不同进水氨氮浓度对静置好氧缺氧SBR脱氮除磷性能的影响.docVIP

不同进水氨氮浓度对静置/好氧/缺氧SBR脱氮除磷性能的影响 许德超, 陈洪波, 李小明*, 杨麒, 罗琨, 罗冠, 彭波, 汪志龙, 谢继慈, 伍秀琼 湖南大学环境科学与工程学院, 长沙 410082 * 通讯作者, E-mail: xmli@hnu.edu.cn 收稿日期：XXXX-XX-XX；接受日期：XXXX-XX-XX 摘要 以静置段代替传统厌氧段, 采用后置缺氧, 设置进水氨氮浓度分别为20和40 mg/L的序批式静置/好氧/缺氧反应器R1和R2, 经长期运行试验, 考察静置/好氧/缺氧反应器在不同进水氨氮浓度下的脱氮除磷性能, 通过分析微生物体内储能物质的变化, 探讨静置段微生物代谢机理, 并对好氧段摄磷及同步硝化-反硝化、缺氧段反硝化摄磷及二次释磷进行研究. 结果表明, R1和R2长期运行中磷的去除率分别为61.5%和92.6%, 总氮(TN)去除率分别为97.2%和84.5%. 本研究以乙酸钠为碳源, 而静置段PHV/PHA相比传统厌氧段较高 (R1为24.5%, R2为28.1%), 表明静置段微生物代谢更多地以还原性TCA循环+琥珀酸-丙酸途径合成PHV, 并生成少量的PH2MV. R1和R2静置段均观察到溶解性正磷酸盐(SOP)大量释放, 释磷量分别为42.10, 36.95 mg/L, 随后在好氧段快速摄磷, 好氧段末SOP分别为0.72, 2.29 mg/L. R1在缺氧段因NO提前耗完而发生二次释磷, 从而使出水磷浓度较高. 而R2缺氧段发生反硝化吸磷, 从而使出水SOP降至0.91 mg/L, 去除率达92.6 %. 分析表明, 进水氨氮浓度可影响静置释磷、好氧摄磷、缺氧二次释磷及反硝化除磷, 从而影响系统除磷效果. R1和R2好氧段均发生了同步硝化-反硝化(SND), 分别贡献14.7%和17.8%的TN去除量. 采用后置缺氧反硝化, 与前置反硝化相比, 在避免混合液回流的同时利用糖原驱动反硝化, 其反硝化速率高于微生物内源性衰解驱动的反硝化速率, 脱氮效果良好, 出水TN分别为0.57, 6.61 mg/L. 关键词 静置段 BNR 同步硝化-反硝化 后置缺氧 糖原 1 引言 氮磷是导致水体富营养化的主要元素, 因此, 污水脱氮除磷对防治水体污染具有重要意义. 生物脱氮除磷(BNR)是目前最经济稳定的脱氮除磷技术. 生物除磷通过聚磷菌(PAOs)在厌氧和好氧条件交替运行实现, 聚磷菌在厌氧条件下水解聚磷获得能量, 吸收水中易降解有机物如挥发性脂肪酸(VFAs), 同时分解糖原提供还原力将VFAs合成为内聚物PHA, 然后在好氧条件下以游离氧或化合态氧为电子受体, 氧化PHA产生能量过量摄取磷酸盐并补充糖原, 最后通过排放剩余污泥实现除磷. Liu[1]等发现一类能在厌氧段与聚磷菌竞争碳源的微生物, 称之为聚糖菌(GAOs), 这类微生物厌氧环境中不释磷, 在好氧条件下也不摄磷, 但其他代谢形式与聚磷菌相同. 而Zhou[2]等发现PAOs在体内聚磷有限的情况下呈现GAOs 的代谢特点. 生物脱氮是通过硝化菌在好氧条件下将氨氮转化为硝态氮, 再通过反硝化菌在缺氧环境中将硝态氮还原成氮气, 从而达到脱氮的目的. 为了实现有效且可靠的脱氮, 硝化阶段通常需要相对较长的泥龄(SRT8~15 d), 而反硝化阶段则要求充足的碳源[3]. 因此, 污水处理厂通常将缺氧段置于好氧段前, 如A2/O工艺. 虽然这样能取得较好的脱氮效果, 但氧化态氮(NO)的去除受制于混合液回流速率, 而混合液回流会增加处理成本; 回流液中的溶解氧也会对缺氧反硝化产生不良影响. 后置缺氧反硝化工艺，即将缺氧段置于好氧段之后, 由于省去了混合液回流, 近年来成为研究的热点. Winkler[4]等和Coats[5]等采用的后置缺氧SBR工艺及Vocks[6]等和Bracklow[7]等采用的连续流后置缺氧MBR工艺都取得良好的脱氮除磷效果, 且都是利用胞内糖原驱动缺氧反硝化, 故缺氧段无需添加外碳源. Xu[8]等在后置缺氧反硝化的基础上将部分厌氧段混合液分配进缺氧段, 提高了反硝化除磷性能, 并在好氧段实现了同步硝化-反硝化. 笔者在研究后置缺氧工艺的试验中发现, 进水后未进行厌氧搅拌, 系统中仍能观察到磷酸盐的大量释放, 且曝气开始后磷酸盐仍能被过量吸收. 试验表明该现象并非偶然, 而是可长期维持. 这是在后置缺氧工艺基础上进一步的优化探索. 此外, 在BNR工艺中, 脱氮与除磷其实是一个相互影响的过程, 不同的进水氨氮浓度会影响除磷效果. 而后置缺氧工艺中关于这方面的研究很少. 因此, 本文以乙酸钠为单一碳源, 考察静置/好氧/缺氧序批式反应器长期运行中的脱氮除磷性能, 通过与传统厌氧段比较探究静