活性污泥法除磷影響因素的研究

熊義鋒，張書良

（河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，鄭州 450001）

活性污泥法除磷影響因素的研究

熊義鋒，張書良

（河南工業(yè)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，鄭州 450001）

通過小試試驗研究活性污泥除磷的影響因素。碳源是影響活性污泥吸磷的一個重要因素。反應(yīng)器中加入適量的碳源，在進(jìn)行反復(fù)吸磷時，吸磷濃度平均為16.73mg/L；不添加碳源的活性污泥在進(jìn)行反復(fù)吸磷試驗時，吸磷濃度逐漸降低；活性污泥的存放時間能夠提高活性污泥的初期吸磷濃度，當(dāng)活性污泥進(jìn)行反復(fù)吸磷試驗時，存放時間越長，吸磷效果越差。

活性污泥；除磷；硝酸鹽；硫化物；碳源

長期以來，我國廢水排放是以BOD和SS為目標(biāo)［1］，然而，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，各種合成劑、化肥和農(nóng)藥的廣泛使用，導(dǎo)致磷營養(yǎng)物質(zhì)直接進(jìn)入水體，過量的磷進(jìn)入水體，致使水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重［2］。由于水中的碳和氮可以從空氣中吸取，因此磷成為限制水體富營養(yǎng)化的主要因素，只有當(dāng)水體中磷的含量很高時，起限制作用的才是氮［3］?？梢?，廢水除磷對于防止水體富營養(yǎng)化有著重要意義。

廢水中磷的濃度受水質(zhì)條件的影響較大，有些廢水中不含磷，如皮革廢水，主要含有較高濃度的COD和重金屬鉻。對于普通的生活廢水，磷的濃度差別也較大，在某生活污水廠的進(jìn)水中，磷濃度的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)進(jìn)水總磷濃度在0.92～9.5mg/L之間，差別較大［4］。一些養(yǎng)殖廢水的總磷濃度范圍101～245mg/L，平均濃度171mg/L［5］。

目前，廢水除磷方法主要有利用正磷酸鹽與金屬鹽反應(yīng)生成沉淀而去除，或者建立人工生態(tài)系統(tǒng)除磷，而現(xiàn)在最常用的就是利用微生物在厭氧過程中釋磷，在好氧過程中超量吸磷，通過排放剩余污泥，使磷去除，這種方法除磷較經(jīng)濟(jì)，不會帶來二次污染，這也是這些年來研究的熱點。本文主要通過活性污泥試驗來探究廢水中硝酸鹽、硫化物、碳源及活性污泥的存放時間對生物除磷的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗用活性污泥

試驗用的活性污泥取自鄭州市某污水處理廠曝氣池末端，此污水處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定，其活性污泥的理化性質(zhì)如表1?；钚晕勰鄬嶒炃坝眉喚W(wǎng)過濾兩次，將其中不需要的成分過濾掉，然后將過濾后的活性污泥用提前準(zhǔn)備的同溫蒸餾水淘洗8次，再用同溫蒸餾水沉降30min，沉淀后污泥備用。

表1 活性污泥理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

1.2.1 活性污泥反硝化吸磷

采用小試試驗研究活性污泥反硝化吸磷。首先將取自曝氣池末端的活性污泥用同溫蒸餾水淘洗8次，將淘洗好的活性污泥沉降30min，去掉上清液，量取活性污泥1500mL；共分兩組，每組加泥750mL，然后向一組已曝過氮氣的蒸餾水中加入一定量的、COD和，體積1750mL；向另一組同樣曝過氮氣的蒸餾水中只加等量的， 不加硝酸鹽， 體積1750mL；最后將兩組均分的活性污泥加入人工配制的污水中，總體積2500mL，攪拌反應(yīng)，密封，并充氮氣保持缺氧環(huán)境，取攪拌均勻的混合液測污泥濃度，并在一定的時間間隔，取一定體積的混合液過濾，取濾液測和TP濃度，研究活性污泥反硝化吸磷過程。

