硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响
反硝化除磷技术分析及展望
３ ４ 溶 解 氧 ．
池进 入缺 氧 池完成 反 硝化 除磷 。
２ ２ ２ ＤＥＰＨＡＮＯＸ 工 艺 ＿ ． ． ． ｌ¨ ２
Ｄ Ｐ Ｅ ＨＡＮＯ 工艺 是在 Ａ。 工 艺 的基 础 上 改 进 Ｘ Ｎ 而成 ， 工艺 流程 如 图 ３所 示 。 其
在反 硝 化除磷 工 艺 中 ， 制 释磷 的厌 氧 条 件极 为 控 重要 。只有保 证绝 对厌 氧 ， 聚磷 菌才 能 将溶 解性 ｃ Ｄ Ｏ 转化 为 Ｐ ＨＢ储存 在体 内从 而充 分 释磷 Ｌ ２ 。厌 氧段 的
Ｄ Ｐ Ｅ ＨＡＮ ） － ）探 讨 了反 硝 化 除磷 工 艺 的 影 响 因素 ， 其 与 传 统 除磷 技 术 进 行 了 比较 ， 对 其 发 展 进 行 了展 望 。 （ｘ Ｘ 艺 ， 将 并
关键词 ： 反硝 化 除磷 技 术 ； 展 ； 望 ； 发 展 污泥 回流
中 图分 类 号 ： ０ ． Ｘ７３１
硝化 吸磷反 应 ， 而不 是 将 其 作 为 限制 除磷 的 因素 。 由 此发 展 出反硝 化除磷 技术 ， 用厌 氧 、 氧交 替 的环境 利 缺 来代 替传 统 的厌氧 、 氧环境 ， 好 驯化 培养 出一 种 以硝酸
根作 为最 终 电子受体 的反硝化 聚磷 菌 （ Ｂ 作 为优 势 ＤＰ ） 菌群 ， 过 Ｄ Ｂ的代谢 作用 ， 通 Ｐ 一碳 两用 的 同时 ， 成过 完 量 吸磷 和反硝 化过 程 ， 而 达 到 脱 氮 除磷 的 目的［ 。 从 ８ ］ 作者 在此 介绍 了反 硝 化 除磷 技 术 的 研 究进 展 ， 对 其 并
表 明 ， 源类 型对 厌 氧释磷 作用 有重 要 的影 响 ， 中投 碳 其
加 醋酸 钠 的效果 最 好 。随 着碳 源浓 度 的不 断增 大 ， 厌 氧 阶段 释磷 量和磷 的释放 速率都 有所 增加 。
硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响
第一作者:李勇智,男,1971年出生,博士研究生,主要研究方向为环境生物技术和水污染控制工程。
3国家自然科学基金重点资助项目(50138010)硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响3李勇智1 彭永臻1,2 张艳萍2 游伟民2(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 哈尔滨150001;2.北京工业大学环境与能源工程学院, 北京100022)摘要 采用SBR 反应器,详细研究了硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化除磷过程的影响。
结果表明,缺氧环境下的反硝化吸磷速率与作为电子受体的硝酸盐浓度有很大的关系,硝酸盐浓度越高,吸磷速率越快。
当硝酸盐浓度较低,不足以氧化反硝化聚磷菌细胞内的PHB 从而导致体系反硝化除磷效率的下降。
相同浓度的硝酸盐,采用流加的方式可以获得比一次性投加更高的反硝化吸磷速率。
缺氧环境下,反硝化脱氮量与磷的吸收量成良好的线性关系,借助于反硝化聚磷菌,反硝化脱氮与除磷可在一种环境中完成,有效解决了废水中COD 不足的问题,同时达到了节省能源和降低污泥产量的目的。
关键词 反硝化除磷 缺氧吸磷 生物除磷 反硝化聚磷菌 硝酸盐Effect of n itrate on den itr ify i ng dephosphat ation L i Y ong z h i ,et al .Colleg e of M unicip al and E nv ironm ental E ng i 2neering ,H arbin Institu te of T echnology ,H arbin 150001Abstract :T he effect of nitrate on denitrifying depho sphatati on w as investigated by using a labo rato ry 2scale Se 2quencing Batch R eacto r (SBR ).T he results show ed that the rate of tak ing up pho sphate in anoxic conditi on w as re 2lated to the concentrati on of nitrate .T he h igher concentrati on of nitrate w as ,the h igher rate of tak ing up pho sphate w as obtained .W hen the concentrati on of nitrate w as li m it facto r in reacto r ,the PHB sto red in the cell of denitrify 2ing pho spho rus removal bacteria could no t be oxidized fully ,w h ich led the decrease of efficiency of pho sphate re 2moval.T he continuous and steady additi on of nitrate could obtain the h igher rate of tak ing up pho sphate than the ni 2trate w as added once .T here w as a linear relati onsh i p betw een the nitrogen removal and pho sphate taken up under anoxic conditi on .Based on the activity of denitrifying pho spho rus removal bacteria ,the anoxic pho sphate removal occurs si m ultaneously w ith denitrificati on under sam e conditi on so that the o rganic substrate and energy could be saved and the ai m of reducing sludge p roducti on could be obtained .Keywords :D enitrifying depho sphatati on A noxic pho spho rus up take B i o logical pho spho rus removal D eni 2trifying pho sphate removal bacteria N itrate 废水中的磷和氮可以通过微生物的方法而被去除。
