不同類型EBPR系統(tǒng)污泥的吸磷特性及其反硝化能力研究.pdf

1、磷資源的單向遷移過(guò)程（由地表向水體）會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化并導(dǎo)致水體嚴(yán)重污染。隨著污水排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，除磷已成為污水處理領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。作為一種經(jīng)濟(jì)有效的污水生物除磷技術(shù)，強(qiáng)化生物除磷（Enhanced biological phosphorus removal，EBPR）就是利用聚磷微生物能夠在厭氧條件下釋放磷和好氧（缺氧）條件下過(guò)量吸磷的特性，最終將磷以剩余污泥的形式排除而得以去除。NO2-作為脫氮中間產(chǎn)物，在城市污水處理廠普遍采

2、用的生物營(yíng)養(yǎng)物去除（Biological nutrient removal，BNR）系統(tǒng)內(nèi)不可避免，最新對(duì)聚磷菌后基因組的研究結(jié)果表明，無(wú)論能否以NO3-為電子受體缺氧吸磷的聚磷菌屬均未檢測(cè)出編碼NO3-還原酶的基因，而一種菌屬則帶有可編碼NO2-還原酶的基因；另一方面，NO2-及其質(zhì)子化產(chǎn)物游離亞硝酸（Free nitrous acid，F(xiàn)NA）對(duì)聚磷微生物的合成與代謝有抑制作用，因而NO2-能否與NO3-、O2一樣作為電子受體被聚磷

3、菌高效利用一直以來(lái)備受爭(zhēng)議。本研究采用序批式反應(yīng)器（Sequencing batch reactor，SBR）反應(yīng)器分別以O(shè)2、NO3-、NO2-為電子受體在厭氧/好氧（An/O）和厭氧/缺氧/好氧（An/Ax/O）條件下啟動(dòng)并長(zhǎng)期運(yùn)行除磷工藝，考察各EBPR系統(tǒng)利用不同電子受體的吸磷性能及其反硝化能力，并探究各系統(tǒng)污泥經(jīng)長(zhǎng)期馴化后吸磷方式的轉(zhuǎn)化。
　　采用交替An/O SBR反應(yīng)器啟動(dòng)EBPR系統(tǒng)并達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)后，將活性污泥

4、平均放入分別以O(shè)2、NO3-、NO2-為電子受體的R1（An/O）、R2（An/Ax/O）和R3（An/Ax/O）反應(yīng)器中進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，R1的除磷率保持在94.87％以上，除磷性能最佳，R2的平均除磷率為83.65%，除磷效果次之；R3在穩(wěn)定階段的平均除磷率僅為65.88%且該系統(tǒng)極易失效。對(duì)比三個(gè)系統(tǒng)的比釋磷速率發(fā)現(xiàn)，R1（7.67±0.62mg/(gVSS·h)）>R3（5.13±0.58mg/(gVSS·h)）>R2（4

5、.51±0.48mg/(gVSS·h)）。R1比好氧吸磷速率為8.29±0.62mg/(gVSS·h)，R2的比缺氧吸磷速率（2.40±0.20mg/(gVSS·h)）>R3的比缺氧吸磷速率（2.21±0.32mg/(gVSS·h)）。對(duì)比各EBPR系統(tǒng)污泥的反硝化能力發(fā)現(xiàn)，R1能夠以NO3-為電子受體進(jìn)行吸磷，但吸磷效果不理想；而投加NO2-后，系統(tǒng)發(fā)生二次釋磷現(xiàn)象；對(duì)R2投加NO2-和NO3-的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩種電子受體系統(tǒng)均有吸磷現(xiàn)象

6、，NO3-系統(tǒng)吸磷性能和電子受體利用性能優(yōu)于NO2-系統(tǒng)；對(duì)R3投加NO2-和NO3-的試驗(yàn)表明，NO2-系統(tǒng)的吸磷性能和電子受體利用性能在馴化穩(wěn)定期優(yōu)于NO3-系統(tǒng)，但兩周后系統(tǒng)喪失除磷性能。基于上述研究，改變各反應(yīng)器的運(yùn)行條件，以期確定不同電子受體系統(tǒng)的最佳工況。
　　在低溫條件下（13~16℃）啟動(dòng)采用交替An/O運(yùn)行的EBPR系統(tǒng)（R1），考察其在不同 DO條件下的吸磷特性及反硝化能力。研究表明，低溫條件下在短期內(nèi)（<6d

