誘導(dǎo)結(jié)晶對反硝化除磷的強(qiáng)化作用

顧 倩 呂錫武 史 靜 李 潔

(1東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,南京 210096)(2無錫太湖水環(huán)境工程研究中心,無錫 214000)

生物除磷是相對經(jīng)濟(jì)、效果較好的除磷技術(shù)[1],但是原水中碳源不足是生物除磷的主要障礙之一,同時生物方法是通過排出的富磷剩余污泥來除磷,不僅造成二次污染,也是對磷資源的浪費(fèi)．近年來,將化學(xué)與生物方法相結(jié)合的除磷工藝已成為研究熱點(diǎn)[2-5],利用化學(xué)除磷不僅減輕了除磷脫氮過程中由于碳源短缺而造成的生物除磷負(fù)擔(dān),又能達(dá)到回收磷的作用,實(shí)現(xiàn)資源化利用[6-7]．

本文將雙污泥反硝化除磷工藝與誘導(dǎo)結(jié)晶工藝相結(jié)合．在雙污泥工藝中,反硝化聚磷菌利用硝態(tài)氮作為最終電子受體進(jìn)行反硝化聚磷,為了使硝化菌和聚磷菌有良好的生長環(huán)境，將其在2個獨(dú)立的反應(yīng)器中培養(yǎng)[8]．羥基磷酸鈣誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)是基于誘導(dǎo)成核的原理,將投加礦物粒子作為晶種，加快晶體成核速度,促進(jìn)羥基磷酸鈣在晶種表面結(jié)晶,得到純度高且易于分離的結(jié)晶產(chǎn)物,直接用于工業(yè)生產(chǎn)[9-10].將2種工藝有機(jī)結(jié)合可取得提高除磷脫氮效率和有效回收磷資源的雙重效益.

本文利用SBR雙污泥-誘導(dǎo)結(jié)晶工藝,重點(diǎn)研究加藥量對誘導(dǎo)結(jié)晶磷回收量的影響、誘導(dǎo)結(jié)晶回收量對雙污泥生物除磷系統(tǒng)的強(qiáng)化作用及其影響程度．

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 工藝流程

SBR雙污泥-誘導(dǎo)結(jié)晶工藝(A2N-IC SBR)的流程見圖1．本研究中雙污泥工藝由厭氧/缺氧間歇反應(yīng)器(anaerobic/anoxic SBR,A2SBR)與硝化間歇反應(yīng)器(nitrification SBR,N SBR)構(gòu)成,在A2SBR中設(shè)置后置曝氣裝置,2個SBR生物反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成,有效容積均為10 L,容積交換比為65%，即2個SBR互相交換的水占反應(yīng)器有效容積的體積分?jǐn)?shù)為65%.在A2SBR中設(shè)有攪拌器和曝氣頭,在N SBR中設(shè)有曝氣頭.誘導(dǎo)結(jié)晶間歇式反應(yīng)器(induced crystallization SBR,IC SBR)由有機(jī)玻璃制成,有效容積為1.3L,設(shè)有均勻布?xì)庋b置和連續(xù)加藥裝置．

圖1 SBR誘導(dǎo)結(jié)晶-雙污泥除磷脫氮工藝流程圖

1.2 接種污泥和試驗(yàn)用水

雙污泥SBR系統(tǒng)的活性污泥取自500L/d的連續(xù)流雙污泥-誘導(dǎo)結(jié)晶除磷脫氮中試裝置,雙污泥分別表現(xiàn)出良好的反硝化聚磷和硝化功能．進(jìn)水采用人工配水,投加乙酸鈉、脲素、磷酸二氫鉀和碳酸氫銨等,碳磷質(zhì)量比控制在30左右,進(jìn)水中COD,TP,NH3-N和TN質(zhì)量濃度分別為250,8,45和50mg/L．誘導(dǎo)結(jié)晶單元選擇經(jīng)過預(yù)處理后的100～150目的方解石作為晶種[11],投加量為40g,將氯化鈣作為沉淀劑,考慮到自來水中含有Ca2+,Mg2+等離子,所以沉淀劑采用超純水配置,進(jìn)藥量和進(jìn)水量體積比為1∶10．

1.3 水質(zhì)指標(biāo)與分析方法

水質(zhì)指標(biāo)按照國家環(huán)?？偩诸C布的標(biāo)準(zhǔn)分析方法測定,監(jiān)測指標(biāo)和檢測方法見表1．

表1 監(jiān)測指標(biāo)與檢測方法

1.4 試驗(yàn)方法和檢測方法

1.4.1 進(jìn)藥量對磷回收量的影響

1.4.2 結(jié)晶磷回收量對反硝化除磷的強(qiáng)化作用

通過改變加藥量來提高結(jié)晶磷回收量,從厭氧釋磷量、聚磷量與釋磷量之比和反硝化聚磷等方面考察提高結(jié)晶磷回收量對雙污泥生物系統(tǒng)的強(qiáng)化作用．