SBR法处理城市污水脱氮除磷试验
S BR法处理城市污水脱氮除磷试验Ξ张朝升,张可方(广州大学土木工程学院市政与环境工程系,广州 510405) 摘要:采用S BR工艺对广州地区城市污水进行了生物脱氮除磷实验研究。
结果表明:在碳、氮、磷比例不合理的情况下,达到了既去除有机物又能脱氮除磷的效果。
总停留时间控制在4.5～5.5h,污泥负荷为0.14～0.26kg2 BOD5/(kgM LSS・d)时,出水BOD5浓度在5.12～13.62mg/L,去除率达85%～93%;出水C OD浓度在10.7～32.2mg/ L,去除率达82%～88%;出水NH4—N浓度在2.83～9.83mg/L,去除率达53%～87%;出水TP浓度在0.1～0.45mg/L,去除率达85%～‘99%。
关键词:S BR;城市污水;脱氮除磷;污水处理中图分类号:X321 文献标识码:A 文章编号:1002-1264(2003)06-0078-03E fficiency of SBR Process in R emoval of Nitrogen and Phosphorus from Municipal W astew aterZH ANG Chao2sheng,ZH ANG K e2fang(Department of Environment Engineering,G uangzhou university,G uangzhou 510405,China) Abstract:Nitrogen and phosphorus rem oval from G uangzhou’s municipal wastewater with S BR process was studied. The results showed that the effect of organics rem oval as well as nitrogen and phosphorus rem oval can be obtained while C:N:P was out of proportion.When total HRT was4.5to5.5hours,sludge load was0.14～0.26kgBOD5/ (kgM LSS・d),the effluent concentrations of BOD5,C OD,NH3-N and TP was from5.12to13.62mg/L,10.7～32.2mg/L,2.83～9.83mg/L and0.1～0.45mg/L respectively,the rem oval rates of BOD5,C OD,NH3-N and TP was85%～93%,82%～86%,53%～87%,85%～99%respectively.K ey w ords:municipal wastewater; S BR; rem oval of nitrogen and phosphorus 在S BR法处理城市污水脱氮除磷过程中,污泥在不断的进行厌氧、好氧交替运行,以实现生物脱氮除磷。
反硝化除磷理论、影响因素
当一部份未被还 原为氮 气而处于亚硝酸盐阶段 。所以硝酸盐应
连 续或 分批 投 加以 免造 成 亚硝 酸盐 的积 累。Ｊ ｎ ｉ ｈ ｌ￣用 ｅ ｓ Ｍｅｎ ｏｄ １ ］
反硝化除磷技术原理 ＤＰＢ 可以利用０２ ３ 作为电子受体 ，其基于体内的聚 Ｂ ＯＤ ＮＩ Ｈ０Ｎ 一 反 ０２ 对
省了污泥处理费用；但在缺氧条件下 ，每单位ＮＡＤ 所产生的 系统在厌氧 段的释磷效果越 好 ，并且在缺氧段的吸磷率随之提 Ｈ２ ＡＴ 要比好氧条件下每单位ＮＡＤＨ２ Ｐ ￣生的ＡＴ 少４＂左右 ，低 高 。但ＭＬＳ 过大会导致 反硝化吸磷反应后期出现磷的二次释 Ｐ ０ｏ ／ Ｓ
Ａ Ｐ ＮＡ Ｈ２ Ｔ ／ Ｄ 比值导致生物产量的降低。
而单独存在 下的吸磷率 、反硝化率与Ｐ 储量存在一定的线性关 系。由此 龄短 ，除磷效果好 。双污泥系统 中硝化菌独立于ＤＰＢ ＨＢ ｈ Ｂ 可见，厌氧段提供的ｃ 的量直接影响缺氧段反硝化聚磷的进 于固定膜生物反应器或好氧硝｛ Ｓ Ｒ反应器中，硝化和反硝化聚 Ｄ Ｏ
行，进而影响Ｎ、Ｐ 的去除效率。 磷各系统的Ｓ 可根据 实际运行要求来选定 。避免单污泥系统 中 ＲＴ Ｒ 长情况下 ，聚磷 菌体内相当一部份Ｐ ＨＢ因长时间的曝 ２ 、溶 解氧 （ Ｄ０）。厌氧段 的溶解氧浓 度应严 格控制在 硝化Ｓ 气而被消耗掉 ，从而导致后续反硝化所需碳源不足的情况。 ０ ２ ／ 以下。因为氧的存在不仅影响ＤＰ 的释磷能 力及利用 ．ｍｇ Ｌ Ｂ ７ Ｈ。ＤＰ 在厌氧段的释磷量和ｐ 、ｐ Ｂ Ｈ的大小有关。Ｋｕ ａ ｂ 等 有机底物合成Ｐ 的能力。而且 由于氧的存在 ，促进 了非聚磷 ＨＢ Ｈ下对ＤＰＢ 在厌氧段的释磷量和Ｈ 消耗量进行研究得 Ａｃ 菌的生长 消耗有机底物 ，从而使ＤＰ 的生长受到抑制 。实际运 在不同ｐ Ｂ 行 中因污泥或污水 回流以及厌氧段未在封 闭条件下运行常会将 出 ，ｐ Ｈ的大小对ＨＡｃ 的消耗量没有影响 ；但随ｐ Ｈ值增大ＮＰ Ｃ ］／ 放磷／ ＨＡｃ 消耗量）也随之提高 （ 即消耗单位乙酸将会有 氧气带入厌氧 段。为此 ，可在原工艺基础上前置一个厌氧 段实 比值 （ Ｈ为８ ，Ｐ Ｃ 时 ／ 值降低 ，因此时出现磷酸盐沉 现厌氧段封 闭运行来解决这个问题 。缺氧段的溶解氧浓度应严 更多的磷释放 ）。ｐ 淀 ，所ｉ ／ 值比理论计算值少２％。ＤＰ 厌氧状态释磷的适宜 ￣ｐ ｃ ０ Ｂ 格控制在０５ ／ 以下 。因为分子态氧不仅与硝酸盐竞争 成为 ． ｍｇ Ｌ
碳源和硝态氮浓度对反硝化聚磷的影响及ORP的变化规律_王亚宜
碳源和硝态氮浓度对反硝化聚磷的影响及ORP 的变化规律王亚宜1,彭永臻1,2,王淑莹2,宋学起1,王少坡2(11哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨 150090;21北京工业大学环境与能源学院,北京 100022,E 2mail :yayiwang @ )摘要:利用间歇试验研究了反硝化除磷过程中有机碳源和硝态氮浓度对厌氧放磷和缺氧吸磷的影响,同时对反硝化除磷过程ORP 的变化规律及以其作为控制参数的可行性作了探讨.试验结果表明:厌氧段碳源COD 浓度越高(100～300mg/L ),放磷越充分,则缺氧段反硝化和吸磷速率越大;但当碳源COD 浓度高达300mg/L 时,未反应完全的有机物残留于后续缺氧段对缺氧吸磷产生抑制作用.随着缺氧段硝态氮浓度升高(5、15、40mg/L ),反应初期反硝化和吸磷速率也随之升高;当硝态氮耗尽后,系统由缺氧吸磷转变为内源放磷,且随着初始硝态氮浓度的增高,这个转折点的出现时间向后延迟.ORP 可作为厌氧放磷的控制参数,在缺氧吸磷过程可预示反硝化的反应程度,但是无法作为吸磷过程的控制参数.