1.2.2 不同濃度硫化物對活性污泥釋磷的影響

采用小試試驗研究不同濃度硫化物對活性污泥釋磷的影響。對取自曝氣池末端的活性污泥進(jìn)行預(yù)處理后沉降30min，將沉降后的活性污泥平均分成4份，每份加活性污泥750mL，然后再加入配好的含磷營養(yǎng)液1750mL，總體積2500mL，曝氣4h，溶解氧控制在1～2mg/L。每組在曝氣開始和結(jié)束取樣測總磷的濃度。曝氣結(jié)束后，4組分別加入不同濃度梯度的硫化物，硫化物的添加采用滴加方式，硫化物在1h內(nèi)加完，并在不同時間內(nèi)，取攪拌均勻的混合液過濾，取濾液測TP，研究缺氧條件下，不同濃度的硫化物對活性污泥釋磷的影響。

1.2.3 不同存放時間和碳源對活性污泥的吸磷和釋磷的影響

采用燒杯試驗研究不同存放時間及有無碳源對活性污泥吸磷和釋磷的影響。對活性污泥進(jìn)行預(yù)處理，然后沉降30min，倒去上清液；然后量取活性污泥900mL，加2100mL人工配制的含磷廢水，將剩下的活性污泥分別存放24h和48h后繼續(xù)做吸磷試驗。取部分處理過的活性污泥做碳源對吸磷的影響，試驗中碳源采用蔗糖，COD濃度為100mg/L，每次試驗活性污泥重復(fù)5個周期，并在每個周期取一定體積的混合液過濾，取濾液測TP，研究不同存放時間和有無碳源對活性污泥吸磷和釋磷的影響。

2 分析項目與方法

用于監(jiān)測污水和污泥特征的分析項目和方法主要包括：MLSS、MLVSS采用稱重法測定；總磷采用鉬銻抗分光光度法，硝酸鹽氮采用紫外分光光度法［7］。

2.1 活性污泥反硝化吸磷

當(dāng)溫度為25℃，活性污泥濃度3126mg/L時，反應(yīng)器中和TP的變化如圖1，在缺氧狀態(tài)下，污水中硝酸鹽氮開始為21.95mg/L，8h后降到0.3mg/L，污水中的總磷開始為68.74mg/L，反應(yīng)8h后總磷降到60.20mg/L，總磷減少了8.54mg/L。有研究表明，缺氧階段，在缺少外碳源的情況下，當(dāng)有硝酸鹽的存在時，同樣會有吸磷現(xiàn)象的發(fā)生，因為微生物可以利用內(nèi)碳源作為碳源和能量，完成過量吸磷任務(wù)，并以聚磷的形式貯存在生物體內(nèi)［8-12］。這一過程和好氧吸磷基本相同，不同的是所利用的電子受體是硝酸鹽，而不是氧［13］。圖2對比了活性污泥中有無硝酸鹽，反應(yīng)器中總磷的變化情況，很明顯在整個過程沒有加入硝酸鹽那組，活性污泥中出現(xiàn)了少量的釋磷，總磷濃度由初始的68.56mg/L，8h后為72.14mg/L，增加了3.58mg/L。這是由于活性污泥在缺氧過程中發(fā)生了釋磷現(xiàn)象，導(dǎo)致總磷濃度增加。

圖1 硝酸鹽氮和總磷隨時間變化曲線

圖2 不同濃度硝酸鹽對總磷的影響

2.2 不同濃度硫化物對活性污泥釋磷的影響

活性污泥先進(jìn)行曝氣吸磷，總磷濃度由初始的23.6mg/L，曝氣4h后降到0.81mg/L，活性污泥吸磷結(jié)束后分別滴加不同濃度的硫化物。由圖3可見，加入硫化物濃度分別為280，50，20，0mg/L，4h釋磷濃度分別為23.25，10.95，4.97，0.5mg/L。試驗中采用人工模擬廢水，由于廢水中沒有添加碳源，導(dǎo)致不加硫化物這組試驗中磷的釋放量較少，添加不同濃度硫化物的反應(yīng)器中都出現(xiàn)了不同量磷的釋放，說明硫化物對微生物的活性有較大影響，尤其是硫化物濃度280mg/L，對微生物的影響較大，微生物的正常結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致微生物失去活性，好氧階段吸收的磷被全部釋放［14-15］。硫化物濃度低于50mg/L時，對微生物的活性影響較小，但仍有不同量磷的釋放。

