论文摘要
城市污水处理基础设施的高投入,城市污水厂的高运行费用,管网渗漏造成的二次污染,以及水资源缺乏地区对污水回用的需求,迫切需要运行稳定,低能耗污水处理工艺。本研究将SBR工艺与人工湿地工艺进行组合,用于处理生活污水,以得到该组合工艺处理生活污水的最佳工况条件与最优的经济运行参数,要求充分发挥人工湿地的处理效能,以降低SBR系统的能耗。在该组合工艺中,人工湿地是自然处理工艺,人工湿地中间设置自然复氧槽可提高湿地内部的溶解氧,为无能耗工艺。SBR系统是活性污泥工艺,须通过供氧来培养活性污泥和保持一定的活性污泥浓度。SBR系统的曝气强度和曝气时间是影响该组合工艺的能耗参数常温下（气温≥15℃）,活性污泥中微生物生长迅速,SBR中污泥浓度高,对有机污染物的去除效果好。为降低能耗,不断降低SBR的曝气时间,选用运行方式1、2、3,4作为运行工况,曝气时间从5h降低到2h。同时采用限制曝气,将SBR系统控制在低溶解氧状态。出水要求达到《景观用水标准》（GB/T18921-2002）。低温下（气温<15℃）, SBR中活性污泥受到气温变化的影响,活性污泥中微生物活性降低,污泥浓度下降,加之秋冬季节,进水污染物浓度较春夏季高,试验不对溶解氧浓度进行控制,通过延长曝气时间,增加曝气强度来提高SBR反应器的处理效果,选用运行方式5、6、7,8作为运行工况,曝气时间从6h延长到8h。出水标准采用《城市杂用水标准》,对总氮总磷不作要求。试验从2006年4月启动,到2007年3月结束,历时一年。根据曝气时间的不同,试验运行了8种运行方式,每种方式运行20-25d。求出了不同气温条件下的最优运行方式。常温下,运行方式3为最佳运行工况。此工况条件为,SBR限制曝气3h,沉淀1h,进出水2h,每日运行3周期;人工湿地的HRT为24h,每日处理水量1.5m3,水力负荷为16.1cm/d。在进水COD、氨氮、总氮,总磷均值依次在272mg/L、47.74mg/L,65.01mg/L,5.94mg/L的情况下,出水满足《景观用水标准》（GB/T18921-2002）,且组合工艺在满足出水要求的前提下,SBR反应器能耗最低,人工湿地的处理效能发挥最大。在此工况条件下,组合工艺的COD、氨氮、总氮,总磷的总去除率为95.6%、82.1%、78.1%,82.7%;其中,SBR对COD、氨氮、总氮,总磷的去除率为79.8%、52.7%、43.0%,30.0%;人工湿地对COD、氨氮、总氮,总磷的去除率为70.9%、84.3%、61.6%,88.7%。组合工艺中SBR对COD、氨氮、总氮,总磷的贡献率分别为90.1%、54.8%、43.0%,30.1%。人工湿地对COD、氨氮、总氮,总磷的贡献率分别为5.5%、27.2%、35.1%,70.1%。SBR去除COD和氨氮效果明显,人工湿地总磷效果明显。人工湿地对总氮,总磷的去除达到了最大效果,总氮的最大处理效能大致在2.2g/ m2·d,总磷最大处理效能大致在0.39g/ m2·d。在低温下,SBR运行方式8为达标运行工况。此工况条件为,SBR曝气8h,沉淀1h,进出水2h,每日运行2周期;人工湿地的HRT为36h,每日处理水量1m3,水力负荷为10.6cm/d。在进水COD、氨氮均值在374mg/L,86.14mg/L的情况下,出水COD和氨氮值满足《城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）。在此工况条件下,组合工艺的COD,氨氮的总去除率为96.3%,89.4%;其中,SBR对COD,氨氮的去除率为92.5%,68.3%;人工湿地对COD,氨氮的去除率为96.3%、89.4%。组合工艺中SBR对COD,氨氮的贡献率分别为92.5%、68.3%。人工湿地对COD,氨氮的贡献率分别为3.7%,21.1%。SBR对COD和氨氮的去除起主要作用。常温下,将SBR反应器中的溶解氧浓度控制在0.5-1.0mg/L,曝气强度控制在1.0m3/h～2.0m3/h较为合适。将SBR反应器控制在低溶解氧状态下,COD和氨氮降解并没有受到明显影响,且出现同时硝化反硝化现象,明显放磷、吸磷现象。SBR与人工湿地组合工艺兼有两种水处理技术的优点。SBR抗冲击负荷强,自控程度高,操作简单;人工湿地运行成本低,维护简单;人工湿地具有生态效应,可美化环境,具有绿化功效,可与小区的景观相结合。同时,可以弥补两种技术各自的不足。可以缩短SBR系统的曝气时间,降低其能耗;人工湿地可以弥补SBR中氮磷去除功效;SBR系统可以弥补人工湿地系统冬季处理效果不佳的问题,有效防止人工湿地堵塞,减小人工湿地的占地面积。