厭氧除磷的影響因素探究

王濤　焦裕馨　王定城

摘 要：目前，有關(guān)厭氧除磷的研究很多，大多都是對產(chǎn)磷化氫的環(huán)境和磷化氫產(chǎn)生菌進行研究的，而鮮有以AAO工藝厭氧池為原型，對厭氧除磷的影響因素就行的研究。該試驗以AAO工藝厭氧池為反應(yīng)原型，采用控制變量的原理設(shè)計工況試驗，研究進水TP濃度、懸浮填料投配比、有無活性污泥等情況對厭氧除磷效果的影響，通過試驗發(fā)現(xiàn)三種因素均在不同程度影響厭氧除磷效率。

關(guān)鍵詞：厭氧除磷；進水TP濃度；懸浮填料投配比；活性污泥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.196

1 前言

1923年，Barrenscheen等人通過研究發(fā)現(xiàn)存在厭氧還原有機磷和無機磷化合物間的細菌。1927年，Radakov等人發(fā)現(xiàn)存在厭氧還原磷酸鹽的土壤細菌。1959年，Tsubota等人在水淹土中發(fā)現(xiàn)磷酸鹽還原反應(yīng)。1988年，DéVail等人發(fā)現(xiàn)湖泊沉積物能釋放磷化氫，此外他們還發(fā)現(xiàn)污水處理過程混合液TP不守恒。隨后DéVail等通過氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS），對污水處理系統(tǒng)的氣、液、固三項進行磷平衡分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)處在氣態(tài)形式磷流失。1994年，Gassmann等人在港口沉積物、次表層及底層水中也發(fā)現(xiàn)了磷化氫的存在。2000年，Jenkins等人配制特定培養(yǎng)基培養(yǎng)接種物，隨后在培養(yǎng)基中檢測到磷化氫。

在我國，2003年，王曉蓉等人利用硫酸消化和二級冷井富集的技術(shù)手段檢測到太湖、南京烏龍譚的沉積物也存在磷化氫。2005年，丁麗麗等人以污水處理廠為研究對象，在處理工藝的厭氧污泥、缺氧污泥、好氧污泥沉淀污泥和消化污泥中均檢測到磷化氫。2008年，Liu等人研究表明厭氧條件下微生物能還原磷酸鹽釋放磷化氫，且磷化氫的產(chǎn)量與微生物豐度成正比。2009年，周健等人在榨菜廢水處理過程中發(fā)現(xiàn)磷酸鹽還原現(xiàn)象。2011年，陳垚等人提出pH越高，磷化氫越不容易被污泥吸附，從而釋放出來。

本文以模擬生活污水（在實驗室用化學(xué)物質(zhì)按生活污水水質(zhì)配置的人工配水）為處理對象，通過試驗研究，對比不同的進水TP濃度、懸浮填料投加比、厭氧池活性污泥存在與否條件下，厭氧池進出水TP濃度差的差異。以此來尋找更有利于厭氧產(chǎn)磷化氫的工況條件。

2 試驗裝置與方法

2.1 試驗裝置

試驗共設(shè)置十八個工況，每個工況初始時刻反應(yīng)器內(nèi)的COD、TN、NH4+-N濃度分別為350mg/L、30mg/L、20mg/L左右，TP濃度根據(jù)各個工況條件確定。各工況試驗條件見下表：

2.2 試驗方式

工況試驗分為六次完成，每次有三個工況同時進行試驗。反應(yīng)開始時一次性投加營養(yǎng)物質(zhì)、微量元素等，期間不進行補充，反應(yīng)過程中分時段取樣測定，待測樣品均隨采隨測的測定方式，不做保存，各工況連續(xù)采樣6小時后，試驗結(jié)束。

在試驗過程中，COD采用哈希測定儀測定，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，NH4+-N采用納氏試劑比色法測定，TP采用鉬酸銨分光光度法測定，NO3--N采用酚二磺酸分光光度法測定。

在取樣過程中均取混合液，經(jīng)30min沉淀后取上清液測定?；旌弦红o置30min，這一靜置時間是二沉池水利停留時間的1/3，活性污泥能較好的沉降，得到澄清上清液，同時能有效避免聚磷菌厭氧釋磷影響上清液TP濃度。根據(jù)預(yù)實驗中取的7組混合液樣品，在經(jīng)離心后取上清液和沉淀30min后取上清液測得的TP濃度在0.05的置信水平下無顯著性差異，這也表明沉淀30min后取上清液進行測定時可行的。另外，工況試驗所有樣品均采用沉淀30min取上清液測定的方式，保證各樣品試驗過程一致，從而避免因操作引起的試驗誤差。