关键词:反硝化除磷;反硝化聚磷菌;氧化还原电位;COD ;硝态氮浓度中图分类号:X70311 文献标识码:A 文章编号:025023301(2004)0420054205收稿日期:2003207216;修订日期:2003209219基金项目:国家“863”重大科技专项(2003AA601010);北京市教委重点项目(KZ200310005003)作者简介:王亚宜(1977～),女,博士生,主要从事污水脱氮除磷生物处理新技术研究.E ffect of C arbon Source and Nitrate Concentration on Denitrif ying Dephosphorus R emoval and V ariation of ORPWAN G Ya 2yi 1,PEN G Y ong 2zhen 1,2,WA GN Shu 2ying 2,SON G Xue 2qi 1,WA GN Shao 2po 2(11School of Munic.and Environ.Eng.,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150090;21School of Environment and Energy Eng.,Beijing Polytechnic University ,Beijing 100022,China ,E 2mail :yayiwang @ )Abstract :E ffect of added carbon source and nitrate concentration on the denitrifying phosphorus removal by SBR process was system 2aticaly studied ,at the same time the variation of oxidation reductiun potential (ORP )was investigated.The results showed the phos 2phate release rate and the denitrifying and dephosphorus uptake rate in anoxic phase increased with the high carbon source concentra 2tion under anaerobic condition (100～300mg/L ).However when the carbon source added in anaerobic phase was high to 300mg/L ,the residual COD inhibited the succeed denitrifying dephosphorus uptake.High nitrate concentration (5、15、40mg/L )in anoxic phase increased the initial denitrifying dephosphorus rate.Once the nitrate depletes ,phosphate uptake changed to phosphate release.More 2over ,the time of the turning point occurred later with the higher nitrate addition.ORP can be used as a control parameter of phospho 2rus release ,and it can also indicate the denitrificaiton react degree during the anoxic phosphorus removal but can ’t be used as control parameter of phosphorus uptake.K ey w ords :denitrifying dephosphorus removal ;denitrifying phosphate 2accumulating organisms (DNPAOs );ORP ;COD ;nitrate 反硝化除磷技术是近年来国内外污水强化生物除磷研究领域的热点课题之一.目前,我国生物除磷的实践多以传统好氧吸磷为基础,遵循厌氧/好氧交替运行的除磷模式.而反硝化除磷是利用一类反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate 2accumulating Or 2ganisms ,DNPAOs ),在缺氧环境下以NO 23作为电子受体来实现同步反硝化和过量吸磷作用,因此,这不仅节省了传统工艺中反硝化所需的碳源,避免了反硝化菌和聚磷菌之间的竞争,同时也节省了好氧吸磷的耗氧量,使供气量只需满足好氧硝化即可[1,2].大量研究发现,在厌氧放磷及缺氧吸磷过程与氧化还原电位(Oxidation Reduction Potential ,ORP )有一定的相关性,ORP 值可定量反映聚磷菌的性能特征[3].因此,本试验就反硝化吸磷过程ORP 能否作为控制参数的可行性进行了研究.另一方面,在反硝化脱氮除磷过程中,硝态氮和有机碳源作为反硝化吸磷的电子受体和间接电子供体[直接电子供体为聚磷菌利用有机碳源合成的聚2β2羟基丁酸酯(PHB )],是反硝化除磷反应得以有效进行的必备条件.因此,这2种底物浓度控制是否合理对系统反硝化除磷脱氮效果的优劣有着极为重要的影响作用,本试验侧重通过改变厌氧和缺氧环境中碳源和硝态氮的浓度,分析考察两者的浓度变化对反硝化吸磷产生的影响作用,为反硝化除磷工艺的推广应用奠定试验依据.第25卷第4期2004年7月环 境 科 学ENV IRONM EN TAL SCIENCEVol.25,No.4J uly ,20041 试验材料与方法111 试验用反硝化聚磷污泥试验用反硝化聚磷污泥取自实验室连续运行的Dephanox 反硝化除磷脱氮系统(图1),该工艺采用生物膜法和活性污泥法相结合的双污泥模式[3,4].系统以生活污水为处理对象连续运行11个月以上,反硝化除磷效果非常稳定.图1 Deph anox 反硝化除磷脱氮工艺流程Fig.1 Configuration of Dephanox process图2 SBR 试验系统与控制装置Fig.2 The schematic diagram of experimental system with control equipment in SBR process112 试验方法根据不同的试验研究目的,从连续流系统中的中沉池或终沉池取少量污泥与配水混合后置于有效容积为4L 的SBR 中(试验系统及控制装置见图2),用搅拌器缓慢搅拌以防止污泥沉淀,定时取样分析.配水分别投加NaAc ,K 2HPO 4和KNO 3来达到不同的COD 、PO 3-42P 和NO -32N 浓度,同时加入微量元素液[5].为了防止吸磷过程p H 的升高,引起磷酸盐的沉淀(p H 大于8时会引起磷酸盐的沉淀)[6],反应过程以p H 仪进行在线监测,通过加入稀HCl 和NaOH 溶液,将反应过程系统的p H 值维持在7左右;温度用加热棒控制在20～23℃.