（环境科学与工程专业论文）单级好氧除磷工艺与ao除磷工艺的对比研究.pdf

硕士学位论文 a b s t r a c t t h en e e dt od e c r e a s ea n t h r o p o g e n i cn u t r i e n t ( e s p e c i a l l yn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s ) i n p u t st oa q u a t i ce c o s y s t e m si no r d e rt oc o n t r o le u t r o p h i c a t i o n t h es i n g l e - s t a g eo x i c p r o c e s si s an e wt y p eo fe n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a la p p r o a c h t o i n v e s t i g a t e t h e a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n d o fs i n g l e - s t a g eo x i cp r o c e s sp e r f o r m i n g p h o s p h o r u sr e m o v a l t w os b r sw e r ec o n d u c t e du s i n ga c e t a t ea n dp r o p i o n a t ea st h e s o l ec a r b o ns o u r c e ，w h i c ha r et h em o s te x t e n s i v es u b s t r a t e si nt h em u n i c i p a l w a s t e w a t e r t h et w os b r sw e r er e s p e c t i v e l ya p p l i e dw i t ha op r o c e s s ( s b r1 ) a n d s i n g l e - s t a g eo x i cp r o c e s s ( s b r 2 ) t h et w os b r sw e r ec o n d u c t e du s i n ga c e t a t ea st h es o l ec a r b o ns o u r c e ，w h i c hi s t h em o s te x t e n s i v es u b s t r a t ei nt h em u n i c i p a lw a s t e w a t e r t h er e s u l t so b t a i n e dd u r i n g t h r e em o n t h ss h o w e dt h a tt h ep h o s p h o r u sr e m o v a le f f i c i e n c ya n dt h et pr e m o v e d o na u n i tm l s sw e r er e s p e c t i v e l y9 1 7 2 a n d3 2 3m g g 以( s b r l ) v e r s u s7 1 7 0 a n d2 9 1 m g g j ( s b r 2 ) d u r i n gs t e a d yo p e r a t i o n t h ef u r t h e rs t u d yf o u n dt h a t as u b s t a n t i a l i n c r e a s eo fp h aw a sa s s o c i a t e dw i t ha no b v i o u sd e c r e a s eo fg l y c o g e ni ns b r 1w h i l e as u b s t a n t i a ls y n t h e s i so fp h aw a sg o i n gw i t ha no b v i o u sa c c u m u l a t i o no fg l y c o g e n i n s b r 2 ，i n d i c a t i n gg l y c o g e n w a sn o te s s e n t i a lf o rt h es y n t h e s i s o fp h ai n s i n g l e s t a g eo x i cp r