雙污泥SBR工藝反硝化除磷特性的研究★

張 爽 劉春花 李向紅

(1.黑龍江工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050； 2.黑龍江大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040； 3.哈爾濱供排水集團(tuán)，黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

20世紀(jì)70年代實(shí)驗(yàn)人員在研究硝酸鹽濃度對(duì)生物除磷的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)反硝化菌對(duì)除磷有明顯作用，自此，各國(guó)研究人員對(duì)反硝化除磷工藝的機(jī)理和影響因素都做了深入研究。雙污泥SBR工藝是在傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，該工藝實(shí)現(xiàn)了“一碳兩用”，有效的解決了傳統(tǒng)脫氮除磷中一直存在的反硝化菌和聚磷菌的泥齡矛盾的問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)雙污泥SBR反應(yīng)器在不同碳源及COD濃度條件下的處理效果，為該工藝在實(shí)踐中的運(yùn)用提供技術(shù)數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)條件

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)裝置總有效容積為40 L，有機(jī)玻璃板將其分隔成四部分：厭氧反應(yīng)器、靜置池、好氧反應(yīng)器、缺氧反應(yīng)器，所占有的有效容積分別為10 L,3 L,13 L,14 L，沉淀池的體積為20 L。

反應(yīng)器可內(nèi)置在線監(jiān)測(cè)溫度探頭、DO探頭、pH探頭及攪拌器和曝氣裝置。攪拌漿設(shè)置在厭氧區(qū)和缺氧區(qū)，充分?jǐn)嚢枰员３治勰嗵幱诰鶆驊腋顟B(tài)。好氧區(qū)通過(guò)曝氣頭供氧，使用空壓機(jī)提供氧氣，流量用流量計(jì)控制。反應(yīng)器溫度通過(guò)加熱棒控制。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水、排水、排泥、污泥跨越和污泥回流均有蠕動(dòng)泵控制。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用人工合成廢水采用110 ℃高溫滅菌1 h后使用，以防細(xì)菌在進(jìn)水罐中滋長(zhǎng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)用水與接種污泥

實(shí)驗(yàn)用水為合成廢水，模擬城市污水水質(zhì)，水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)接種的污泥取自城市污水處理廠反應(yīng)池曝氣末端混合液。將混合液靜置1 h，棄去上清液及沉降性差的污泥，剩下的污泥作為實(shí)驗(yàn)接種污泥。

表1 原水水質(zhì)參數(shù) g/L

2.3 聚磷菌的培養(yǎng)馴化

本實(shí)驗(yàn)的反硝化聚磷菌的培養(yǎng)馴化主要分為兩個(gè)步驟：首先，通過(guò)厭氧/好氧條件下培養(yǎng)出具有高效的除磷性能的聚磷菌。好氧反應(yīng)器中加入合成污水，并將從污水廠取回的活性污泥悶曝后倒入。攪拌器啟動(dòng)，將泥水混合均勻，使厭氧/好氧反應(yīng)交替進(jìn)行。運(yùn)行周期包括厭氧3 h及好氧3 h，溫度25 ℃左右時(shí)好氧曝氣量控制在0.3 L/min。連續(xù)曝氣進(jìn)行馴化20 d，期間不斷通過(guò)鏡檢來(lái)觀察污泥接種和掛膜的狀況。其次，通過(guò)厭氧/缺氧環(huán)境對(duì)反硝化聚磷菌進(jìn)行培養(yǎng)富集強(qiáng)化。在富集強(qiáng)化階段，將一定量的亞硝酸鈉加入原水中，用以提高以NO2-N作為電子受體的反硝化聚磷菌含量。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同碳源對(duì)反硝化除磷的影響

將合成廢水加入3個(gè)反應(yīng)器中，溫度保持在25 ℃，用稀鹽酸或氫氧化鈉將合成廢水pH調(diào)至7.0。分別選擇乙酸鈉、乙醇、丙酸鈉作為合成廢水的碳源，以硝酸鹽為電子受體，COD保持在200 mg/L左右，在厭氧/缺氧的條件下運(yùn)行。經(jīng)過(guò)馴化反硝化除磷效果比較穩(wěn)定，連續(xù)監(jiān)測(cè)了穩(wěn)定運(yùn)行50 d，采用不同碳源的各個(gè)反應(yīng)器中上清液磷的濃度變化及去除情況，如圖1～圖3所示。