同时在线监测DO 和ORP 值.水样均由离心机经3000r/min 离心1min 后测定.113 检测方法检验分析方法:COD 采用5B 21型COD 快速测定仪测定;硝态氮用麝香草酚分光光度法;溶解性磷酸盐用氯化亚锡还原光度法;ML SS 用滤纸称重法;p H 和ORP 值:WTW inolab level 2在线监测.2 试验结果与讨论211 厌氧放磷和缺氧吸磷过程ORP 的变化规律及影响作用取一定量Dephanox 系统终沉池污泥(此时聚磷菌体内含有大量的多聚磷酸盐,而PHB 已消耗尽),平均分成2份投入到2个SBR 中,迅速加入以NaAc 为碳源的配水(测得ML SS 值为5000mg/L 左右),使2个SBR 系统内初始COD 浓度分别在100mg/L 、300mg/L 左右,PO 3-42P 浓度控制为10mg/L.厌氧搅拌反应3h 后,向2个系统同时一次性投加硝酸盐浓度至60mg/L ,缺氧反应4h.进行ORP 、p H 和DO 的在线测定,按照一定时间间隔采样测定COD 、PO 3-42P 和NO -32N ,试验结果如图3所示.从图3可以看出,在厌氧条件下,随着PO 3-4的释放,ORP 值降低,且放磷曲线、COD 消耗曲线与ORP 变化曲线呈现一定的相关性,尤其在反应的前60min ,三者的变化速率都很快,线性相关性很好;随着放磷速率的减慢,ORP 的下降速率随之减小.从对比试验结果还可以发现,初期COD 浓度越高,放磷量越充分,ORP 的绝对值越大,厌氧反应末时的ORP 值已分别达到-312mV 和-221mV.反应至180min 时投加硝酸盐,此时两系统ORP 值都骤然升高,并出现一个突跃点(图3中点A 和B ),之后ORP 值缓慢上升,约在225min 处达到极大值,随后ORP 逐渐开始下降.从图3(b )可以看出,当缺氧段系统中的硝态氮消耗殆尽后,系统开始内源放磷,此时ORP 出现了一个平台区,这预示着系统中的硝态氮已经反硝化完全,而由检测得到硝态氮浓度已经趋近于0.由此可见,ORP 可以作为反硝化除磷系统厌氧放磷段的控制参数,但是对于缺氧段,它只能作为电子受体是否耗尽,即硝态氮是否反硝化完全的指示性参数,无法判定系统中的磷是否吸收完全.图3 厌氧段不同COD 浓度下,COD 、N O -32N 、PO 3-42P 及ORP 的变化规律Fig.3 The relationships between the variation in the concentrationof COD 、NO -32N and PO 3-42P and ORP with different initial212 有机碳源浓度的影响及控制21211 厌氧段有机碳源浓度的影响对于传统厌氧/好氧模式运行的生物除磷系统,COD 浓度越高、C/P 比值越大,往往磷的去除效果越好,但对于厌氧/缺氧模式运行的反硝化除磷系统,结果并不完全如此.由图3可以看出,COD 值为300mg/L 的系统放磷量较多,浓度高达60mg/L ,这意味着其在厌氧环境中合成的PHB 较充分,但经过缺氧反应4h 后,聚磷污泥却未能将系统中的磷完全吸尽.相反,COD 值为100mg/L 的系统,在厌氧反应60min 后,基本已将系统中的有机物消耗殆尽,吸磷曲线出现一个平台区,放磷浓度达到峰值(39mg/L 左右);反应至300min 时,PO 3-42P 浓度趋近0.根据图3(a )和3(b )中NO -32N 及PO 3-42P 的变化曲线,计算缺氧反应前30min 的反硝化速率和吸磷速率.COD 为300mg/L 系统的反硝化速率较大,单位污泥的反硝化率达到了16135mg /(g ・h ),而COD 为100mg/L 的系统仅为519mg /(g ・h );另一方面,就单位污泥吸磷速率而言,两者分别为13163和14186mg /(g ・h ).可以发现,当厌氧段初始COD 浓度由100mg/L 升高到300mg/L 时,缺氧段反硝化速率都有所提高,但是吸磷速率并没有因厌氧反应初期乙酸钠投量增加而得到提高.通过比较图3中COD 的变化曲线发现,在厌氧反应结束时(即180min 后),COD 浓度为300mg/L 的系统还有少量剩余碳源存在.由此笔者推断,极有可能是厌氧反应不完全而剩余的有机物,导致了系统缺氧初期吸磷效果的变差:缺氧段存在外碳源,因外碳源抢先利用硝酸盐进行了反硝化反应,抑制了吸磷作用,致使缺氧反应初期反硝化速率较高,而吸磷速率偏低.从图3(b )还可发现,初始COD 浓度为300mg/L 的系统在反应至270min 时,硝态氮浓度趋近于0,此时可观察到该系统的PO 3-42P 浓度曲线在缺氧反应后期有上升趋势,这主要是聚磷菌发生了内源放磷反应引起的[4].21212 缺氧段有机碳源浓度的影响为进一步探讨碳源浓度对缺氧吸磷的影响,设计了另一方案.取终沉池沉淀污泥均分为3份置于SBR 中,在厌氧反应初期投加相同NaAc 和K 2HPO 4使3系统初始COD 浓度都维持在150mg/L 左右,PO 3-42P 浓度为5mg/L ,ML SS 控制在3100mg/L 左右;厌氧反应3h 后,一次投加硝态氮浓度至65mg/L 左右,与此同时向其中2个SBR 中投加NaAc 使COD 值分别增加60mg/L 和120mg/L ,剩余一个SBR 不投加碳源,缺氧反应4h 考察反硝化吸磷状况.图4显示了缺氧段不同COD 浓度对缺氧吸磷的影响.可看出,在厌氧段投加碳源量相同的条件下,3个系统的放磷速率及放磷总量很相近(见图4b ),且在厌氧反应150min 以后,系统中的有机碳源基本被消耗完全(COD ≤20mg/L ),此时3系统中PO 3-42P 浓度都已经达到42mg/L 左右.在随后的缺氧吸磷阶段,由于3个系统初始有机物浓度不同,致使初始反硝化率和吸磷率有较大的差别:缺氧段初始COD 浓度由低到高的3个系统在缺氧反应前30min 的单位污泥的吸磷速率分别为15134、9124和4130mg /(g ・h );反硝化率分别为10165、11168和1418mg /(g ・h ).以上结果直观地反映出缺氧段有机碳源对缺氧吸磷产生的抑制作用,同时对比试验也进一步说明,缺氧段外碳源浓度越高,缺氧吸磷受到的抑制作用越大,吸磷效率相应越低.但另一方面,由于缺氧段初始硝态氮浓度较高(65mg/L ),虽然在缺氧反应初期吸磷作用受到一定程度的抑制,但随着反应时间的延续,待系统中新投加的碳源被反硝化消耗完以后,DNPAOs 最终还是能将系统中的磷吸收完全.从图4可以看出,缺氧段投加COD 浓度为120mg/L 的系统在缺氧反应后期,当有机碳源和硝态氮都趋近0时,也发生了内源放磷反应.图4 缺氧段不同COD 浓度的影响Fig.4 Effect of COD concentration added in anoxic phase on denitrifying dephosphorus removal 以上试验从另一个角度验证了前述厌氧段有机碳源浓度对反硝化吸磷影响的试验结果,即如厌氧段有机碳源不能被吸收完全,使得缺氧段反应初期碳源和硝态氮共存,会对吸磷作用造成一定的负面影响,影响程度的大小不仅与剩余的有机碳源浓度有关,还与缺氧段投加的硝态氮浓度有关.