序批式生物膜法同步除磷脫氮特性研究

1、序批式生物膜法同步除磷脫氮特性研究李軍1,趙琦2,王寶貞3,聶梅生3(1.北京工業(yè)大學建筑工程學院,北京100022;2.首都師范大學生物系,北京100037;3.哈爾濱工業(yè)大學市政與環(huán)境工程學院,哈爾濱150008摘要:對淹沒序批式生物膜法去除有機物和磷及同步部分脫氮的特性進行了研究。其適合的載體裝填密度為關鍵詞:序批式;淹沒式生物膜法;生物除磷脫氮中圖分類號:X703文獻標識碼:A文章編號:1002-1264(200201-0001-03Characteristics Study on the Simultaneous Phosphorus and P artial NitrogenR e

2、moval in Sequencing B atch R eactor of Submerged Biofilm ProcessLI Jun1,ZH AO Qi2,W ANG Bao2zhen3,NIE Mei2sheng3(1.C ollege of Civil Engineering&Architecture,Beijing P olytechnic University,Beijing,100022,China;2.Biological Department,Capital Normal University,Beijing,100037,China;3.C ollege of

3、Municipal&Environmental Engineering,Harbin University of T echnology,Harbin,150008,ChinaAbstract:The Submerged Biofilm S BR system has been developed in the study for rem oving organic and phosphorussimultaneously with partial nitrogen rem oval by such operating procedure:The suitable applied ca

4、rriers package per2 centage was30%,and the hydraulic retention time was9hours which included3hours in anaerobic reaction sec2 tion and6hours in aerobic reaction section.When the in fluent C OD loading rate increased from0.27kg/(m3.dto 1.32kg/(m3.d,the phosphorus rem oval efficiency reached over90%,a

5、nd the nitrogen rem oval50-60%.it is certain that the dominant phosphorus rem oval bacterial species is P seudomonas and then Aeromonas,Bacillus,Mi2 crococcus,Nitrobacter in the submerged biofilm process.The sludge had high phosphorus content of5.67%,high biomass with M LVSS of5531.7mg/L and g ood s

6、ettling characteristics with S VI of101.7and 0.1996kgDS/kgC OD of sludge productionK ey w ords:sequencing batch reactor;submerged biofilm process;biological phosphorus and nitrogen rem oval生物膜法具有較好的脫氮作用1-3。然而,利用膜法除磷和同步除磷脫氮的研究目前還很少,有關利用連續(xù)流生物膜法脫氮的工藝研究表明該法只在脫氮方面作用較顯著,但廢水中磷的去除率極低2,3。筆者對序批式生物膜法進行了研究4,采用A

7、/O交替運行方式,與A/O活性污泥法和連續(xù)流淹沒式生物膜法相比,序批式生物膜法具有許多優(yōu)勢。1試驗方法1.1試驗裝置試驗所用反應器用有機玻璃制成,內徑15cm,反應器內有效容積18L,其中沉淀池2L。試驗進水的TP平均為10.0mg/L、C OD為370.0 mg/L,溫度為25,好氧狀態(tài)的DO平均為5.5mg/L。裝填密度應是纖維在載體上生物膜成熟后,膜與載體所占容積與整個反應器容積之比。本實驗分別做了最大裝填密度37.5%、實用裝填密度30%以及較低裝填密度22.5%的對比實驗后,確定較適宜的裝填密度為30%。此時,反應器中的纖維載體的比表面積為2.66m2/L。生物膜培養(yǎng)采用A/O交替運

8、行方式歷時3個月,菌種取自一般活性污泥工藝。在之后的工1第15卷1期2002年2月城市環(huán)境與城市生態(tài)URBAN E NVIRONME NT&URBAN ECO LOGYV ol15,N o.1Feb.2002基金項目:北京市科技新星項目(9558100800;北京市留學基金項目收稿日期:2001-08-08藝參數和影響因素的試驗中,以試驗條件改變后運行2周后的水樣為試樣。1.2原生污水和主要分析方法原生污水用自來水加蛋白胨配制,配制時還投加少量氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉等。配制后水質pH 為7.3;C OD 為250400mg/L ;T N 為3060mg/L ;NH