圖3 不同濃度硫化物對總磷的影響

2.3 存放時間及有無碳源對活性污泥好氧吸磷的影響

碳源是活性污泥好氧吸磷的一個重要影響因素。由圖4可見，對活性污泥進(jìn)行不同存放時間，在第一個周期存放24h和48h的活性污泥的吸磷量為28mg/L，較不進(jìn)行存放活性污泥22mg/L多6mg/L，這是由于活性污泥在存放過程中出現(xiàn)厭氧環(huán)境，活性污泥能夠?qū)⒎磻?yīng)器中存在的小分子有機物，同化成胞內(nèi)貯存物（PHB），同時將細(xì)胞原生質(zhì)中的聚磷釋放出來，使整體的除磷效果提高［16-18］。由圖5可見，添加碳源的幾個周期對磷的吸收量較大，后面的幾個周期活性污泥的好氧吸磷量平均為16.73mg/L，吸磷量較穩(wěn)定；不添加碳源的活性污泥第一個周期有較好吸磷量，為16mg/L，這是由于微生物能夠利用內(nèi)碳源進(jìn)行好氧過量吸磷，隨著重復(fù)進(jìn)行活性污泥好氧吸磷，由于碳源的缺少影響微生物的生存和活性，導(dǎo)致活性污泥的吸磷量逐漸減少，與存在碳源的情況下吸收量相差較大。隨著重復(fù)進(jìn)行好氧吸磷周期時，發(fā)現(xiàn)存放時間越長后期活性污泥的吸磷量減少，而沒有存放活性污泥的吸磷量較穩(wěn)定。這是因為存放較長的活性污泥進(jìn)行反復(fù)吸磷后，由于營養(yǎng)物質(zhì)的缺乏導(dǎo)致活性污泥中微生物的代謝較慢，降低了微生物的活性，使微生物好氧吸磷量較第一個周期差，后期的吸磷量較不存放活性污泥的吸磷量少，但仍有很好的吸磷效果。研究表明，適當(dāng)延長活性污泥的靜置時間，能夠延長微生物體內(nèi)磷酸激酶的活性，使除磷效率較高［19-21］。

圖4 不同存放時間對活性污泥吸磷的影響

圖5 碳源對活性污泥吸磷的影響

3 結(jié)語

（1）在氧化溝水處理工藝中存在部分聚磷菌能以硝酸鹽作為電子受體，能在反硝化時同時進(jìn)行吸磷，但這種聚磷菌的吸磷效率較低。

（2）在缺氧過程中，反應(yīng)器中硫化物的存在會對反應(yīng)器中微生物的活性產(chǎn)生抑制，濃度越高這種抑制作用越明顯，尤其是濃度為280mg/L時，微生物的結(jié)構(gòu)遭到破壞，微生物失活會出現(xiàn)大量釋磷現(xiàn)象。因此，適當(dāng)控制反應(yīng)器中硫化物的濃度，保持微生物活性有利于生物除磷。

（3）碳源是影響活性污泥除磷的一個重要因素，反應(yīng)器中適量的碳源能夠進(jìn)行反復(fù)吸磷，而且后期的吸磷量較穩(wěn)定，碳源的匱乏，會使活性污泥的吸磷量逐漸降低。同時在碳源存在的條件下，延長活性污泥的存放時間對前期活性污泥的吸磷效果較好，隨著活性污泥反復(fù)吸磷過程的進(jìn)行，這種吸磷效果會降低，因此，活性污泥適當(dāng)?shù)拇娣艜r間，會有利于活性污泥的過量吸磷。

［1］黃晟，吳慧英，陳建紅.城市污水除磷中的有關(guān)問題［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2001，23（5）：39-42.

