不同進(jìn)水條件對(duì)SBR工藝脫氮除磷效果影響的試驗(yàn)研究

孫一銘 于曉諦 李研 韓玉婷 李紅艷 安一涵

(哈爾濱石油學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150028)

不同進(jìn)水條件對(duì)SBR工藝脫氮除磷效果影響的試驗(yàn)研究

孫一銘 于曉諦 李研 韓玉婷 李紅艷 安一涵

(哈爾濱石油學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150028)

采用人工配水，研究進(jìn)水在不同pH值、碳源類型、碳氮比條件下，厭氧/好氧/缺氧(A/O/A)SBR工藝對(duì)生物脫氮除磷效果的影響。結(jié)果表明：不同的進(jìn)水條件對(duì)反應(yīng)器的影響較大，當(dāng)pH為7.2，乙酸鈉為碳源，碳氮比為1.6時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)行效果最佳，系統(tǒng)對(duì)PO43--P，NH4+-N的去除率分別達(dá)到96.6％，99.5％。NO3--N，NO2--N的出水濃度平均為2.8mg/L，0.8mg/L。進(jìn)水條件良好時(shí)，A/O/ASBR反應(yīng)器適合反硝化聚磷菌的富集，解決了反硝化菌和聚磷菌世代周期不同，爭(zhēng)奪碳源等矛盾，能夠很好的實(shí)現(xiàn)同步脫氮除磷。

SBR工藝；脫氮除磷；反硝化聚磷菌

1 引言

水體中氮、磷含量的超標(biāo)是導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。傳統(tǒng)污水處理工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果較好，但對(duì)氮、磷的去除還有待進(jìn)一步提高。主要原因是水體中的聚磷菌和反硝化菌一直存在著對(duì)碳源的競(jìng)爭(zhēng)，且世代周期不同，這就使得傳統(tǒng)的生物脫氮除磷工藝存在著自身難以解決的矛盾。隨著反硝化聚磷菌能夠以硝酸鹽氮為電子受體在反硝化的同時(shí)進(jìn)行吸磷，達(dá)到“一碳兩用”。本實(shí)驗(yàn)依托黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，主要研究厭氧/好氧/缺氧(A/O/A)SBR在不同進(jìn)水條件下，系統(tǒng)對(duì)工藝脫氮除磷效果的影響，為工程實(shí)踐提供理論依據(jù)，為污水脫氮除磷工藝的創(chuàng)新提供技術(shù)支持。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

SBR反應(yīng)器采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)制造的直徑為20cm，高為50cm的圓柱形有機(jī)玻璃儀器，型號(hào)WT-037。

實(shí)驗(yàn)用水采用人工配水，具體成分如下：無水乙酸鈉(電子供體)、磷酸二氫鉀(可溶性磷)、氯化銨(氮源)、無水氯化鈣、硫酸鎂，微量元素(硫酸鐵、硫酸錳、硫酸銅、氯化鈷)。人工配水水質(zhì)穩(wěn)定且易于控制，比較適合工藝運(yùn)行特征和微生物特征的研究。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)如下：進(jìn)水5min，厭氧180min，好氧120min，缺氧150min，沉淀10min，排水5min。好氧段采用微孔曝氣頭曝氣，厭氧、缺氧段采用磁力攪拌器攪拌。實(shí)驗(yàn)所取的污泥來自哈爾濱市松浦污水處理廠，MLSS保持在5460mg/L左右，定期進(jìn)行排泥。污泥齡為8-10d，溫度保持在18℃-23℃，水力停留時(shí)間為23h，設(shè)計(jì)為一天一次進(jìn)水，水力停留時(shí)間較長(zhǎng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

通過逐一改變反應(yīng)器進(jìn)水的pH值，碳源類型以及碳氮比例，分別得出脫氮除磷效果，探討不同條件下對(duì)SBR工藝脫氮除磷效果的影響。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法采用國(guó)家環(huán)保部頒布的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。具體如表1所示：

