SBR工艺中pH及DO变化规律对工艺反应时间控制的影响

， ，晓欣，，

(哈尔滨商业大学食品工程学院，哈尔滨 150076)

0 引 言

SBR工艺，即序批式活性污泥法，指在同一反应池内，按照时间顺序依次进行进水、曝气、沉淀、排水及待机的工序的活性污泥处理污水的方法。SBR工艺的运行效果稳定，需要时间短，效率高，出水水质好，若适当控制运行方式，会有良好的脱氮除磷效果[1]。

污泥微膨胀SBR工艺[2]就是通过适当控制曝气时间，使进水处于低溶解氧状态下，污泥发生微膨胀，然而不影响活性污泥污染物的去除效果，达到降低能耗，节约成本及同步去除碳、氮和磷的目的。

为了进一步对低溶解氧污泥微膨胀SBR工艺实现节能控制，缩短反应时间，这个实验对运行过程进行了pH及DO值的监测，寻找这两者随时间变化的关键特征点，以达到优化曝气时间的目的。

1 实验材料与方法

1.1 实验流程

实验向蒸馏水中添加适量化学试剂配制原水水样以模拟生活污水，再通过适当缩减曝气时间使装置在污泥微膨胀SBR工艺下运行，与此同时，将pH电极与溶解氧电极伸入水面以下用以检测pH与DO随时间的变化规律。在装置进行过程中，分别于0.5，1.5，2.5 h以及3.5 h取水样进行检测水中碳、氮及磷的去除程度。

1.2 实验水质

实验向蒸馏水中分别加入适量乙酸钠，氯化铵以及磷酸二氢钾以模拟生活污水作为实验原水，使原水中氨氮含量、COD及正磷酸盐含量维持于表1所示范围以内。

表1实验用水水质范围

1.3 实验装置

实验采用两个2 L烧杯同时进行两组平行实验，烧杯内放置螺旋搅拌桨以及用于监测的pH电极与溶解氧电极，同时配备充气泵以进行曝气作用。烧杯中所用污泥均由哈尔滨市内文昌污水处理厂提供，使MLSS维持在2 000～3 000 mg/L以内。实验主要所用仪器见表2。

表2主要实验设备

1.4 实验方法

通过添加适量化学试剂配置原水；保持30%～40%的换水率将新配制的原水倒入烧杯中；启动螺旋搅拌桨，使搅拌桨以0.10 m/s的速度进行搅拌0.5 h；连接电源，启动充气泵，开始曝气3 h。在运行SBR工艺同时，将已进行极化的pH电极与溶解氧电极伸入水面以下，每隔10 min进行一次人工读数。与此同时，每隔1 h取30 ml水样进行检测其中碳、氮及磷的去除程度。本实验进行测定的设备及方法见表3。

表3分析项目及方法

2 实验结果与分析

2.1 pH变化规律

实验过程中每隔十分钟pH值的变化情况如图1所示。

图1 控制过程中pH值的变化情况

由图1可知，在前30分钟未进行曝气的阶段pH值维持在7.47左右；在曝气阶段，从开始曝气至曝气40 min左右时，可见pH值是不断上升的，升至8.25左右后，可见pH值开始下降，持续下降至7.65左右，此时已曝气110 min，紧接着pH值开始回升，此回升过程持续至曝气结束，pH值回升至8.00左右。

实验中COD的去除程度如图2所示。

图2 污泥微膨胀SBR工艺COD的去除效果

在未进行曝气的前30 min内，pH值维持不变，由图2看出此时大部分可降解有机物有机物已被降解；开始曝气后，pH值有明显上升，这是因为异养微生物降解有机物时会产生大量的二氧化碳，又由于曝气使得二氧化碳不断地被吹脱，从而使pH值持续上升，由图2可看出此时有机物含量仍有小幅度下降；pH值升至峰值后，便不断下降，其原因为当大部分可降解有机物被异养微生物降解完成后，硝化反应成为主要反应过程，硝化反应会产生大量H+，致使pH值下降,当pH值低至最低时，意味着硝化反应的结束；紧接着pH值发生回升，这是因为反硝化反应过程中不断产生碱度，同时由于曝气使得二氧化碳不断被吹脱[3-4]。

2.2 DO变化规律

实验过程中溶解氧值变化情况如图3所示。

图3 控制过程中DO值的变化情况

由上图可见，在前30 min未进行曝气的阶段，溶解氧水平并没有发生较大变化，始终维持在较低水平；开始曝气后，溶解氧水平亦始终保持在较低水平，并没有较大跃升，然而，在曝气时间60 min时，始终低于0.1 mg/L的DO值突然跃升至0.3 mg/L左右，这一现象并不持续，仅在此点产生突跃，随后DO值便再次降至0.1 mg/L左右，直至曝气进行至140 min时，可见DO值再次发生跃升，此时跃升至0.6 mg/L左右，随后可见DO值再次下降。

在装置运行至90 min时，DO点发生第一次突跃，这一点与pH变化规律图进行对照可发现，此点可反映大部分有机物已被降解完全以及硝化反应的开始，这是因为异养菌不再耗氧，致使耗氧速率低于供氧速率，DO值发生突跃；在装置运行至170 min时，DO发生第二次突跃，对照图1可见反硝化反应已进行30 min，此点可表示反硝化反应的结束，这是因为当反硝化中自养菌的耗氧速率已远远低于供氧速率[5-6]，故DO值出现第二次跃升。

3 结束语

通过对pH变化规律以及DO变化规律的分析，可取DO第二次突跃点作为此装置结束运行的时间点，此时反硝化反应已经完成，且通过图2可见，此时大部分有机物已被降解完成，故可将工艺运行时间缩短至170min，以达到缩短反应时间，实现节能控制的目的。