o c e s s f u r t h e r m o r e ，o b v i o u sp h o s p h o r u sr e l e a s ew a so b s e r v e d i n b o t hs b r sd u r i n gi d l ep e r i o d ，b u tt h ec o n t e n to fp h o s p h o r u sr e l e a s e di ns b r 2w a s m u c hh i g h e rt h a nt h a ti ns b r l ( 1 3 2 8 m g l - 1v e r s u s2 6 m g l 1 ) t h ep o s s i b l er e a s o n f o rs b r la n ds b r 2e x h i b i t i n gd i f f e r e n te f f i c i e n c yo fp h o s p h o r u sr e m o v a lw a st h a t m i c r o o r g a n i s m s i nb o t hs b r sh a dad i s s i m i l a rc y c l i cs t o r a g ea n dc o n s u m p t i o n p r o c e s so fe n e r g ys t o r a g e sd u r i n gm e t a b o l i cp r o c e s s b e s i d e s ，t h ec o d pr a t i o n i sl o w t ot h es i n g l es t a g eo x i cp r o c e s s ，s os b r lc o n t a i n e dl e s sg l y c o g e na c c u m u l a t i n g o r g a n i s m sa c t i v i t i e st h a nt h a tb ys b r 2 w h e ns t u d yt h ep r o p i o n a t ea st h es o l ec a r b o ns o u r c eo nb i o l o g i c a lp h o s p h o r u s r e m o v a l t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es b r la n ds b r 2r e m o v e d3 2 5v e r s u s3 3 6m g o fp h o s p h o r u sp e rgo fm l s sd u r i n gt h ec o u r s eo ft h es t e a d yo p e r a t i o n a lt r i a l ，a n dt h e e f f l u e n tp h o s p h o r u sc o n t e n tw a sr e a c h e d0 8 1 0 1 7 r a g l 1 v e r s u s o 5 3 0 1 l m g l 1 ， d e m o n s t r a t i n gt h eg o o dp e r f o r m a n c eo fp h o s p h o r u sr e m o v a l t h ee f f i c i e n c i e s w e r e m a i n t a i n e da r o u n d9 3 6 ( s b r i ) ，v e r s u s9 5 9 ( s b r 2 ) t h ef a c t sc l e a r l ys h o w e d t h a ts b r 2c o u l db ee n h a n c e db yt h es i n g l e - s t a g eo x i cp r o c e s su s i n gp r o p i o n a t ea st h e m 单级好氧除磷工艺与a o 除磷工艺的对比研究 c a r b o ns o u r c e t h ec o m p a r i s o ns t u d yo np h o s p h o r u sr e m o v a lb e t w e e ns i n g l e - s t a g eo x i cp r o c e s s a n da n a e r o b i c a e r o b i cp r o c e s sr e v e a l e dt h a tt h es i n g l e - s t