表1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 pH值對(duì)脫氮除磷效果的影響

pH值能夠影響SBR反應(yīng)器的運(yùn)行，Hesselmann等認(rèn)為pH值能夠直接影響微生物體內(nèi)乙酸輸送過程中對(duì)于能量的需求，而且還與代謝過程密切相關(guān)，直接反映出生物體內(nèi)聚磷和糖原的濃度。實(shí)驗(yàn)小組成員在維持其他條件恒定的基礎(chǔ)上，通過改變進(jìn)水的pH值，測(cè)定系統(tǒng)的脫氮除磷效率。由于在厭氧階段，微生物除磷系統(tǒng)適宜的pH范圍為中性或弱堿性，兼性厭氧階段，反硝化細(xì)菌脫氮適宜在中性的環(huán)境中生存。當(dāng)pH值小于6過于偏酸性時(shí)，微生物的酶活性降低會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)破裂，影響生化反應(yīng)的正常進(jìn)行。而pH過高過于偏堿性時(shí)又可能會(huì)產(chǎn)生磷酸鈣類沉淀。所以實(shí)驗(yàn)小組選擇進(jìn)水的pH范圍6.8-8.0，如圖1所示：三組實(shí)驗(yàn)pH取值分別為6.8、7.2、8.0，系統(tǒng)對(duì)PO43--P的平均去除率分別為93.6％，97.8％，81.26％?？梢钥闯霎?dāng)pH值為7.2時(shí)，系統(tǒng)對(duì)PO43--P的去除率最高。當(dāng)pH為弱酸性時(shí)，系統(tǒng)的除磷效果也較好，其原因是系統(tǒng)處于厭氧階段，細(xì)胞內(nèi)的聚磷在酸性條件下被水解，從而導(dǎo)致磷的快速釋放。因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：當(dāng)pH值為弱酸性或中性時(shí)，反硝化聚磷菌細(xì)胞內(nèi)水解充分，吸磷效果好，除磷效率高。同時(shí)可以測(cè)得系統(tǒng)在三個(gè)不同pH值時(shí)對(duì)NH4+-N的去除效率都能達(dá)到97％以上。隨著pH值的升高，去除效率越好。當(dāng)pH為8.0時(shí)，NH4+-N的去除效率可以達(dá)到99.5％。這是由于水中的氨氮主要以氨離子和游離氨的形式存在，pH值升高時(shí)，游離氨所占比例增大，易于從水中逸出，從而使氨氮的去除效率增大。經(jīng)檢測(cè)結(jié)果可知，系統(tǒng)出水的硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度都很低，說明系統(tǒng)的反硝化作用良好。比較三個(gè)pH值的結(jié)果可知，反硝化階段微生物最佳的適宜pH為偏堿性。

3.2 不同碳源種類對(duì)脫氮除磷效果的影響

在污水處理過程中，普遍的理論認(rèn)為是：活性污泥中的一些微生物在厭氧階段能夠快速的吸收短鏈揮發(fā)性脂肪酸，以PHA的形式貯存在生物體內(nèi)。當(dāng)好氧階段營(yíng)養(yǎng)匱乏時(shí)，聚磷菌能夠利用貯存的PHA作為碳源和能量維持細(xì)胞生長(zhǎng)，同時(shí)吸收體外的磷酸鹽，貯存在生物體內(nèi)?；谝陨侠碚摚瑢?shí)驗(yàn)小組成員分別以乙酸鈉、丙酸鈉、丁二酸鈉為碳源，對(duì)系統(tǒng)的脫氮除磷效果進(jìn)行比較。得到的結(jié)果如圖2所示：除磷效率和反硝化效率均為：乙酸鈉最高，丁二酸鈉次之，丙酸鈉最差。經(jīng)分析可知，活性污泥中的微生物細(xì)胞吸收乙酸時(shí)不是依靠主動(dòng)運(yùn)輸方式，而是通過被動(dòng)運(yùn)輸或是擴(kuò)散作用，整個(gè)過程不需要消耗能量。而且在厭氧條件下，乙酸的活化作用不需要酶的參與。所以以乙酸鈉為碳源，系統(tǒng)的效率更高。

3.3 不同碳氮比對(duì)脫氮除磷效果的影響

傳統(tǒng)理論認(rèn)為：要達(dá)到脫氮除磷的目的，城市污水中碳氮比至少應(yīng)為4.5，當(dāng)?shù)陀诖艘髸r(shí)，需要額外投加碳源。實(shí)驗(yàn)小組成員通過改變碳氮比，發(fā)現(xiàn)隨著碳氮比的增加，脫氮除磷效率逐漸降低。如圖3所示：通過比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C/N為1.6時(shí)，處理效果最好。PO43--P和NH4+-N的去除率分別可達(dá)到96.6％和99.5％。NO3--N和NO2--N的出水濃度分別為2.8mg/L和0.8mg/L。這與楊菲菲等做的結(jié)果一致，與傳統(tǒng)的文獻(xiàn)結(jié)果不太相同。主要原因是本實(shí)驗(yàn)采用的A/O/ASBR工藝，系統(tǒng)內(nèi)占優(yōu)勢(shì)的反硝化聚磷菌以硝態(tài)氮為電子受體，在反硝化的過程能夠同步除磷。從而解決了聚磷菌與反硝化細(xì)菌對(duì)碳源的爭(zhēng)奪，以及生長(zhǎng)階段世代周期不同的矛盾。使得在碳氮比較低的條件下，只要碳源充足，就能達(dá)到很好的脫氮除磷效果。