［2］尹軍.污水除磷若干影響因素分析［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2007，1（4）：6-11.

［3］張穎，鄧良偉.廢水中磷的去除研究進(jìn)展［J］.中國沼氣，2005，23（3）：11-14.

［4］沈燁冰.A2/O工藝抗負(fù)荷波動能力及優(yōu)化脫氮除磷的研究［D］.貴陽：貴州師范大學(xué)，2014.

［5］王亮.規(guī)?；i場養(yǎng)殖廢水高效脫氮除磷技術(shù)探究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2013.

［6］宋光敏.磷化廢水中磷的去除方法研究［D］.廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2006.

［7］國家環(huán)境保護(hù)局．水和廢水監(jiān)測分析方法（第三版）［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1989.

［8］陳鵬，張克峰.反硝化除磷機理與工藝研究進(jìn)展［J］.水處理技術(shù)，2009，35（9）：1-5.

［9］李相昆.反硝化除磷工藝與微生物學(xué)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006.

［10］溫成林，宋武昌.反硝化除磷工藝影響因素研究進(jìn)展［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2008（6）：44-45.

［11］王亞宜.反硝化除磷脫氮機理及工藝研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2004.

［12］Barker P S， Dold P L.Denitrification behaviourin biological excess phosphorus removal in activated sludge systems［J］.Water Res.，1996，30：769-780.

［13］萬金保，王建永.除磷理論及運用現(xiàn)狀［J］.水處理技術(shù)，2008，34（3）：7-10.

［14］李克林，程剛，朱振亞.硫化物對兼氧污泥活性的影響［J］.承德石油高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2005，7（4）：12-14.

［15］蔣玲燕.硫化物對污水處理廠硝化菌活性的抑制作用［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2012，6（11）：4065-4068.

［16］行智強，陳銀廣，楊海真.影響強化生物除磷的關(guān)鍵因素研究進(jìn)展［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2006，32（1）：31-33.

［17］王榮斌.污水生物除磷技術(shù)研究進(jìn)展［J］.環(huán)境工程，2007，25（1）：84-88.

［18］畢學(xué)軍，趙桂芹，畢海峰.污水生物除磷原理及其生化反應(yīng)機制研究展［J］.青島理工大學(xué)學(xué)報，2006，27（2）：9-12.

［19］曾恬靜.多種環(huán)境因素對好氧/延長靜置生物除磷工藝的影響及其作用機理的研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2013.

［20］Dongbo Wang，Guojing Yang，Xiaoming Li*，et al.Inducing Mechanism of Biological Phosphorus Removal Driven by the Aerobic/Extended-Idle Regime. Biotec hnology and Bioengineering.2012，109（11）：2798-2807.

［21］Oehmen A.，Saunders A.M.，Vives M.T.，et al.Competition between polyphosphate and glycogen accumulating organisms in enhanced biologicalphosphorus removal systems with acetate and propionate as carbon sources［J］. Biotech，2006，123：22-32.

（責(zé)任編輯：王艷肖 姜彤宇）

Study on influencing factors of phosphorus removal by activated sludge process

XIONG Yi-feng，ZHANG Shu-liang
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

Pilot tests were carried out investigate the influential factors of phosphorus removal by activated sludge.Adding carbon source in the reactor，in repeated P when P concentration was 16.73mg/L，without adding carbon source of activated sludge in repeated phosphorus uptake test，P concentration decreased；activated sludge storage time can improve the phosphorus concentration at the early stage of activated sludge，when activated sludge was repeatedly phosphorus absorption test，the longer the storage time，phosphorus absorption effect is worse.

activated sludge；phosphorus；nitrate；sulfide；carbon source

X703

B

1672-9900（2017）01-0086-04

2016-01-04

熊義鋒（1990-），男（漢族），河南信陽人，碩士，主要從事工業(yè)廢水處理研究，（Tel）18738136325。