有機(jī)基質(zhì)對(duì)反硝化除磷效果的影響

1、有機(jī)基質(zhì)對(duì)反硝化除磷效果的影響論文導(dǎo)讀：本次實(shí)驗(yàn)主要研究有機(jī)基質(zhì)對(duì)反硝化除磷的影響。反硝化除磷成為一種高效、可行的污水除磷脫氮技術(shù)。經(jīng)過(guò)缺氧階段磷酸鹽分別被聚磷菌吸收了15mgPL。對(duì)氮、磷去除影響。聚磷菌，有機(jī)基質(zhì)對(duì)反硝化除磷效果的影響。關(guān)鍵詞：有機(jī)基質(zhì)，反硝化除磷，聚磷菌，COD/P近年來(lái)，隨著對(duì)生物脫氮除磷技術(shù)的深入研究，反硝化除磷成為一種高效、可行的污水除磷脫氮技術(shù)。其原理是利用一種兼性反硝化細(xì)菌DPBDenitrifying Phosphorusremoving Bacteria生物在對(duì)磷的攝/放過(guò)程中，反硝化除磷細(xì)菌以硝酸氮取代氧作為電子接受體，也就是說(shuō)反硝化除磷細(xì)菌能將反硝化脫氮

2、和生物除磷兩個(gè)本來(lái)認(rèn)為是彼此獨(dú)立的作用有機(jī)地結(jié)合在一起。即在缺氧條件下，DPB能夠利用硝酸氮充當(dāng)電子受體，產(chǎn)生與氧同樣的生物攝磷作用，從而可以知道在反硝化除磷過(guò)程中，與單獨(dú)進(jìn)行反硝化和除磷相比，所要求的進(jìn)水中COD/N和COD/P明顯要低即節(jié)省了COD和氧的能耗量，相應(yīng)減少了剩余污泥量。目前已有研究溶解氧、泥齡、溫度、硝酸氮、碳源等對(duì)反硝化除磷的影響。本研究的主要內(nèi)容為有機(jī)基質(zhì)對(duì)反硝化除磷工藝中脫氮除磷效果的影響進(jìn)行探討。1 實(shí)驗(yàn)流程、材料與方法1.1 實(shí)驗(yàn)流程本次實(shí)驗(yàn)裝置流程圖如圖1所示?？萍颊撐模哿拙?。在實(shí)驗(yàn)裝置中，反響器采用的是有機(jī)玻璃圓柱形池體，各反響器之間水力連通，進(jìn)水流量Q3.5

3、 Lh-1，為了保證泥水均勻混合，在厭氧池和缺氧池都設(shè)置了機(jī)械攪拌器，好氧池底部安裝了球冠型微孔曝氣器。污泥回流量及混合液回流量分別為100%Q和275%Q，均通過(guò)統(tǒng)一型號(hào)蠕動(dòng)泵Q0.01 Lh-1，H=2.5 m實(shí)現(xiàn)。圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖Fig. 1 Flow chart of experimentalunit1.2 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)和測(cè)定方法本實(shí)驗(yàn)采用的是人工合成配水，模擬城市生活污水水質(zhì)，氮和磷的濃度分別為40 mgNL-1、8 mgPL-1左右，COD根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要而定。在配水時(shí)參加少量微量元素，以便更好地滿(mǎn)足微生物的生長(zhǎng)需要。pH值使用pHS-3C型精密數(shù)顯 pH計(jì)測(cè)定；CODcr采用重鉻酸鉀