a g eo x i cp r o c e s sc a nd e v e l o p ap o t e n t i a l l ys i m p l ea n de f f e c t i v ea p p r o a c hf o re n h a n c e db i o l o g i c a l p h o s p h o r u s r e m o v a l k e yw o r d s ：e n h a n c e db i o l o g i c a lp h o s p h o r u sr e m o v a l ；s i n g l es t a g eo x i cp r o c e s s ；a o p r o c e s s ；a c e t a t e ；p r o p i o n a t e i v 硕士学位论文 插图索引 图1 1 自然处理系统分类9 图1 2 稳定塘生态系统污水处理示意图1 3 图1 3a o 除磷工艺流程图1 4 图1 4a 2 o 除磷工艺流程图1 5 图1 5 倒置a 2 0 工艺流程图一1 6 图1 6u c t 生物除磷工艺一1 6 图1 7m u c t 生物除磷工艺1 7 图1 8j h b 生物除磷工艺1 7 图1 9s b r 工艺1 8 图1 1 0 单级好氧生物除磷工艺1 8 图1 1 1 o 工艺中糖原可能的代谢途径一2 0 图1 1 2 传统e b p r 的除磷概念模型一2 1 图1 1 3 单级好氧除磷的代谢模型一2 3 图1 1 4 以乙酸盐为典型的新型e b p r 除磷概念模型2 4 图1 1 5 以葡萄糖为典型的新型e b p r 除磷概念模型2 4 图2 1s b r l 运行方式一2 7 图2 2s b r 2 运行方式2 7 图2 3s b r l 和s b r 2 在第4 0 d 和第7 0 d 的周期内p h 和d o 变化2 9 图2 4s b r l 和s b r 29 0 d 运行过程中t p 去除3 1 图2 5 原始活性污泥电镜扫描和元素分析位置3 1 图2 6 原始活性污泥元素分析3 2 图2 78 0 d 后s b r l 活性污泥电镜扫描和元素分析位置3 2 图2 88 0 d 后s b r l 活性污泥元素分析一3 3 图2 98 0 d 后s b r 2 活性污泥电镜扫描和元素分析位置3 3 图2 1 08 0 d 后s b r 2 活性污泥元素分析3 4 图2 11 第5 5 8 0 d 期间内m l s s 与m l v s s m l s s 变化3 5 图2 1 2 第5 9 ds b r l 典型周期内t p 、c o d 、糖原质与p h a 的变化3 6 图2 1 3 第5 9 ds b r 2 典型周期内t p 、c o d 、糖原质与p h a 的变化一3 8 图3 1s b r l 运行方式4 0 图3 2s b r 2 运行方式一4 0 图3 4 第5 0 ds b r 2 中周内内d o 和p h 变化4 3 v 单级好氧除磷工艺与0 除磷工艺的对比研究 图3 5 第5 0 d 后s b r l 活性污泥电镜扫描和元素分析位置4 5 图3 6 第5 0 d 后s b r l 活性污泥元素分析4 5 图3 7 第5 0 d 后s b r 2 活性污泥电镜扫描和元素分析位置一4 6 图3 8 第5 0 d 后s b r 2 活性污泥元素分析4 6 v 硕士学位论文 附表索引 表1 1 富营养化程度分类3 表1 2 污水综合排放标准中有关p 的排放标准4 表1 3 城镇污水处理厂污染物排放标准中有关p 的排放标准4 表1 4 室外排水设计规范中有关化学除磷的污泥量规定7 表1 5 慢速渗滤系统中磷的去除9 表1 6 文献中关于湿地植物对磷的去除性能1 1 表2 1 人工模拟废水组成2 8 表2 2 实验主要设备及仪器2 8 表2 3s b r l 和s b r 2 稳定运行阶段运行效果3 0 表2 4 o 工艺与单级好氧除磷工艺经济技术分析3 5 表3 1 人工模拟废水组成4 1 表3 2 稳定期间s b r l 和s b r 2 运行性能对比4 4 i x 硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 水是人类维系生存和发展的最基本和最重要的自然资源之一。随着人类社会 的发展和进步，人们对清洁安全的水资源需求与当前水资源正不断受到污染的矛 盾也日趋加深。世界卫生组织的一项调查统计提出，在不发达国家中，所有疾病 中有8 是由于未饮用清洁安全的水质而导致的【1 1 。因此水质的清洁安全直接影响 到人类健康。水体污染是指水体受到物理性、化学性或生物侵害后，其外观性状 或质量成分对环境或功能利用产生风险甚至危害【2 1 。