行了展望，以期为废水处理提供一条节能降耗并达到高标准处理效果的途径。

　　1、非稳态DO变化规律

　　在SBR工艺中，系统进水、沉淀期间为缺氧阶段，DO较低，当开始曝气反应时，DO上升，但由于污水负荷较高，DO上升幅度不大；随着污水中有机物的降解，微生物的需氧量减少，于是DO上升幅度增大；随后在沉淀及出水的不曝气阶段，DO开始下降，降低到最初缺氧阶段的DO浓度，并持续到下一曝气阶段。正常情况下，曝气阶段DO高于1.5mg/L，当曝气停止时，DO下降到1.5 mg/L以下。

　　在传统氧化沟中，由于采用表曝机供氧、推流，易于形成DO梯度。近曝气点区域DO浓度高，离曝气点越远，DO浓度越低，因此在同一沟渠形成了交替好氧和缺氧的区域，多沟条件下更明显。其中，近曝气点区域的DO可以达到2.25mg/L，远离曝气点区域DO降至0.5 mg/L以下，甚至为0。

　　在脉冲曝气方式下，1个工作周期内，曝气瞬间DO急剧升高，之后稳定在某一范围，此时系统为好氧状态；停曝瞬间DO会急剧下降，之后维持在某一较低值，系统处于缺氧或厌氧状态。曝气/停曝频繁交替强化了系统好氧—缺氧—厌氧环境的交替变化。在停曝末，DO较低或为0，当开始曝气后，DO将以最大速率提高，能够达到较高的溶氧水平。S.Lochmatter等发现，在脉冲曝气方式下，曝气时，DO迅速上升，可达到饱和溶解氧的50%，并在曝气阶段维持相对稳定；停曝时，DO迅速下降到0，并持续到下一周期曝气开始。

　　2、非稳态DO环境下废水生物处理效果

　　2.1 非稳态DO环境下废水有机物的去除及脱氮效果分析

　　在废水处理中，连续稳定的曝气易导致硝化菌长期积累，抑制反硝化作用的发生。而非稳态DO环境下的周期性好氧、缺氧、厌氧环境，可使活性污泥絮体内部形成适宜的DO梯度分布。在DO浓度较高的时段或区域，硝化细菌将氨态氮氧化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，而在DO浓度较低的时段或区域，反应池内处于缺氧状态，微生物利用有机物为氢供体使硝态氮反硝化，还原成N2或NxOy后排入大气，从而达到脱氮目的。同时在缺氧阶段NO3--N以及NO2--N能够代替分子O2作电子受体，继续氧化污水中的有机污染物，进而能够降低好氧阶段的有机负荷。在SBR处理屠宰废水工艺中，当曝气50 min，停曝50 min时，废水中COD、TN的去除率可分别达到97%和94%。通过改变CASS工艺的运行方式，采用好氧脉冲曝气，当曝气、停曝时间分别为5、5 min时，有机物及氮的去除率都能达到80%以上。此外，通过控制氧化沟DO浓度及分布，可以实现氧化沟外沟道内的同时硝化反硝化生物脱氮，TN去除率最高可达86％。G. Yilmaz等通过好氧活性污泥实验研究指出：停曝阶段DO迅速降低，导致污泥颗粒絮凝成的紧密污泥床结构形成了一个完全缺氧的环境，因此发生了停曝阶段的反硝化脱氮，进一步提高了系统的脱氮效率。采用非稳态的曝气方式，当DO从3.5~5.0 mg/L降低到0.5~1.2 mg/L时，系统的脱氮率可以达到94.9%，且无需外加碳源。这是由于反硝化程度取决于缺氧阶段有机碳的供给程度，非稳态DO环境有利于节省碳源消耗，使更多的碳源用于反硝化脱氮，从而提高了系统整体脱氮效率。