4、法測(cè)定；DO采用YSI7100溶解氧儀測(cè)定；MLSS采用烘干重量的法測(cè)定；磷酸鹽采用鉬銻抗分光光度法測(cè)定；氨氮采用鈉氏試劑分光光度法測(cè)定；TP采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定；硝酸氮采用酚二磺酸分光光度法測(cè)定。1.3 接種污泥接種污泥取自合肥市某污水處理廠具有脫氮除磷功能的二沉池回流污泥，MLSS為6 000 mgL-1。啟動(dòng)時(shí)側(cè)流A2O反響器內(nèi)的污泥濃度為2 100 mgL-1，然后在工藝連續(xù)運(yùn)行的條件下進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)，污泥濃度穩(wěn)步增加，20 d后穩(wěn)定在3 0003300 mgL-1。1.4 實(shí)驗(yàn)方法本次實(shí)驗(yàn)主要研究有機(jī)基質(zhì)對(duì)反硝化除磷的影響，而有機(jī)基質(zhì)就是污水中的COD，實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)水COD按400

5、mgL-1、300 mgL-1、250 mgL-1、200 mgL-1變化，在每個(gè)階段測(cè)量所需要的指標(biāo)，考察在有機(jī)基質(zhì)變化時(shí)反硝化除磷系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除情況。根據(jù)傳統(tǒng)的污水除磷脫氮時(shí)需要的有機(jī)基質(zhì)，設(shè)計(jì)初始進(jìn)水COD為400 mgL-1，保證有充足的COD進(jìn)行脫氮除磷，然后，逐漸減少進(jìn)水COD至300 mgL-1、250 mgL-1和200 mgL-1，在此COD濃度下觀察出水氮、磷的變化情況，以便找出完成完全除磷脫氮時(shí)的所需最低有機(jī)基質(zhì)比率。2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1 不同有機(jī)基質(zhì)下工藝脫氮除磷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。當(dāng)處理系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)水COD濃度為400 mgL-1時(shí)，經(jīng)過(guò)厭氧池之后

6、COD濃度大幅度降低可見(jiàn)圖6，厭氧池出水COD濃度平均為33 mgL-1左右，降低了92。當(dāng)進(jìn)水磷量為8 mg PL-1時(shí)，厭氧池最大釋放的磷量接近25 mgL-1?？萍颊撐模哿拙?。這說(shuō)明系統(tǒng)中已經(jīng)存在大量聚磷菌，在厭氧環(huán)境下發(fā)生吸收有機(jī)基質(zhì)、釋放磷酸鹽的反響。在缺氧池中磷酸鹽濃度較厭氧池下降了高達(dá)15 mg PL-1，由DPB反硝化除磷量占厭氧放磷總量的70，說(shuō)明系統(tǒng)中反硝化除磷菌DPB發(fā)生了反硝化除磷反響。科技論文，聚磷菌。經(jīng)過(guò)缺氧池COD下降到約為3 mgL-1，說(shuō)明DPB反硝化脫氮/除磷為反硝化的主反響，主要消耗貯存在DPB中的PHB作為氧化的有機(jī)基質(zhì)，而異養(yǎng)菌的常規(guī)反硝化作用很弱，

7、是反硝化脫氮的次要反響。而在磷酸鹽變化曲線(xiàn)上，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段，厭氧池PAOs/DPBs放磷量較低，這是由于厭氧池有硝酸氮影響。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始階段二沉池出水硝酸氮超過(guò)2 mg NL-1，回流污泥會(huì)攜帶一局部硝酸氮進(jìn)入?yún)捬醭嘏c聚磷菌競(jìng)爭(zhēng)有機(jī)基質(zhì)。厭氧放磷量降低的同時(shí)直接影響缺氧/好氧PAOs/DPBs吸磷效果，出水含磷量也相應(yīng)較高。在實(shí)驗(yàn)后期，通過(guò)增大混合液回流比從150Q進(jìn)水流量增加到275Q，發(fā)現(xiàn)缺氧池反硝化的效果明顯上升，出水中幾乎不含有硝酸氮，與此同時(shí)，氨氮和COD的去除率都維持在95以上。經(jīng)過(guò)好氧池后，二沉池出水中氨氮幾乎為零。從本組實(shí)驗(yàn)可以看出，進(jìn)水COD為400 mgL-1時(shí)，DPB反硝化