如果剩余的有机碳源浓度不高,而缺氧段提供的硝态氮浓度足够高(电子受体量充足),系统的缺氧吸磷效果受到的影响较小;反之,可能影响程度很大.因此在工程实践中,应合理控制厌氧段有机碳源浓度,以避免其未反应完全而对后续的缺氧吸磷产生抑制作用.213 硝态氮浓度对缺氧吸磷的影响取厌氧反应后中沉池沉淀污泥(此时聚磷污泥体内已贮存充足的PHB ),用清水清洗2遍,均分成3份投入到SBR 中,同时迅速加入配水,系统初始PO 3-42P 浓度控制在20mg/L 左右,ML SS 为4410mg/L.然后投加不等量的KNO 3,使3个系统的硝态氮浓度分别为5mg/L 、15mg/L 和40mg/L ,搅拌反应3h.图5是3个系统的缺氧吸磷结果.在反应前图5 不同N O-32N浓度对缺氧吸磷的影响Fig.5 Effect of different NO-32N concentration on phosphate uptake under anoxic condition15min,反硝化吸磷的速度很快,随着系统中硝态氮的减少,磷的浓度也呈线性急剧下降.如图5a和5b 所示,初始NO-32N浓度分别为5、15和40mg/L的3个体系在前15min内单位污泥吸磷速率分别为7155,1115和12163mg/(g・h);反硝化速率分别为4154、9154和9181mg/(g・h).由以上试验结果的对比分析可以看出,初期硝态氮浓度越高,缺氧吸磷和反硝化的速率越大.图5b显示,初始NO-32N浓度为5mg/L的系统反应至15min时,NO-32N被消耗完全,吸磷反应趋于停止,PO3-42P浓度达到极小值(11162mg/L),系统由缺氧环境转为厌氧环境,此时磷酸盐曲线出现了转折点,即出现由内源呼吸引起的二次放磷.而其它2个系统待缺氧反应至30min时,PO3-42P接近0mg/L,此时初始NO-32N 浓度为15mg/L的系统,NO-32N已耗尽,随着反应的继续进行,也出现内源放磷现象.而初始NO-32N 浓度为40mg/L的系统,在反应30min～120min之间磷浓度维持在一个零平台区,此时反硝化反应并未停止(内源反硝化),至120min后底物中不再含有硝态氮,该系统也进入一个内源呼吸放磷阶段.以上结果说明,在无外碳源的前提下,底物中是否含有硝态氮,将决定反硝化聚磷菌是吸磷还是放磷,且随着初始硝态氮浓度的提高,系统由吸磷反应变为放磷反应这个转折点的(如图6b中所标出的点A、B和C)出现时间将向后延迟.3 结论(1)ORP可作为厌氧放磷的指示性控制参数,在缺氧吸磷过程可预示反硝化的反应程度,但是无法作为反硝化吸磷过程的控制参数.(2)反硝化除磷过程中,厌氧段COD浓度从100mg/L提高到300mg/L时,DNPAOs放磷越充分,缺氧段反硝化和吸磷速率越大;但碳源浓度高达300mg/L以上时,未反应完全的有机物残留于缺氧段对缺氧吸磷产生抑制作用,这类似于在缺氧段外加了碳源,且外碳源COD浓度从0mg/L提高到120mg/L时,所产生的抑制作用随之增大.主要原因是外碳源可优先支持反硝化而不进行吸磷,随着缺氧段外碳源浓度的增高,反硝化速率变大,而吸磷速率反而减小.因此,在工程实践中,要合理控制厌氧段的碳源浓度,避免碳源因厌氧段反应不彻底残留于缺氧反应阶段,而对后续反硝化吸磷产生抑制作用.(3)控制缺氧段初始硝态氮浓度为5、15和40mg/L3个水平的对比试验可发现,缺氧反应的初始硝态氮浓度越高,反应初期的反硝化和吸磷速率越大;当硝态氮耗尽以后,系统的磷变化曲线出现一个由吸磷转为放磷的转折点,且随着初始外加硝态氮浓度的增高,这个转折点出现的时间向后延迟.参考文献:[1] Kuba T,M C M Van Loosdrecht,et al1Phosphorus RemovalFrom Wastewater By Anaerobic2anoxic Sequencing Batch Reac2tor[J].Wat.Sci.Tech.,1993,27(5～6):241～252. [2] Bortone G,et al.Anoxic Phosphate Uptake in The DephanoxProcess[J].Wat.Sci.Tech.,1999,4～5(40):177～180. [3] G eorg Schon,Susanne G eywitz,Frank Mertens.Infuence ofDissolved Oxygen and oxidation2reduction potential on Phospho2rus Release and Uptake by Activated Sludge from Sewage Plantswith Enhanced Biological Phosphorus Removal[J].Wat.Res.,1993,27(3):349～354.[4] 王亚宜,彭永臻,王淑莹,等.反硝化除磷理论、工艺及影响因素[J].中国给水排水,2003,19(1):33～36.[5] 阮文权,邹华,陈坚.乙酸钠为碳源时进水COD和总磷对生物除磷的影响[J].环境科学,2002,3(23):49～52.[6] Kuba T,M C M Van Loosdrecht,et al.Biological Dephos2phatation by Activated Sludge Under Denitrifying Conditions:p H Influence and Occurrence of Denitrifying Dephosphatation inA Full2Scale Waste Water Treatment Plant[J].Wat.Sci.Tech.,1999,36(12):75～82.。
反硝化除磷技术及其影响因素研究进展
３ｍｇ Ｌ ｇ Ｌ时 ）厌 氧放磷 ＨＲ ／ ～８ｒ ／ ｎ ， Ｔ控 制在 ２ｈ左 右 即可保 证 污泥放磷 的充分性 。 进水 Ｃ Ｄ浓度 对厌 氧反应器 的释磷量 和缺氧反应 器 的吸磷 Ｏ
Ｏ 厌 反硝化 ， 一方 面抑制磷的释放 以及 Ｐ Ｉ 的合 成 ， Ｈ３ 进而影 响缺 氧区 量作用是一样 的。随着 进水 Ｃ Ｄ浓度 的增 加 ， 氧 反应 器 的释 磷量 增加 ， 氧 反应 器 的吸磷 量 也增 加 。缺 氧 反应 器 中 的 Ｃ Ｄ 缺 Ｏ 磷的吸收 ； 另一方 面 ， 硝化 过程 消耗 了 Ｎ ３ 影 响缺 氧 区的磷 反 ０ 一，
维普资讯
第３ ３卷 第Байду номын сангаас２ ９期 ２００７年 １０月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣ ＵＲＥ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ． ９ １３ ２
Ｏ ｔ ２０ ｃ． ０ ７
・１ ３ ７
・
水 ・ ・ 暖 电 ・ 气 ・
一