9、4+-N 為1020mg/L ;NO 3-N 為0.2mg/L ;NO 2-N 為0.1mg/L ;TP 為810mg/L ;SP 為79mg/L ;堿度為380440mg/L ;BOD 5為180300mg/L 。2試驗研究2.1工藝參數的確定為確定合適的厭氧所需時間,筆者將厭氧時間延長到12h ,并測定了TP 、T N 的變化過程線,如圖1所示 。圖1厭氧12h 時T N 、TP 變化曲線由圖1可知,P 釋放主要集中在前3h 內,之后的9h ,P 釋放現象雖有,但幅度很小。聚磷菌只有充分釋放磷后,才能很好地過量攝取磷,從而達到生物除磷的目的,因此必須保證能充分放磷的時間。在厭氧開始后的3h

10、 ,T N 去除率達24.0%;運行12h 后T N 去除率達28.1%?？紤]到厭氧時間過長,將導致整個反應器的停留時間過長,不經濟。綜上所述,依據試驗曲線,確定厭氧段所需時間為3h 。為確定合適的好氧時間段,筆者將厭氧3h 后好氧段的時間延長至17h ,并測定了相應TP 和C OD 各及形態(tài)氮濃度的變化曲線,見圖2、圖3。由圖2可見,好氧2h ,C OD 可達到40mg/L 以下,隨后C OD 的減小量非常小,可見它并不是一個限制因素。好氧聚磷在好氧開始后2h 內也已基本完成。由圖3知,在好氧開始后的6h 后NH 4+-N 已低于1mg/L ,硝化基本完成,同時也可看到此時脫氮率達56.6%

11、。為保證硝化,筆者將好氧時間定為6h 。圖2厭氧3h 后好氧17h 時TP 、COD 變化化曲線圖3厭氧3h 后好氧17h 時各形態(tài)氮變化曲線圖3可知,厭氧放磷均速為1.37mg/(L h 。好氧吸磷速度取決于厭氧放磷速度,除磷菌吸收有機物(C OD 用以合成PH B ,同時分解聚磷酸鹽并釋放磷,厭氧段放磷速度大,磷釋放量大,合成的PH B 就多,那么在好氧段時由于分解PH B 而合成的聚磷酸鹽速度就大,表現出來的好氧吸磷速度就大。同時,以上試驗也說明了磷釋放所能達到的最大值與有機物的最大吸收量有關,磷釋放量隨有機物吸收量增加而增加。由以上分析可推知,生物除磷速度與厭氧階段易為除磷菌所吸收的有

12、機物(C OD 濃度有關。2.2缺氧同步除磷脫氮實驗中實行半池出水、半池進水控制,則在上一周期中產生的硝化液與新進原生廢水混合,混合后NO -X -N 濃度為13.42mg/L ,C OD 濃度為268.46mg/L ,TP 濃度為4.81mg/L 。此時的厭氧變成了缺氧,除磷菌可從NO -X 中獲取氧來進行缺氧吸磷,因此在缺氧段,在進行反硝化的同時,仍可繼續(xù)吸磷,見圖4 。圖4缺氧段的NO X -N 和TP 變化曲線缺氧開始后3h 內吸磷均速為0.70mg/(L h ,約為好氧吸磷均速的1/6,這是由于無氧呼吸的代謝速率和產能要遠遠低于有氧呼吸。由此可看出,該工藝如果再加上缺氧段進行反硝2城

13、市環(huán)境與城市生態(tài)15卷1期2002年化,控制合適的C/N比,則可進一步提高淹沒序批式生物膜法除磷工藝的同步脫氮率。3生物膜特性研究3.1生物膜特性由于序批式生物膜工藝的特殊性,可較方便地測出運行一個周期后的污泥產量。在進水負荷為1.00kg/(m3.d時,將一周期后脫落的污泥取出,過濾后于103105烘干,稱得M LSS= 1.0733g,產泥率為0.1996kg干泥/kgC OD。污泥中磷含量測得為5.67%,比序批式活性污泥的4%的磷含量要高的多5。生物膜洗脫后稱得M LVSS達5531.7mg/L,而活性污泥法的M LVSS 在15002000mg/L的范圍內,可見S BR生物膜反應器中