8、除磷效果明顯，生物除磷脫氮效果很好。 圖2 COD為400 mgL-1時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 圖3 COD為300 mgL-1時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 Fig. 2 The operational resultof system in Fig.3 The operational result of system inwhen COD is 400 mgL-1when COD is 300 mgL-1圖3說(shuō)明，當(dāng)COD降至300 mgL-1時(shí)，厭氧出水和二沉出水磷酸鹽濃度都很穩(wěn)定，厭氧池放磷量較COD為400 mgL-1時(shí)略微減少，聚磷菌釋放的磷酸鹽為19 mg PL-1左右。經(jīng)過(guò)缺氧池階段，磷酸鹽的濃度下降了1

9、1 mg PL-1，再經(jīng)過(guò)好氧池階段磷酸鹽進(jìn)一步為聚磷菌吸收，好氧池出水中磷酸鹽含量與二沉池中磷的含量相近約接近1 mg PL-1，即由好氧池減少7 mg PL-1，說(shuō)明磷的吸收主要發(fā)生在缺氧池，由DPB反硝化去除的磷酸鹽，約占總的磷酸鹽去除率的70，說(shuō)明系統(tǒng)中DPB仍是優(yōu)勢(shì)種屬，發(fā)生反硝化除磷反響。科技論文，聚磷菌。由圖3可以看出，磷的去除率約為90，磷的去除效果較好。從COD的變化曲線(xiàn)圖上可知，經(jīng)過(guò)厭氧階段COD降低至40 mgL-1，降低的COD大局部為聚磷菌吸收利用，而后轉(zhuǎn)化為磷細(xì)菌體內(nèi)的能量貯存物PHB，為后續(xù)處理中磷細(xì)菌吸收磷酸鹽提供良好的條件。從圖3中可以看出，系統(tǒng)中氮的去除率很

10、高，出水氨氮的含量接近0。在此實(shí)驗(yàn)階段，出水中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)硝酸氮，氮的去除率穩(wěn)定在100?？萍颊撐模哿拙?。從氮、磷的去除效果可以看出，生物除磷階段當(dāng)進(jìn)水COD300 mgL-1時(shí)，有機(jī)基質(zhì)能夠滿(mǎn)足生物除磷脫氮除磷的需要。當(dāng)COD降至250 mgL-1時(shí)，厭氧階段PAOs/DPBs放磷量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，厭氧出水磷的濃度逐漸降為16 mg PL-1，而缺氧池DPB反硝化除磷的效果仍較明顯，下降量維持在10 mg PL-1，說(shuō)明反硝化除磷菌沒(méi)有受到進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)的減少而受到明顯的影響。出水磷酸鹽含量接近1 mg PL-1，氨氮和COD含量為0和1020 mgL-1?？萍颊撐模哿拙?。科技論文，聚磷菌。在

11、此階段實(shí)驗(yàn)后期硝酸氮有上升趨勢(shì)，但是含量極少，根本不會(huì)影響氮、磷的去除。科技論文，聚磷菌。從圖4可以看出，氮的去除率接近100、COD及磷的去除率仍然很高，分別93、90左右?？萍颊撐模哿拙?。 圖4 COD為250 mgL-1時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 圖5 COD為200 mgL-1時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 Fig. 4 Theoperational result of system inFig. 5 The operational result of system inwhen COD is 250 mgL-1when COD is 200 mgL-1當(dāng)進(jìn)水COD降為200 mgL-1時(shí)，厭氧階段釋放磷量下降