3個(gè)反應(yīng)器進(jìn)水磷濃度相同，以乙酸鈉、乙醇、丙酸鈉為碳源馴化的反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行50 d，期間各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比情況見(jiàn)圖4。其中，以乙酸鈉、乙醇、丙酸鈉為碳源的反應(yīng)器，對(duì)總磷的去除率分別為92.8%,58.9%,81.3%，平均出水TP分別為0.31 mg/L,1.85 mg/L,0.82 mg/L。說(shuō)明以乙酸鈉為碳源馴化的污泥，總磷的去除率最高，其次是丙酸鈉馴化的污泥，以乙醇為碳源馴化的污泥的除磷效果較低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明乙酸鈉是更利于反硝化除磷系統(tǒng)利用的碳源。

3.2 不同COD濃度對(duì)反硝化除磷的影響

從圖5可以看出，三個(gè)厭氧反應(yīng)器都發(fā)生了厭氧釋磷現(xiàn)象，反應(yīng)開(kāi)始后1 h內(nèi)釋磷量分別在75%,81%和86%，2 h和3 h時(shí)釋磷量趨于平緩，說(shuō)明厭氧釋磷現(xiàn)象在初期明顯，之后隨著時(shí)間變長(zhǎng)變化不大。COD濃度為80 mg/L左右時(shí)，釋磷量為7.98 mg/L，隨著進(jìn)水COD濃度的增加，釋磷量有顯著增加，COD濃度為220 mg/L左右時(shí)最大釋磷量達(dá)到了13.12 mg/L。說(shuō)明隨著COD濃度的增加，足夠的碳源提供能量分解并釋放多聚磷酸鹽。

在厭氧釋磷結(jié)束后，經(jīng)好氧反應(yīng)器進(jìn)入缺氧反應(yīng)器，進(jìn)行缺氧吸磷，圖6為3 h后測(cè)得各個(gè)反應(yīng)器吸磷結(jié)果。

從圖6可以看出，實(shí)驗(yàn)中3個(gè)缺氧反應(yīng)器都出現(xiàn)了吸磷現(xiàn)象，經(jīng)測(cè)定COD濃度為80 mg/L,150 mg/L和220 mg/L時(shí)，TP濃度3 h后分別為2.81 mg/L，1.09 mg/L，4.9 mg/L。由此可見(jiàn)，缺氧吸磷的效果最好COD濃度為150 mg/L，此時(shí)，磷去除率高達(dá)92%。當(dāng)COD濃度為220 mg/L時(shí)，吸磷效果并不好，分析有兩個(gè)原因：首先，雖釋磷菌過(guò)量釋磷，但水中的磷酸鹽遠(yuǎn)超出了其吸磷負(fù)荷；其次，當(dāng)COD濃度供大于需時(shí)，剩余的有機(jī)物進(jìn)而在缺氧吸磷階段被反硝化菌優(yōu)先利用，進(jìn)行了反硝化作用，從而抑制了缺氧吸磷。當(dāng)COD為80 mg/L時(shí)，吸磷能力下降的原因主要是由于有機(jī)物濃度不足，導(dǎo)致厭氧釋磷不充分。

4 結(jié)語(yǔ)

雙污泥SBR反硝化除磷系統(tǒng)處理模擬城市生活污水的研究結(jié)果表明，在初始情況相同情況下，選擇乙酸鈉、乙醇、丙酸鈉為碳源總磷的去除率對(duì)比，結(jié)論是乙酸鈉是更利于反硝化除磷系統(tǒng)利用的碳源，總磷的去除率為92.8%。進(jìn)水COD濃度為150 mg/L反硝化除磷效果最佳，磷去除率達(dá)到92%，整個(gè)過(guò)程運(yùn)行穩(wěn)定。