14、生物量非常大;洗脫膜的S VI值為101.7,說明脫落生物膜污泥具有良好的沉降性。3.2生物膜中的微生物群檢樣1為生物膜反應器除磷試驗的前期(反應器運行第四個月樣品;檢樣2為中期(反應器運行第六個月樣品。細菌計數按標準平板法進行。檢樣1的菌落總數:2.52×108個/m L;檢樣2的菌落總數:1.56×109個/m L。菌相分析結果見表1。由表1可見,假單胞菌屬這種除磷脫氮菌是淹沒序批式生物膜工藝中的優(yōu)勢菌屬,其次依順序為氣單胞菌屬、芽孢桿菌屬、微球菌屬、硝化桿菌屬。這一結論,同Wachtmeigter A.6的結果相類似,與Carucci A.5的結果而不同。表1菌相構成

15、分析表菌屬檢樣1菌群菌相構成比(%檢樣2菌群菌相構成比(%微球菌屬6 2.865 3.94由表1知,在運行中期假單胞菌的構成比例超過初期。同時,氣單胞菌屬、芽孢桿菌屬的構成比卻低于初期。這說明,假單胞菌屬為本系統的優(yōu)勢菌屬,且隨著運行時間的延長,而更加穩(wěn)定。另外,硝化桿菌的比例在運行中期也高于初期,說明,隨著運行時間的延長,本系統的硝化功能趨于提高。淹沒式生物膜反應器從進水到出水,有機物濃度變化很大,然而其中的微生物相卻比較穩(wěn)定,而且在數量上也沒有出現大起大落的情況。原生動物主要為纖毛蟲類,其中出現頻率最多的是固著型纖毛蟲類,有鐘蟲、累枝蟲和蓋蟲;其次是游泳型纖毛蟲,有草履蟲(主要在進水時出現

16、、賢形蟲和漫游蟲。另外,生物膜中也有少量的綠眼蟲和變形蟲。生物膜中出現的后生動物有線蟲類、輪蟲類、甲殼蟲類(主要為水蚤類等。4結論4.3在缺氧段仍可繼續(xù)實現生物吸磷,只是吸磷速度較好氧吸磷速度明顯降低,約為1/6,因此,該工藝加缺氧段,控制合適的C/N,可進一步提高同步除磷脫氮率。4.4淹沒序批式生物膜法生物量大,脫落污泥沉降性好、含磷量高。4.5除磷脫氮優(yōu)勢菌屬為假單胞菌屬和氣單胞菌屬,進一步說明了淹沒序批式生物膜法的同步除磷脫氮作用。參考文獻1Aes oy A.and Odegaard H.Nitrogen rem oval efficiency and capacityin biofil

17、ms w ith biologically hydrolyzed sludge as a carb on s ourceJ.W ater S ci.&T ech.1994,30(6:63-72.2W ang B.Z.,Li G.,Y ang Q.And Liu R.,Nitrogen rem oval by asubmerged biofilm process w ith fibrous carrierJ.W ater S ci.&T ech.1992,20:37-89.3W ang B.Z.,Y ang Q.,Liu R.,Y uan J.,M a F,H e J.And L

18、iG.,A study on simultaneous organics and nitrogen rem oval by ex2tended aeration submerged biofilm processJ.W ater S ci.&T ech.1991,24(5:197-213.4李軍,王寶貞,聶梅生.淹沒序批式生物膜法除磷工藝特性研究J.中國給水排水,2001,17(7:1-5.5Carucci A.,M aione M.,Ramad ori R.and R ossetti S.,Dynam ics ofph osph orus and organic substrates in anaerobic and aerobic phases ofa sequencing batch reactorJ.W ater S ci&T