12、為13 mg PL-1左右，出水磷到達(dá)12.4 mgL-1之間，說(shuō)明有機(jī)基質(zhì)已經(jīng)影響了除磷的效率?？萍颊撐模哿拙?。科技論文，聚磷菌。缺氧階段磷酸鹽下降明顯減少，僅下降了5 mg PL-1，說(shuō)明DPB反硝化除磷效果下降。從圖5中氮的反響效果來(lái)看，二沉池出水氨氮幾乎為0，氨氮根本完全被氧化，而且出水有少量剩余的硝酸氮，說(shuō)明缺氧段能夠給DPB反硝化除磷提供足夠的硝酸根電子受體，那么可能由于進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)減少，PAOs/DPBs沒(méi)有足夠可利用的VFA轉(zhuǎn)化為PHB所致，由于PHB儲(chǔ)量缺乏，導(dǎo)致PAOs/DPBs在缺氧/好氧段不能氧化分解體內(nèi)更多的PHB產(chǎn)生足夠的能量吸收磷。影響缺氧/好氧階段吸磷效率，致

13、使最后出水磷含量逐漸升高。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，厭氧出水COD含量要稍微高于前階段，說(shuō)明缺氧/好氧階段PAOs/DPBs由于PHB儲(chǔ)藏缺乏，可能會(huì)進(jìn)一步影響PAOs/DPBs下一循環(huán)的放磷/吸磷交替反響，進(jìn)而影響它們的生存再生能力，在系統(tǒng)中逐漸變?yōu)榱觿?shì)種屬，影響系統(tǒng)的除磷脫氮能力。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，有機(jī)基質(zhì)降低到200 mgL-1時(shí)，磷的去除效果受到較明顯的影響，而氮和有機(jī)物的去除沒(méi)有受到太大影響，出水中僅有少量的硝酸氮，氮的去除根本維持在99以上，COD的去除率為90。說(shuō)明進(jìn)水COD為200 mgL-1時(shí)，對(duì)于脫氮來(lái)說(shuō)，有機(jī)基質(zhì)足夠。2.2 脫氮除磷階段有機(jī)基質(zhì)、磷和氮的變化情況 圖6 COD的變化情況

14、圖圖7 不同COD濃度時(shí)磷酸鹽的變化情況Fig.6Variation of CODFig.7 Variation of phosphatic at differentCOD concentration根據(jù)進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)的不同，各個(gè)反響池COD的變化情況如圖6所示。從圖6可以看出，進(jìn)水經(jīng)過(guò)厭氧階段時(shí)，溶液中COD濃度大幅度下降，厭氧池出水幾乎接近二沉出水。厭氧池出水COD約為2837 mgL-1，二沉出水約為1825 mgL-1。說(shuō)明進(jìn)水中COD主要被聚磷菌吸收利用，厭氧階段有機(jī)基質(zhì)消耗越多，說(shuō)明聚磷菌釋放的磷酸鹽越多如圖7，從而也會(huì)轉(zhuǎn)化為聚磷菌體內(nèi)的聚合物PHB越充分，為聚磷菌在后面的缺氧/好氧

15、池中反硝化脫氮及吸收磷酸鹽提供良好的條件。隨著進(jìn)水COD逐漸降低，每階段反響池出水磷酸鹽發(fā)生不同的變化，不同進(jìn)水COD濃度下，各反響池中磷酸鹽的變化情況總結(jié)如圖7所示。從圖7可以看出，厭氧池PAOs/DPBs釋放的磷酸鹽量隨著進(jìn)水COD的降低而逐漸減少，當(dāng)進(jìn)水COD為400 mgL-1300 mgL-1250 mgL-1200mgL-1時(shí)，厭氧條件下聚磷菌最大放磷量為25 mg PL-119mg PL-116 mg PL-113 mg PL-1。說(shuō)明進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)越充足，可供PAOs/DPBs利用的基質(zhì)越多，從而聚磷菌水解體內(nèi)的聚合磷釋放更多的磷酸鹽釋放到溶液中，磷酸鹽釋放越充分。從圖7磷酸鹽在