ＮＯ 一 ２ 作为反硝 化 反 应 的 中间产 物 ， 反 硝 化 聚磷 过 程 中 ， 在
得水 中生物 大量 死亡 ， 产生较 大危 害。但 是 ， 、 的去除 涉及 到 Ｎ 一 氮 磷 Ｏ２ 必将继续产生 并被 反硝 化 成为 Ｎ２ 由于 回流不 均匀 ， ， 大量 个很复 杂的硝 化 、 反硝 化、 生物 释磷 和吸磷 等过程 。每一个 的不 能被 反硝化的 Ｎ 一 微 会不断积 累 ， 使得 ＮＯ 一 ２ 的浓度增 高。 过程 ， 对环境 、 微生物种 类影 响因素的要求各不 一样 ， 因此存在 着 Ｍｅ ｈ ｌ在 经过大量实验之后得 出 ， Ｎｏ 一 ｉ ｏｄ ｎ 当 ２ 浓度较低 时（ 低 矛盾 的关 系 ， 反硝化 聚磷菌 与反 硝化 现 象的发 现 ， 为解 决 这些 矛 于 ４ｍｇ Ｌ ｎ ／ ）ＮＯ 一 ／ ～５ｒｇ Ｌ ， ２ 可作为 电子受体参与 反硝化 聚磷 ， 并 盾 开辟 了一条有效的途径 。 且聚磷速率 与 以 Ｎ ３ 作 为 电子 受体 时一 样快 ； Ｎ ２ 浓 度较 Ｏ一 当 Ｏ一 高时 （ 高于 ８ｒｇ Ｌ）反 而对 反硝化 聚磷产 生 抑制作 用 ； Ｎ ２ ／ ， ｎ 当 Ｏ一 Ｄ Ｂ的生物代 谢作 用 与 Ｐ Ｏ 相似 ， Ｐ Ｐ Ａ Ｄ Ｂ在 厌 氧段 ， Ｄ 可 过高 时（ Ｏ Ｃ 高于 １ ｇ Ｌ ， ０ｒ ／ ） 抑制作用加 剧 ， ｎ 反硝化 速率下 降 ， 致磷 导 被 降解 为醋酸 （ Ｈ ） 低分 子脂 肪酸 ， Ｄ Ｂ快 速 吸收后 大量 的释放 ， 响 Ｄ Ｂ的活性 ， 至杀死 Ｄ Ｂ， 等 被 Ｐ 影 Ｐ 甚 Ｐ 因此在短 时间内（ － ４ｈ 繁殖 ， 同时水解细胞 内的 Ｐ ｌ－， ｏｙｐ 以无机 磷酸盐 （ Ｏ ３ 的形式 释 ５ｈ 得不 到恢 复 Ｊ Ｐ ４一） ） 。 放出来 。利用上述过程产生 的能量 Ａ Ｐ和糖 原酵解 还原 性产 物 Ｔ 近来 ， 国外 学者也进 行 了亚硝 态氮作为缺 氧吸磷电子受体 的 Ｎ Ｄ ，Ｐ Ａ Ｈ２Ｄ Ｂ能合成大量 的 Ｐ ＨＢ贮存 在体 内。而在缺 氧段 ， Ｐ 研究 ， ＤＢ 由于所用 的聚磷污 泥不 同 ， 到的对 缺氧 吸磷 产生抑 制作 得 以 Ｎ ３ 作 为氧 化 Ｐ ０一 ＨＢ的电子 受体 ， 利用 降解 Ｐ Ｉ 产生 的能 量 用 的亚硝态氮浓度上 限值也 各不相 同。王 爱杰等人 ＿ ， Ｈ３ ４ 采用序批 Ｊ ＡＴ ， 部分 供给 Ｄ Ｂ细菌合成 （ Ｐ大 Ｐ 包括糖原 的合成 ） 和维持 生命 活 式反 应器 （ 已 ， Ｓ ） 以亚硝酸盐为 电子受体 进行 反硝化除磷试验 ， 探 动， 一部分则用于过量摄取 水 中的无机磷 酸盐 并 以 Ｐｌ ｐ的形 式 讨 了其可行性 ， 出通过 一个 月 时间 的驯化 ， 硝化 除磷菌 可 以 ｏｙ － 得 反 储存在细胞体 内， 同时 ～ 被还原 为 ， 这样 在厌氧 ／ 缺氧 的环 适应对 微生物有毒性 的 Ｎ 一一Ｎ， 一一Ｎ作 为电子 受体 同步 ０２ Ｎ 境中 ， 实现 Ｄ Ｂ反硝化 除磷效果 ， Ｐ 具体过程如图 １ 所示 。 脱氮 除磷 是可 以实 现的 。究竟 Ｎ 一 度为 多高 时 ， 浓 反硝 化 聚磷 才会 受到纯粹 的抑制作 用至今还无定论 ， 大部分学者 认为该 上 但 限值 主要依赖于聚磷污 泥的 自身特性 。
反硝化除磷技术及其实现新途径
艺的 运 转和 控 制 更 加 稳 定 需 要将 反 硝 化 除磷 系统 的微 生 物 学 与 工 程 紧 密联 系 。 了解 工 程 中操 作 参 数 如 何 影 响 系统
（ ｏｅｅｏ Ｅ ｖｒｎ ｅ ｔ ｃｅｃ ｎ ｎ ｔ ｅｉｇ Ｈｕａ ｎ ｅ ｉ ， ｈ ｎｓａ４ ０ ８ ， ｈｎ ） Ｃ ｌｇ ｎ ｉ ｍ ｎ ｌ ｉｎｅａｄＥ ｇｎ ｒ ， ｎ ｎＵ ｉ ｒｔ Ｃ ａｇｈ １０ ２ Ｃ ｉ ｌ ｆ ｏ ａＳ ｅ ｎ ｖ ｓｙ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ， ｍａｎ ｎ ｌ ｅ ｃ ｎ ｆｃ ｏ ｓ ｎ ｎ ｗ ａ ａ ｌｂ ｅ ｐ ｒ ａ ｈ ｓ ｏ ｅ ｉ ｉ ｉ ｇ ｃａｉ ｍｓ ｉ ｉ ｆ ｎ ｉ ｇ ａ ｔ ｒ ａ ｄ ｅ ｕ ｖ ｉ ｌ ａ ｐ ｏ ｃ ｅ ｆ ｄ ｎ ｔ ｆ ｎ ａ ｒｙ ｄ ｐ ｏ ｐ ａ ａｉ ｎ ｗ ｒ ｌｂ ｒ ｔ ｄ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｅｆ ｃｓｔ ａ ｈ ｉｐ ｔ ｎ ｔ ｅ ｓ ｄ ｅ ｕ ｔ ｏ ｅ ｅｆ ｃ ｓ ｆ ／ ａ ｉ， ｅ ｈ ｓ ｈ ｔｔ ｅ ｅ ｅ ａ ｏ ａｅ ． ａ ｅ ｎ ｔ ｔ ｔ ｅ ｄ ｓ ｕ ｅ ｏ ｈ ｔ ｙｒ ｓ ｌ ｆ ｈ ｆｅ ｔ ｏ Ｎ ｒ ｔ ｏ ｈ ａ ｈ ｔ ｕ ｓ ｔ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｔ ｎｄ ｎ ｔｉ ｉ ｇ ｄ ｐ ｏ ｐ ａ ａ ｉｎ ｗｅ ｅ ｓ ｌ ｅ ｉｔ ｎ Ｃ ｉ ａ ａ ｄ ａ ｒ ａ ， ｎ ｒ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｉ ｆ ｅ ｃ ｓ ｉ ｅ ｏ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ｈ ｓ ｈ ｔ ｔ ｒ ｔ ｌ ｘｓ ｈ ｎ ｎ ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ａｆ ｔ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｉ ｒ ｒｙ ｏ ｉ ｉ ｕ ｈ ｒ ｌ ｏ ｅ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｎ ＲＴ ｏ ｃ ｏ ｇ ｎ ｓ ｉ ｈ ｙ ｔｍ ｓ ｎ ｅ ｅ ，ｔ ｅ ｄ ｓ ｕ ｉ ｇ ｐ ｏ ｌ ｍｓａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｕ ｎ ｉ ｇ ｆｆ ｄ ｎ ｄ ｓ ａ ｄ Ｓ ｎ ｍｉｒ ｏ ａ ｉｍ ｎ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｗａ ｅ ｄ ｄ ｈ ｉ ｔ ｒ ｂ ｅ ｎ ｎ ｅ ｃｎ ｅ ｐ ｎ ｈ ｆ ｌ ｆｃ ｏ ｓ ｗ ｉｈ ｎ ｅ ｏ ｂ ｕ ｈ ｒ ｓｕ ｉ ｄ ｗｅ ｅ ｓ ｍｍａ ｉｅ ｍｐ ａ ｉ ａｌ ．Ａｔｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｔ ， ａ ｂ ｅ ｋ ｈ ｏ ｇ ｎ ａ ｔｒ ｈ ｃ ｅ ｄ ｔ ｅ ｆ ｒ ｅ ｔ ｄ ｅ ｒ ｕ ｔ ｒｚ ｄ ｅ ｈ ｔ ｌ ｃ ｙ ｈ ｒ ｓ ｎ ｉ ｍｅ ｒ ａ ｔ ｒ ｕ ｈ ｉ ｓｕ ｙ ｎ ｅａ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ｉ ｉ ｇ ｄ ｐ ｏ ｐ ａ ａ ｉｎ ｈ ｓｂ ｅ ｄ ，ｔｏ ｅ ｎ ｗ ａ ａ ｌｂ ｅａ ｐ ｏ ｃ ｅ ｎ ｌ ｄ ｎ ： ｔ ｄ ｉ ｇ ｔ ｐ ｌ ｔ ｆ ｎ ｔ ｆ ｎ ｅ ｈ ｓ ｈ ｔ ｔ ａ ｅ ｎ ｍａ ｅ ｈ ｓ ｅ ｖ ｉ ｌ ｐ ｒ ａ ｈ ｓｉ ｃ ｕ ｉ ｇ ｈ ｃ ｏ ｄ ｒｙ ｏ ａ ＡＯＡ－ Ｂ Ｓ Ｒ，ａ ｒｂ ｃ ｇ ａ ｕ ａ ｌ ｄ ｅ ａ ｄ ａｒｉ ｏ ｐ ｓ ｑ ｅ ｃｎ ａ ｃ ｉｆ ｍ ｅ ｃ ｏ ．Ｉ ｗ ｓ ｐ ｉ ｔｄ ｏ ｔｔ ａ ，ｔ ｅ ｏ ｉ ｒ ｎ ｌ ｒｓｕ ｇ ｎ ｉｌ ｔ ｏ ｅ ｕ ｎ ｉ ｇ ｂ ｔｈ ｂ ｏ ｌ ｒ ａ ｔｒ ｔ ａ ｏｎ ｅ ｕ ｈ ｔ ｏ ｆｌ ｉ ｉ ｒ ｖ ｅ ｓａ ｉ ｔ ｆ ｈ ｐ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｔ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｆ ｅ ｉ ｉ ｉ ｇ ｄ ｐ ｏ ｐ ａａｉ ｎ ｍｉｒ ｂ ｏ ｏ ｙ ｓ ｏ ｌ ｅｃ ｏ ｅ ｙ ｍｐ ｏ ｅｔ ｔｂ ｌ ｙｏ ｅｏ ｅ ａ ｉ ｎ ｈ ｏ ｔ ｎ ｔ ｆ ｎ ｅ ｈ ｓ ｈ ｔ ｔ ， ｃｏ ｉｌｇ ｈ ｕ ｄ ｂ ｌｓ ｌ ｈ ｉ ｔ ｏ ｏ ｏｄ ｒｙ ｏ
硝酸盐浓度及缺氧好氧时段对反硝化聚磷诱导过程
参考文献
/ ;:.<=3 7.3，>:):?=@= 9=24:A，B=?:8.2 >8A3C4=，=@2D= E2D=?=F G.=D=H?CD2I=?2:3:J4C32?D2JK23*L.:8L.=?C$=HHA)AM=?23*:D*=328) HAM?2N=?C4A34CD42JJCDC3?CMCH?D:3=HHCL?:DH:342?2:38A823*L:MKO )CD=8CDC=H?2:3$4C3=?AD23**D=42C3?*CMCMCH?D:L.:DC828=88=KFP=O ?CDQC8C=DH.，-((-，%,（-）：%,R"1/(
试验中厌氧时段确定为!.不变，改变缺氧好 氧时段以探讨对反硝化聚磷效果的影响。图!及图 -是 *+-, ,* 浓度为 " /0／1，)2 /0／1，!2 /0／1 时，345 反应器完成 厌 氧（!.）, 缺 氧（).）, 好 氧 （!.）过程，一周期内 6+-7, ,6浓度及 *+!, ,* 浓 度的变化情况。
给水排水 !"#$%& ’"$( %))* *+
段的释磷过程。因此，缺氧段投加的 !"$##! 浓度 升高时需要采取有效措施消除残留的 !"$##!，最 大限度减少对厌氧释磷过程的影响。
（%）在好氧段原水中部分 !&$#! 发生硝化作 用，在不同条件下，其浓度由’’()!’$(*+,／- 降 为.(.!/(*+,／-。同时，!"!# #! 浓度由/(.! ’($+,／-上升为0!)(%+,／-。 .(. 交替的缺氧好氧时段变化对反硝化聚磷诱导 的影响
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一作者:李勇智,男,1971年出生,博士研究生,主要研究方向为环境生物技术和水污染控制工程。
*国家自然科学基金重点资助项目(50138010)硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响*李勇智1 彭永臻1,2 张艳萍2 游伟民2(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院, 哈尔滨150001;2.北京工业大学环境与能源工程学院, 北京100022)摘要 采用SBR 反应器,详细研究了硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化除磷过程的影响。
结果表明,缺氧环境下的反硝化吸磷速率与作为电子受体的硝酸盐浓度有很大的关系,硝酸盐浓度越高,吸磷速率越快。
当硝酸盐浓度较低,不足以氧化反硝化聚磷菌细胞内的PHB 从而导致体系反硝化除磷效率的下降。
相同浓度的硝酸盐,采用流加的方式可以获得比一次性投加更高的反硝化吸磷速率。
缺氧环境下,反硝化脱氮量与磷的吸收量成良好的线性关系,借助于反硝化聚磷菌,反硝化脱氮与除磷可在一种环境中完成,有效解决了废水中C OD 不足的问题,同时达到了节省能源和降低污泥产量的目的。
关键词 反硝化除磷 缺氧吸磷 生物除磷 反硝化聚磷菌 硝酸盐Eff ect of nitrate on denitrif ying dephosphatation L i Y ongz hi ,et al .College of M unicip al and E nv ir onmental Engi -neer ing ,H arbin I nstitute of T echnology ,H arbin 150001Abstract :T he effect of nit rate o n denitr ify ing depho sphatat ion w as investig ated by using a la bo rat or y -scale Se-quencing Batch Reactor (SBR).T he results show ed t hat t he r ate of taking up phosphate in ano x ic co ndit ion wa s r e-lat ed to t he concentrat ion of nitr ate.T he hig her concentr ation of nitra te w as,the higher r ate of taking up phosphate w as obtained.W hen the co ncentr atio n o f nitr ate w as lim it facto r in r eact or ,the PHB st or ed in the cell of denitr ify -ing pho spho rus r emov al bacteria co uld not be o xidized fully ,which led t he decr ease o f efficiency of pho sphate r e-mov al.T he co nt inuo us and steady a ddition o f nit rate could obtain the hig her r ate o f t aking up pho sphate than the ni-tr ate w as added o nce.T her e w as a linea r r elatio nship betw een the nitr og en remo val and pho sphate taken up under anox ic co ndit ion .Based o n the activ ity o f denitrifying phospho rus r emo val bacteria ,the anox ic pho sphate remo val occurs simulta neo usly w ith denitr ifica tio n under same co nditio n so that the o rg anic subst rat e and ener gy co uld be saved and the aim of r educing sludg e pr o ductio n co uld be o btained .Keywords :D enitrifying depho sphatat ion A nox ic pho sphor us upt ake Bio lo gical pho sphor us r emov al D eni-tr ifying phosphat e remo val bact eria Nitr ate 废水中的磷和氮可以通过微生物的方法而被去除。
然而,传统理论认为缺氧区对废水的强化生物除磷没有任何贡献,磷浓度在缺氧区基本稳定,同时硝酸盐被认为是对生物除磷过程带来不利影响的物质[1]。
最近的研究表明,至少存在一部分聚磷菌可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体进行吸磷,这一类微生物称为反硝化聚磷菌。
反硝化聚磷菌被证实具有和好氧聚磷菌极为相似的代谢特征[2～6]。
Kuba 等[5,6]从动力学性质上对这两类聚磷菌进行了比较,认为以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌有着和好氧聚磷菌同样高的强化生物除磷性能。
因为反硝化聚磷菌可以在缺氧环境摄磷,这就使得摄磷和反硝化脱氮这两个生物过程借助同一类微生物在同一种环境下一并完成。
摄磷和脱氮过程的结合不仅节省了脱氮对碳源的需要,而且摄磷在缺氧内完成可节省曝气所需要的能源。
由此带来的另外一个好处就是,产生的剩余污泥量大为降低[7]。
在传统好氧生物除磷过程中,聚磷菌以氧为电子受体,氧是以曝气的方式连续地加入到反应体系当中。
在缺氧条件下,反硝化聚磷菌以硝酸盐作为电子受体,硝酸盐浓度及其投加方式对反硝化除磷和脱氮过程构成的影响必然与好氧条件下不同,国内外的研究中对这种影响并没有详细的报道。
本文正是针对这一问题做了细致的研究。
1 实验材料与方法1.1 试验设备与试验用水试验采用SBR 反应器,高70cm ,直径20cm ,用有机玻璃制成,底部泥斗为圆台形,总有效容积为15L 。
在反应器壁的垂直方向每隔10cm 设置一个取样口(兼有排水作用),反应器底部设有排泥放空管,以粘砂块作为微孔曝气头,采用鼓风曝气方式。
反应器设有搅拌器,作用是在厌氧和缺氧阶段通过搅拌使活性污泥处于悬浮状态。
试验采用人工合成模拟废水(见表1),进水COD 和磷浓度通过不同的乙酸钠和K 2HP O 4的投加量进行控制。
缺氧段根据需要加入不同浓度的硝酸钾溶液作为反应所需的电子受体。
1.2 污泥的培养与驯化试验所用污泥取自采用传统活性污泥法污水处理厂的曝气池。
根据聚磷菌可以分为两类的理论,以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌是聚磷菌中的一部分,所以对反硝化聚磷・323・李勇智等 硝酸盐浓度及投加方式对反硝化除磷的影响菌的培养驯化分为两个阶段。
第一阶段在厌氧/好氧条件下进行,目的是使系统在此条件下具有高效的除磷性能,活性污泥中聚磷菌占有较多的数量。
第一阶段运行了20d 共40个周期。
第二阶段为厌氧/缺氧运行方式,目的是提高以硝酸盐作为电子受体的反硝化聚磷菌在聚磷菌中的数量,达到理想的反硝化脱氮除磷的效果。
第二阶段运行了30d 共60个周期。
第二阶段之后系统进入稳定状态,开始正式试验。
表1 试验模拟废水成份模拟废水成份基质种类浓度微量元素组成浓度/g ・L -1NaAc150(mgCOD /L )FeCl 3 1.5NH 4Cl 14(mg N /L )C uSO 40.03K 2HPO 49(mgP/L)KI 0.18M gS O 445(mg /L)M nCl 20.12KCl 18(mg /L)ZnS O 40.12碱度60[mg/L(CaCO 3)]CoCl 20.15微量元素0.3mLE DT A101.3 分析方法COD 采用5B-1A 型快速测定仪;PO 3-4-P 采用氯化亚锡-还原分光光度法;NO -3-N 采用麝香草酚分光光度法;M L SS 采用滤纸重量法;NH +4-N 采用钠氏试剂分光光度法;N O -2-N 采用N -(1-萘基)-乙二胺光度法。
2 结果与讨论2.1 不同浓度硝酸盐对反硝化除磷过程的影响在SBR 反应器中,维持污泥浓度为3.5g/L 。
加入模拟废水,废水中CO D 浓度为180mg /L ,磷浓度为9.12mg/L 。
经3h 充分厌氧,体系中磷浓度上升到39.13mg /L ,同时COD 全部被反硝化聚磷菌所吸收、转化并以聚- -羟基丁酸(PHB)的形式存储于细胞内。
厌氧放磷结束后,把反应器中悬浮液平均分为3份分别置于3个相同的SBR 反应器中。
第一个反应器中加入硝酸盐30mg /L ,第二个反应器中加入硝酸盐44.2mg /L ,第三个反应器中加入硝酸盐60mg /L ,考察缺氧环境下硝酸盐浓度对反硝化吸磷的影响。
由图1知,在硝酸盐浓度为30mg /L 时,缺氧结束时体系中磷浓度为11.4mg /L ,共27.73mg /L 磷在缺氧环境中被吸收,表现出较好的反硝化吸磷性能。
出水中较高的磷浓度是由于作为电子受体的硝酸盐已经反硝化消耗完毕,存储于反硝化聚磷菌细胞内的P HB 因为缺乏电子受体而不能继续被氧化,不能再产生能量来继续吸收废水中的磷。
当硝酸盐浓度分别为44.2和60mg/L 时,反应体系达到理想的反硝化吸磷效果,出水的磷浓度分别为0.57和0.44mg /L 。
由图2可见,硝酸盐浓度分别为30、44.2和60mg /L 时,缺氧结束时反应体系中硝酸盐浓度分别为0、0.98和17.92mg /L ,反硝化吸磷速率分别为2.64、3.12和3.59mg P/(M L SS ・h)。
由此可见较高的硝酸盐浓度有利于反硝化除磷效率及反应速率的提高。
但应该注意到,较高的硝酸盐浓度将导致出水中营养物质的增加,同时也必将影响下一周期的厌氧放磷,导致反硝化除磷效率的下降。
图1 硝酸盐浓度对反硝化除磷过程的影响图2 反硝化除磷过程硝酸盐浓度变化2.2 反硝化脱氮与除磷的关系在传统的营养物质去除体系中,反硝化细菌在脱氮的过程中发挥作用,而聚磷菌在强化生物除磷体系中发挥作用,都要求有碳源或者CO D 的提供。
因此,在同时脱氮除磷体系中,CO D 往往成为限制因子。
在上述试验中,在COD 浓度为180mg /L 的情况下,当进水磷浓度和硝酸盐浓度分别为9.12和44.2mg /L 时,反硝化脱氮和除磷都取得了理想的效果。