7、）可實(shí)現(xiàn)EBPR系統(tǒng)的成功啟動(dòng)，低溫對(duì)系統(tǒng)COD和PO43--P的去除效果幾乎沒(méi)有影響，但 DO濃度會(huì)影響EBPR系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。DO在2～1mg/L和0.2～0.1mg/L（微好氧）的范圍內(nèi)系統(tǒng)均可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效除磷，平均去除率分別為99.8%～93.5%和93.5%~91.0%，然而，有趣的是在0.8～0.5mg/L的范圍內(nèi)除磷性能趨于惡化。研究還發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)污泥能夠以NO3-為電子受體進(jìn)行缺氧吸磷，但吸磷不完全；投加 NO2-，污泥

8、仍會(huì)出現(xiàn)二次釋磷。此外，長(zhǎng)期低DO運(yùn)行有利于EBPR系統(tǒng)內(nèi)污泥的沉降。
　　對(duì)于采用交替An/Ax/O運(yùn)行的R2反應(yīng)器，在21～23℃的條件下啟動(dòng)系統(tǒng)并長(zhǎng)期投加NO3-作為電子受體馴化后的研究表明，NO3--N投加濃度<15mg/L對(duì)COD降解和NH4+-N的去除沒(méi)有影響且總氮損失率均高于70%。投加5mg/LNO3-N，系統(tǒng)因電子受體投加不足除磷性能迅速惡化，增加NO3-N的投加量至10mg/L，經(jīng)過(guò)近30天的恢復(fù)，除磷率最高可

9、達(dá)96.37%，出水磷濃度低于0.5mg/L，進(jìn)一步提高NO3-N的投加量至15mg/L，系統(tǒng)內(nèi)NOx-N的積累導(dǎo)致除磷率下降至60%左右。研究還發(fā)現(xiàn)，馴化前后污泥的缺氧吸磷均優(yōu)先以NO3-為電子受體，而NO3-型和NO2-型的缺氧吸磷能力均有所改善，且馴化后兩者的缺氧吸磷能力分別為馴化前的2.64倍和2.45倍。因此，經(jīng)NO3-N長(zhǎng)期馴化的缺氧吸磷系統(tǒng)有利于篩選具有以 NO3-為電子受體的反硝化聚磷菌且能改善污泥沉降性能。
　　

10、在21～23℃的條件下啟動(dòng)交替An/O的R3反應(yīng)器并長(zhǎng)期投加亞硝酸鹽，考察 FNA對(duì)系統(tǒng)好氧吸磷性能的長(zhǎng)期抑制作用及馴化后污泥吸磷方式的轉(zhuǎn)化。研究表明，投加少量 FNA后，污泥的釋磷和吸磷能力不僅未受抑制，比釋磷速率和比吸磷速率反而高于投加前。FNA濃度低于0.53×10-3mgHNO2-N/L時(shí)，系統(tǒng)除磷率均大于96.9%；當(dāng)FNA濃度提高至0.99×10-3mg HNO2-N/L、1.46×10-3mgHNO2-N/L、1.94×1

11、0-3mgHNO2-N/L時(shí)，系統(tǒng)除磷率均會(huì)大幅下降，然后分別經(jīng)過(guò)50d、12d、30d的運(yùn)行，除磷率分別恢復(fù)至64.42%、67.33%、44.14%，說(shuō)明抑制作用導(dǎo)致的除磷性能惡化可以得到恢復(fù)且長(zhǎng)期馴化作用能縮短恢復(fù)過(guò)程。值得注意的是，在低于1.46×10-3mgHNO2-N/L范圍內(nèi)，隨著FNA投加量的提高，好氧段NO2--N的損失量不斷增大。研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)FNA長(zhǎng)期抑制的好氧除磷系統(tǒng)內(nèi)污泥吸磷方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，NO3-型和NO2-型