16、各反響池的變化曲線(xiàn)上可以看出，磷的吸收包括缺氧段和好氧段。從缺氧池磷酸鹽的變化可以看出，經(jīng)過(guò)缺氧階段磷酸鹽分別被聚磷菌吸收了15 mg PL-111mg PL-110 mg PL-15 mg PL-1，剩余磷酸鹽進(jìn)入好氧池經(jīng)磷細(xì)菌進(jìn)一步吸收溶液中的磷酸鹽，從而完成生物吸磷的過(guò)程。根據(jù)相應(yīng)的平均出水磷酸鹽濃度為0.58 mg PL-10.81mg PL-10.86 mg PL-12.4 mg PL-1，可知，經(jīng)過(guò)缺氧池DPB反硝化能除去大局部磷酸鹽，缺氧段反硝化除磷為主要的除磷階段，這是因?yàn)镈PB經(jīng)厭氧放磷并吸收有機(jī)物儲(chǔ)存大量PHB后，首先進(jìn)入缺氧區(qū)，在缺氧區(qū)中，DPB氧化分解體內(nèi)豐富的PHB提

17、供大量能量，利用從好氧區(qū)回流的充足硝酸根作為電子受體，很好地完成反硝化除磷，同時(shí)聚磷菌得到增殖；經(jīng)過(guò)缺氧區(qū)碳能源消耗后，聚磷菌體內(nèi)PHB量大幅度下降，當(dāng)進(jìn)入好氧區(qū)后，可用于產(chǎn)生能量的碳能源供給水平明顯低于缺氧區(qū)，相應(yīng)的磷的吸收量也會(huì)降低。磷的吸收能力主要取決于磷的厭氧釋放情況。聚磷菌厭氧池釋放的磷酸鹽量越多，儲(chǔ)存于體內(nèi)的聚合物PHB越多，當(dāng)聚磷菌進(jìn)入缺氧/好氧池時(shí)，能夠被氧化分解的體內(nèi)的PHB越多，從而可以提供較多的能量供PAOs/DPBs吸磷，出水磷酸鹽含量也越低。在反硝化除磷過(guò)程中，除了進(jìn)水400 mgL-1實(shí)驗(yàn)初期，由于混合液的回流比擬小，由好氧池硝化作用產(chǎn)生的硝酸氮不能完全被反硝化，增

18、大回流比后，改善了脫氮的效果。在生物除磷實(shí)驗(yàn)中，逐漸降低有機(jī)基質(zhì)時(shí)，脫氮效果一直較好，出水幾乎不含硝氮，只是在進(jìn)水COD降至250 mgL-1和200 mgL-1時(shí)，發(fā)現(xiàn)出水中有硝酸氮存在，但含量較低，約為0.2 mgL-10.8 mgL-1。但是，可以推測(cè)，如果COD繼續(xù)降低，出水中的硝酸氮濃度將會(huì)繼續(xù)增加，如果出水中硝酸氮濃度較高，這樣勢(shì)必會(huì)影響到厭氧階段的聚磷菌放磷效果，導(dǎo)致除磷能力的惡化。2.3 COD/P對(duì)氮、磷去除影響在生物除磷工藝中，逐漸降低有機(jī)基質(zhì)，從圖8可以看出，當(dāng)進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)充足時(shí)，如COD/P等于50時(shí)，磷的去除率為9095，二沉出水磷酸鹽含量低于1 mg PL-1。當(dāng)進(jìn)

19、水COD/P等于37.5COD為300 mgL-1時(shí)，磷的去除效果根本接近COD/P為50的情況，去除率平均為90，出水磷酸鹽含量小于1 mg PL-1；當(dāng)進(jìn)水COD/P降至31.25COD為250 mgL-1時(shí)，出水中磷酸鹽的含量約為1 mg PL-1，去除率為8590；繼續(xù)降低有機(jī)基質(zhì)濃度至COD/P為25COD為200 mgL-1，磷的去除效果逐漸下降，出水磷含量約從1.0 mg PL-1上升到2.4 mg PL-1，從圖5可以看出，磷的去除率從90下降為70左右。圖8 不同COD/P時(shí)磷、氮變化情況Fig.8 Variation of phosphorus nitrogen at di