表2 A2N-IC SBR試驗(yàn)條件

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 加藥量對磷回收量的影響

由于采用加藥量與進(jìn)水量的體積比為1∶10,即出水體積與進(jìn)水體積不同,所以推導(dǎo)結(jié)晶柱內(nèi)回收率公式為

(1)

整理得

(2)

式中,R為磷結(jié)晶率;Cin,Cout為進(jìn)水和出水的磷濃度;Vin為進(jìn)水體積．

圖2 不同對磷結(jié)晶回收率的影響

2.2 結(jié)晶回收磷對雙污泥反硝化除磷的強(qiáng)化作用

根據(jù)工藝流程可知,提高結(jié)晶磷回收率會降低反硝化聚磷段進(jìn)水磷負(fù)荷,聚磷反應(yīng)能否正常進(jìn)行又會影響到下一周期的厭氧釋磷反應(yīng),故需要考察提高結(jié)晶磷回收率對厭氧釋磷的影響．由試驗(yàn)結(jié)果可知,30個周期平均釋磷量分別為13.32,13.89,12.98,13.24mg/L,可見厭氧釋磷量并沒有隨著結(jié)晶磷回收率的大幅提高而有明顯變化,說明提高磷的結(jié)晶量并不會對厭氧釋磷效果有較大的影響.這是由于生物反應(yīng)器內(nèi)MLSS變化不大,聚磷菌的數(shù)量變化很小,且進(jìn)水碳磷比較穩(wěn)定,因此厭氧釋磷量也變化不大．

生物聚磷量和釋磷量之比的計(jì)算式為

(3)

式中,θ為聚磷量與釋磷量之比;N為聚磷量;M為釋磷量;QT,QAn,QA,QIC分別為進(jìn)水磷含量、厭氧釋磷量、反硝化聚磷量和結(jié)晶磷回收量．

在本試驗(yàn)中,釋磷量與結(jié)晶磷回收率關(guān)系不大,而隨著結(jié)晶回收率的提高,聚磷量與釋磷量之比從1.51降至1.24,比值越接近1表明生物除磷作用越小[17],這是由于厭氧釋磷后環(huán)境中的一部分磷通過化學(xué)方法得以去除,減輕了反硝化聚磷的負(fù)擔(dān),從而在進(jìn)水碳磷比較低的水平下保證了出水水質(zhì).另一方面通過誘導(dǎo)結(jié)晶工藝得到了磷結(jié)晶產(chǎn)物,宏觀上強(qiáng)化了整套工藝的除磷效能．圖3為4種加藥量下結(jié)晶磷回收量對聚磷量與釋磷量之比的影響.

圖3 結(jié)晶磷回收量對聚磷量與釋磷量之比的影響

圖4(b)比較了4種工況下,在反應(yīng)時間段0～15,15～30,30～60,60～90min中缺氧段的比聚磷速率隨時間的變化,利用下式計(jì)算比聚磷速率:

(4)

式中,ν為比聚磷速率;Δρ為比濃度差;Δτ為反應(yīng)時間．

在反應(yīng)時間0～15min時間段內(nèi),結(jié)晶回收量越多比聚磷速率越低.分析認(rèn)為,缺氧段進(jìn)水磷濃度越高,則磷在外界與微生物體內(nèi)的濃度梯度越大,越有利于微生物進(jìn)行反硝化聚磷反應(yīng)．在反應(yīng)時間15～30min時間段內(nèi),4種反應(yīng)速率接近,但鈣磷摩爾比為3∶1的反應(yīng)速率高于其他工況,這是由于硝氮的濃度較高,加快了反硝化比聚磷速率．反應(yīng)前期比聚磷速率明顯高于反應(yīng)后期,反硝化聚磷反應(yīng)主要在反應(yīng)前30min完成,反應(yīng)至30min之后,比聚磷速率均趨于0,反硝化聚磷反應(yīng)基本停止．

圖4 提高結(jié)晶磷回收量對反硝化聚磷的影響

3 結(jié)論

3) 在反硝化聚磷反應(yīng)前期,磷結(jié)晶回收量越大,反硝化比聚磷速率越小,隨著環(huán)境中磷濃度的降低,比聚磷速率減小,30min后4種工況下聚磷反應(yīng)均趨于停止．因此,在保證缺氧段適當(dāng)反應(yīng)時間的前提下,誘導(dǎo)結(jié)晶回收磷并不會對雙污泥反硝化除磷產(chǎn)生負(fù)面影響．

)

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