3 結(jié)果與討論

3.1 進水TP濃度的影響

各個懸浮填料投配比和有無活性污泥條件下，不同進水TP濃度工況試驗中釋磷量隨時間變化曲線如下圖1所示：（0、10%、20%表示投配比，×表示無活性污泥，√表示有活性污泥，釋磷量為正表示厭氧釋磷，釋磷量為負表示厭氧吸磷）

圖1中可以看出，除工況三、工況六、工況九呈現(xiàn)釋磷現(xiàn)象外，其余工況組均呈現(xiàn)厭氧“吸磷”現(xiàn)象。工況一、工況四、工況七為懸浮填料投配比10%，不添加活性污泥的工況組，三個工況在不同進水TP濃度的試驗中均呈現(xiàn)出厭氧“吸磷”現(xiàn)象，并且在前120min，三個工況的“吸磷”量大體相當，直到反應(yīng)120min“吸磷”量增大，經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)三組工況在0.05的置信度水平下不存在顯著差異。工況二、工況五、工況八為投配比10%，添加活性污泥的工況組，這三組TP濃度在前60min變化不大，工況二在反應(yīng)初期略有上升，到反應(yīng)180min后釋磷量在-0.3mg/L左右趨于平穩(wěn)，工況五在反應(yīng)初期TP濃度基本不變，直到約反應(yīng)70min呈現(xiàn)厭氧“吸磷”現(xiàn)象，工況八在反應(yīng)初期就出現(xiàn)厭氧“吸磷”現(xiàn)象，在試驗期間“吸磷”量逐漸增加直到反應(yīng)結(jié)束，對擬合曲線求導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，這三組工況試驗中進水TP濃度偏低或偏高時厭氧“吸磷”速率更快，且三組試驗結(jié)果在0.05的置信度水平下存在顯著差異。工況三、工況六、工況九為懸浮填料投配比0，僅添加活性污泥的工況組，這三組均在反應(yīng)一開始就出現(xiàn)厭氧釋磷現(xiàn)象，隨著進水TP濃度升高厭氧“吸磷”速率減小，經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)三組工況在0.05的置信度水平下也存在顯著差異。工況十、工況十三、工況十六為懸浮填料投配比20%，不添加活性污泥的工況組，三組均在反應(yīng)初始就呈現(xiàn)出TP濃度降低的趨勢，且一直持續(xù)到反應(yīng)結(jié)束，工況十作為進水TP濃度最低的一組，在反應(yīng)結(jié)束時TP濃度最低，對擬合曲線求導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，這三組工況試驗中進水TP濃度偏低或偏高時厭氧“吸磷”速率更快，且在0.05的置信度水平下工況十與工況十三、工況十六之間存在顯著性差異，而工況十三和工況十六之間不存在顯著性差異。工況十一、工況十四、工況十七為懸浮填料投配比20%，添加活性污泥的工況組，三組均在反應(yīng)歷時60min后出現(xiàn)明顯的厭氧“吸磷”現(xiàn)象，對擬合曲線求導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，這三組工況試驗中進水TP濃度偏低或偏高時厭氧“吸磷”速率更快，且三組試驗結(jié)果在0.05的置信度水平下存在顯著差異。

3.2 可掛膜懸浮填料投配比的影響

各個進水TP濃度和有無活性污泥條件下，不同可掛膜懸浮填料投配比工況試驗中釋磷量隨時間變化曲線如下圖2：（6mg/L、9mg/L、12 mg/L表示進水TP濃度，×表示無活性污泥，√表示有活性污泥，釋磷量為正表示厭氧釋磷，釋磷量為負表示厭氧吸磷）

在圖2中，工況二、工況三、工況十一為進水TP濃度為6mg/L，添加活性污泥的工況組，在反應(yīng)初期60min內(nèi)均呈現(xiàn)出不同程度的釋磷量，但是60min后工況二和工況十一的釋磷量均開始出現(xiàn)負值，而工況三則持續(xù)釋磷直到試驗結(jié)束，通過回歸分析可以判斷添加填料的工況二和工況十一的釋磷速率隨著填料投配比的增大略有減小，但是二者在0.05的置信度水平下不存在顯著性差異。工況一和工況十為進水TP濃度為6mg/L，不添加活性污泥的工況組，從反應(yīng)一開始三個工況均呈現(xiàn)出厭氧“吸磷”現(xiàn)象，通過回歸分析可以判斷該組工況試驗的“吸磷”速率隨填料投配比的增大而的增大，且二者在0.05的置信度水平下不存在顯著性差異。工況五、工況六、工況十四為進水TP濃度為9mg/L，添加活性污泥的工況組，三個工況的釋磷量變化分別與工況二、工況三、工況十一相似。工況四和工況十三為進水TP濃度為9mg/L，不添加活性污泥的工況組，兩組工況始終呈現(xiàn)出厭氧“吸磷”現(xiàn)象，且在反應(yīng)開始的前180min內(nèi)，10%和20%的投配比并未造成明顯的釋磷量差異，兩個工況組的釋磷量基本相當，通過回歸分析可以判斷該組工況試驗的“吸磷”速率隨填料投配比的增大而的減小，且二者在0.05的置信度水平下不存在顯著性差異。工況八、工況九、工況十七為進水TP濃度為12mg/L，添加活性污泥的工況組，三個工況的釋磷量變化也分別與工況二、工況三、工況十一相似。工況七和工況十六為進水TP濃度為12mg/L，不添加活性污泥的工況組，也是從反應(yīng)一開始釋磷量就是負值，呈現(xiàn)出厭氧“吸磷”現(xiàn)象，且在反應(yīng)30min后就出現(xiàn)明顯差異，投配比為20%的工況十六的厭氧“吸磷”效果明顯優(yōu)于投配比為10%的工況七，但是隨著反應(yīng)時間的增加，二者的 “吸磷”量差距逐漸保持穩(wěn)定，通過回歸分析可以判斷添加填料的工況二和工況十一的釋磷速率隨著填料投配比的增大而增大，且二者在0.05的置信度水平下不存在顯著性差異。