水体污染防治已经是环境保 护领域的一个非常重要和极具意义的研究课题。 改革开放后，一方面，我国很多行业都取得了举世瞩目的成就，人民生活水 平也得到了明显的提高；另一方面，由于人口数量的急剧增加以及环境保护的措 施不够完善，同时也带来了不少环境问题。排入水体中的污染物质不断增加，许 多近海和湖泊已经暴露出富营养化的问题。富营养化的问题己成为水体污染防治 的一个研究重点。特别在当前世界人口的不断增长和经济全球化快速发展背景下， 去除受污染水体中的营养物质( 主要是n 和p ) 对解决富营养化问题显得尤为重 要。 1 1 1 水体富营养化及其危害 水体富营养化是水生生物科学家普遍使用来描述对流入大量营养物质后的水 体表现出的一系列相应富营养化特征的专业术语【3 1 。自然富营养化是指由于水生 生物残骸在湖底的不断沉降淤积以及周围环境水土流失等原因，湖泊及其流域从 水深和营养物质少的贫营养湖演变为水浅和营养物质多的富营养湖，进而演变为 沼泽和陆地的过程。不过在自然环境中，这是一种极为缓慢的过程，往往以地质 年来计算。然而，人类的活动一旦介入到这个过程，其演变的速度会急剧加快， 从而导致人为富营养化。水体富营养化的影响因子主要有化学因子、物理因子和 生物变量因子，其中营养盐是目前被水生物科学家公认为最重要的影响因子1 4 j 。 湖泊富营养化不仅影响水体的使用功能，而且危害人类健康。其对生态环境的主 要危害体现在以下4 个方面1 4 6 】： ( 1 ) 水质降低。藻类大量迅速繁殖产生腐败臭味、形成表层绿色浮渣，水质 变得混浊；从而导致水体深层难以接受阳光，深层水体的光合作用减弱引发溶解 氧来源减少，同时藻类的腐化分解加速了水体的溶解氧的消耗，导致水体缺氧； 不少藻类能够直接释放、产生有毒物质等等。 单级好氧除磷工艺与a o 除磷工艺的对比研究 ( 2 ) 水体生态系统破坏。由于水质下降导致水生物种群量出现剧烈波动，生 物多样性和稳定性下降，破坏了水体生态系统。 ( 3 ) 直接经济损失。水质下降会导致渔业、旅游业、工业和农业等经济产业 受到严重影响并造成经济损失。 ( 4 ) 水体处理成本增加。大量生长的藻类对处理环节单元造成堵塞，同时水 质降低甚至产生的有毒物质严重影响了常规水处理，甚至对活性污泥等生物处理 法的微生物产生毒副作用，从而增加了额外处理难度和处理成本。 1 1 2 水体富营养化国内外状况 水体富营养化不是一个简单的区域性问题，而是一个在世界范围内具有广泛 性影响的全球水体环境安全问题。从国内外水体富营养化的状况总体看，一方面 各国水体富营养化局部区域一度比较严重，但经过多年治理，已经有所改善；另 一方面对富营养化问题治理仍处在不断摸索中。有效治理措施在短期内还看不到 明显效果：有些治理措施虽然已取得明显效果，但治理效果稳定性仍有待于时间 的检验；有些治理方法还停留在理论层次。1 9 7 5 年到1 9 8 5 年间美国政府对4 7 个 州和波多黎各的共3 1 3 个湖泊的恢复项目提供基金资助。该计划确实使一些湖泊 的恢复行动取得了公认的成功，一个成功例子就是位于西雅图的华盛顿的富营养 化恢复。然而尽管如此，1 9 8 8 年美国联邦环保局对3 9 个州的1 5 5 1 4 个湖泊进行 了富营养化评估，其中大约3 0 被划分为富营养化或高度富营养化，2 3 为中度 富营养化，剩余湖泊富营养化情况不明确r 刀。 我国在富营养化治理方面也是十分重视，但面临情形仍不太乐观，有些地方 还出现了恶化的倾向。据统计【引，作为我国城镇的主要的饮用水源地的湖泊水， 其中数量有近3 4 的湖泊已经达到富营养化程度，几乎占到湖泊总面积的2 3 ；另 有统计表明【4 j ：2 0 世纪9 0 年代初期，富营养化和重营养化湖泊数量在调查湖泊 中的比例为6 6 6 ，较1 0 年前翻了一番，其中巢湖已由8 0 年代初期的中富营养 状态转变为富营养状态，滇池则变得更加严重，处于重富营养状态；9 0 年代末， 富营养化湖泊所占被调查湖泊的比例已经达到7 7 ；具体以太湖为例，2 0 世纪 8 0 9 0 年代中期，太湖水质由5 0 8 0 年代i i 类为主下降为以类为主，但只有2 7 水域达富营养状态，2 0 0 0 年以后太湖水体以v 类至劣v 为主，水华区域占到总面 积的1 3 ，2 0 0 7 年太湖爆发了大规模蓝藻事件，2 0 0 8 年再次爆发。 1 1 3 水体富营养化与除磷的必要性 蛋白质的合成需要n ，而d n a 和r n a 的合成以及能量传递都离不开p ，因 此n 和p 两者都是维持水生浮游生物生存繁衍不可或缺的物质，也是大部分水生 态系统和陆地生态系统的限制性关键营养物。综上所述，解决水体富营养化的关 键在于降低水中的n 和p 。然而，n 和p 对水体富营养化的贡献是否相同? 