圖1 pH值對(duì)系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響

圖2 不同碳源對(duì)系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響

圖3 不同碳氮比對(duì)系統(tǒng)脫氮除磷效果的影響

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過改變pH值、碳源類型以及碳氮比等不同的進(jìn)水條件，探討對(duì)A/O/ASBR工藝脫氮除磷效果的影響。得到結(jié)論如下：

⑴碳源類型對(duì)SBR工藝的影響最大。當(dāng)碳源為乙酸鈉時(shí)，系統(tǒng)的脫氮除磷效果最佳。

⑵當(dāng)pH值為7.2，碳源為乙酸鈉，碳氮比為1.6時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)行效果最佳，系統(tǒng)對(duì)PO43--P和NH4+-N的去除率分別可達(dá)到96.57％和99.5％。

⑶A/O/ASBR工藝能夠從根本上解決聚磷菌與反硝化細(xì)菌對(duì)碳源的爭(zhēng)奪，以及微生物生長(zhǎng)階段世代周期不同的矛盾。使得在碳氮比較低的條件下，只要碳源充足，就能達(dá)到很好的脫氮除磷效果。

〔1〕楊文婷，沈耀良.SBR中反硝化聚磷菌的培養(yǎng)馴化研究〔J〕.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32(8)：6-12.

〔2〕楊菲菲，馬放，魏利等.不同進(jìn)水條件對(duì)SBR工藝脫氮除磷效能的影響〔J〕.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(6)：127-131.

〔3〕Hesselmann R P X，Vonrummel R，Resnicketal S M，et al.Anaerobic metabolism of bacteria performing enhanced biological phosphate removal〔J〕.Water Res，2005，34(34)：87-3494.

〔4〕魏琛.淺議影響污水生物除磷的因素〔J〕.重慶環(huán)境科學(xué)，2002，24(2)：85-87.

〔5〕李明，黃民生，謝冰.A2/O工藝的影響因素研究〔J〕.上?；ぃ?007，32(12)：1-4.

〔6〕楊菲菲，馬放，魏利等.不同進(jìn)水條件對(duì)SBR工藝脫氮除磷效能的影響〔J〕.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(6)：127-131.

〔7〕Robert J Seviour，Takashi Mino，Motoharu Onuki.The microbiology of biological phosphorus removal in activated sludge systems〔J〕.FEMS Microbiology Reviews，2003，27：99-127.

〔8〕Bortone G，Libelli S M.Anoxic phosphate uptake in the dcphanox process〔J〕.Wat Sci Tech，1999，40(4-5)：177-185.

Experimental Study on Effect of Different Influent Conditions on Nitrogen and Phosphorus Removal by SBR Process

SunYiming(College of Chemical Engineering，Harbin Institute of Petroleum Harbin HeiLongjiang 150028)

Effects of different pH value，carbon source，C/N ratio of flow on nitrogen and phosphorus removal of A/O/A SBR process were investigated by using synthetic domestic wastewater as feed.The result showed that the reactor was influenced by different flow conditions greatly.When pH value was kept as 7.2，sodium acetate as carbon source，and C/N ratio was kept as 1.6，the highest nitrogen and phosphorus removal efficiency was achieved.Removal rate of PO43--P and NH4+-N were 96.57％and 99.5％respectively.Effluent concentrations of NO3--N and NO2--N were followed as 2.8 mg/L and 0.8 mg/L respectively.Denitrifying polyphosphate-accumulating bacteria were enrichment in A/O/A SBR reactor，whicn can solve the problem of competition for carbon and different bacteria generation time between denitrifying bacteria and polyphosphate-accumulating bacteria.So nitrogen and phosphorus removal were achieved simultaneously in A/O/A SBR reactor.

SBR Nitrogen and phosphorus removalDenitrifying polyphosphate-accumulating bacteria

X703.1

A

1674-263X(2016)04-0056-04

2016-12-20

項(xiàng)目來源：黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201613299004)。

孫一銘(1993-)，女，本科，主要研究污水的深度處理技術(shù)。