3.3 活性污泥的影響

各個進水TP濃度和可掛膜懸浮填料投配比條件下，不同有無活性污泥工況試驗中釋磷量隨時間變化曲線如下圖3：（6mg/L、9mg/L、12 mg/L表示進水TP濃度，10%、20%表示投配比，釋磷量為正表示厭氧釋磷，釋磷量為負表示厭氧吸磷）

在圖3中可以看出，每一張釋磷量變化圖中均是前一工況從反應(yīng)一開始就呈現(xiàn)厭氧“吸磷”現(xiàn)象，而后一工況均在反應(yīng)60min左右才呈現(xiàn)出明顯的厭氧“吸磷”現(xiàn)象，并且前一工況的厭氧“吸磷”量始終大于后一工況。通過回歸分析判斷，工況一和工況二、工況十和工況十一、工況四和工況五、工況十六和工況十七均表現(xiàn)為無活性污泥添加的工況組的厭氧“ 吸磷”速率大于添加活性污泥的工況組，而工況十三和工況十四、工況七和工況八則相反，表現(xiàn)為無活性污泥添加的工況組的厭氧“ 吸磷”速率小于添加活性污泥的工況組。這可能是因為如下原因?qū)е碌模阂环矫?，進水TP濃度較高且反應(yīng)器采用全混流厭氧反應(yīng)器，使得混合液與聚磷菌胞內(nèi)TP濃度差偏低，抑制了聚磷菌的厭氧釋磷作用，從而厭氧“吸磷”左右會更顯著；另一方面，污泥與填料長期共存后污泥中也會有部分能厭氧還原磷酸鹽的微生物，這些微生物與填料微生物一起還原混合液中的磷酸鹽，從而加速了厭氧“吸磷”速率。通過SPSS對同一進水TP濃度和投配比的工況的釋磷量進行方差分析，結(jié)果顯示在0.05的顯著性水平下，活性污泥的有無對厭氧釋磷量影響顯著。

4 結(jié)論

本試驗以厭氧為試驗條件，探究了不同進水TP濃度、不同可掛膜懸浮填料投配比，以及有無活性污泥工況條件下，厭氧釋磷量的變化情況。通過控制變量試驗的結(jié)果對比，得出如下結(jié)論：

（1）當可掛膜懸浮填料投配比相同時，在無活性污泥條件下，進水 TP 濃度對厭氧“吸磷”量不存在顯著影響；在有活性污泥條件下，不投加可掛膜懸浮填料的工況組的厭氧釋磷速率隨著進水TP濃度的升高而減小，投加可掛膜懸浮填料的工況組在進水濃度偏高或偏低時厭氧“吸磷” 速率更快。

（2）當進水TP濃度相同時，在無活性污泥條件下，投配比為10%的工況組的|△TP|小于投配比為20%的工況組，投配比越大厭氧“吸磷”速率越大；在有活性污泥條件下，進水TP濃度相同時，不投加可掛膜懸浮填料的工況組與投加懸浮填料的工況組之間存在顯著差異，前者表現(xiàn)為厭氧釋磷，后者表現(xiàn)為厭氧“吸磷”，但是對于投加可掛膜懸浮填料的工況組而言，投配比對厭氧“吸磷”量不存在顯著影響。

（3）在進水TP濃度和可掛膜懸浮填料投配比都相同的條件下，有無活性污泥對厭氧釋磷量存在顯著影響，微生物反應(yīng)不受TP濃度和活性污泥限制時，無活性污泥的工況組厭氧“吸磷”速率明顯大于有活性污泥的工況組，微生物反應(yīng)受TP濃度和活性污泥限制時，可能出現(xiàn)無活性污泥的工況組厭氧“吸磷”速率小于有活性污泥的工況組的情況。

參考文獻：

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*為通訊作者