20、fferentCOD/P可見(jiàn)，進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)缺乏，必將影響氮、磷的去除效果。因?yàn)?，隨著進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)的降低，聚磷菌可利用的基質(zhì)逐漸減少，在厭氧階段儲(chǔ)存于體內(nèi)的PHB也逐漸減少，因此，在缺氧/好氧區(qū)沒(méi)有足夠的PHB氧化分解產(chǎn)生吸收溶液中的磷酸鹽的能量，導(dǎo)致吸磷效果的降低，影響除磷效果。根據(jù)上述可知，進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)缺乏，會(huì)影響聚磷菌放磷及儲(chǔ)藏PHB的量，從而也會(huì)影響脫氮的效果。從實(shí)驗(yàn)可知，反硝化除磷是生物脫氮除磷的主要反響，反硝化除磷中，脫氮與除磷兩者是一個(gè)有機(jī)體，相互促進(jìn)，相互影響，當(dāng)缺氧段所提供的電子受體硝酸氮的量與溶液中存在的聚磷菌能夠吸收的磷酸鹽的量相當(dāng)時(shí)，硝酸氮將完全轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，同時(shí)磷酸鹽完全

21、被吸收，到達(dá)很好的脫氮除磷效果。從聚磷菌生長(zhǎng)方面來(lái)考慮，有機(jī)基質(zhì)濃度的上下影響聚磷菌的生長(zhǎng)和活性。當(dāng)進(jìn)水有充足外源性有機(jī)基質(zhì)供給時(shí)，即底物充足時(shí)，聚磷菌活性強(qiáng)，會(huì)以最高速率代謝有機(jī)底物的同時(shí)釋放/吸收磷酸鹽，并以最高速率合成細(xì)胞、實(shí)現(xiàn)增殖。而當(dāng)碳能源供給率下降時(shí)，聚磷菌增長(zhǎng)受到有機(jī)物的限制，代謝能力也隨之下降，因而進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)缺乏時(shí)也會(huì)降低聚磷菌除磷效果。3結(jié)論1除磷過(guò)程中，隨著進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)的降低，厭氧池PAOs/DPBs放磷量逐漸減少，同時(shí)缺氧/好氧段吸磷量也逐漸降低，二沉出水磷酸鹽含量逐漸升高，磷的去除主要發(fā)生在缺氧階段反硝化除磷實(shí)現(xiàn)；2在脫氮除磷實(shí)驗(yàn)中，保持進(jìn)水40 mg NL-1、8

22、mg PL-1左右不變下同，當(dāng)進(jìn)水COD/P31.25即250COD400 mgL-1時(shí)，出水磷濃度小于1 mg PL-1，去除率在85以上，出水中氨氮和硝酸氮均約為0，氮的去除率接近100，COD的去除在95以上；3在生物除磷脫氮實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)進(jìn)水25COD/P31.25即COD為200250 mgL-1時(shí)，出水磷濃度為12.4 mg PL-1，去除率在70以上，出水中氨氮為0，硝酸氮略微有所上升約為0.8 mgL-1，COD的去除在90以上；4實(shí)驗(yàn)可知，磷酸鹽的釋放量受進(jìn)水有機(jī)基質(zhì)的限制，進(jìn)水COD從400 mgL-1降至200 mgL-1時(shí)，平均磷酸鹽的釋放量從25 mg PL-1降至13 mg PL-1，當(dāng)初始COD為200 mgL-1時(shí)，聚磷菌放磷量明顯減少，系統(tǒng)除磷效果較差，有機(jī)基質(zhì)已經(jīng)較明顯地成為聚磷菌的限制因素。參考文獻(xiàn)：【1】KubaT,et alPhosphorus and nitrogen removalwith minimal COD requirement by integration of denitrifying dephosphatation andnitrification in a two sludge systemWat. Re,1996, 3