是否 硕士学位论文 可以选定两者之一作为遏制水体富营养化的侧重点? s c h i n d l e r 等1 9 】从1 9 6 9 年开 始了对水体富营养化进行研究，通过对加拿大安大略湖西北部的实验湖区域进行 的3 7 年持续研究表明：导致水体富营养化原因是p ，而不是n 和c ( 有人认为c 是一切生物有机物的重要构成，c 也能限制富营养化) 。在s c h i n d l e r 的实验中富 含n 和c 的实验区域没有发生明显的水体变化，而在富p 实验区域，由于大气中 c 0 2 和n 2 的扩散作用和固定作用，使得c 和n 能够充分满足蓝藻的生长需求， 水体发生明显的富营养化。因此，c 或n 能控制水体富营养化的证据是一个假象 和短期实验的结果。当水体中富含p ，藻类似乎能够被活性n 限制，但是这并不 意味着降低n 能够消除蓝藻爆发。s c h i n d l e r 的观点也得到了c a r p e n t e r 等人【6 j 的 一致认可。 对于水体富营养化的问题也有科学家持有不一样的见解。c o n l e y 等人【10 j 对此 认为：控制水体富营养化问题需要对控制n 和p 实行双管齐下，一方面，需要避 免过低控n 而被生物n 2 固定作用补偿而抵消；另一方面，也要避免单独控p 而 产生对下游河口以及沿岸海洋系统的水体富营养化加剧的影响。 尽管对于解决富营养化问题是否需要进行同时脱氮除磷还存在争论，但是对 于水体富营养化与除磷的必要性却已经得到了科学家的广泛认可。刘鸿亮1 4 j 认为 p 是调节藻类生产力的最主要的营养物质，通常也是大部分湖泊的限制性营养物， 总磷( t p ) 可作为制定湖泊富营养物基础标准指标和开发相关模拟模型的基础。 s a w y e r l l l 】和v o l l e n w e i d e r l l 2 】根据p 浓度划分水体营养化程度分为三类，分别为贫 营养型、中营养型和富营养型，具体划分见表1 1 富营养化程度分类。因此要达 到遏制甚至消除水体富营养化的目的，必须首先对除磷理论有深刻的认识和研究， 并合理科学地选择除磷方法和工艺。 表1 1 富营养化程度分类 1 2 除磷工艺 水体富营养化与水体中p 含量息息相关。但由于农业化肥不断大量使用、城 市生活污水和工业污水的排放，水体环境中的p 水平不断上升。在城市生活污水 成分中，p 的含量一般为1 2 m g l 左右，且溶解性p 大约占7 0 。为控制污水中p 含量，各国都积极做出了严格的出水磷酸盐排放标准( t p im g l ) 和措施。如 荷兰规定污水处理后t p 原始活性污泥。这与图2 4 实际测得数据中o 工艺除磷 的除磷的能力 单级好氧除磷工艺相吻合。 硕士学位论文 1 4 1 2 1 0 一8 。d 墨6 4 2 0 1 0 0 9 0 8 0 莲7 0 鼹 篷6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 ：o c k o o 啦：凡 以芝s b r l 二一句 水p ： “，q r 卜rr 旷- _ - - 一i - 卜r | | | 。，卢 舻口口口、，口b 口口一廿一n 、口一加一o - 舟- 口 l 呻 二- - 毋| 黟 二葚嚣雠肇耄 _ 1 3 - o ! j j l ，一3 d z 州r 厶际呷： ，庐 0 1 02 03 04 05 06 07 08 09 0 t d 图2 4s b r l 和s b r 29 0 d 运行过程中t p 去除 图2 5 原始活性污泥电镜扫描和元素分析位置 3 1 图2 6 原始活性污泥元素分析 图2 78 0 d 后s b r l 活性污泥电镜扫描和元素分析位置 3 2 图2 88 0 d 后s b r l 活性污泥元素分析 图2 98 0 d 后s b r 2 活性污泥电镜扫描和元素分析位置 3 3 。一二墼丝塑墼堂型些丝堕些丝堕一 图2 1 08 0 d 后s b r 2 活性污泥元素分析 2 3 3 经济技术分析 对于不同工艺的评价，除了工艺之间的运行效果比较( 如本实验的除磷效果) ， 建设和运行成本也是一个重要的评价内容。表2 4 将传统a o 工艺与新型单级好 氧除磷工艺进行了经济和技术的对比分析。在除磷效果方面，2 组s b r 的长期运 行效果对比可知a o 除磷具有较高的除磷能力；在稳定性方面，两种工艺在本实 验中没有体现出明显的差异；在建设成本方面，两组s b r 具有相同的s r t 即具 有相同的反应器容积，因而建设成本相同，但实际a o 工艺为了增加污水日处理 量而增加了处理周期使得静置时间低于2h ，同时所需要的反应器容积减小使得 建设成本降低。 但在管理维护，单级好氧生物除磷工艺占据一定的优势。与传统o 工艺相 比，单级好氧除磷工艺明显“缺失 了一步厌氧阶段，这就降低了单级好氧除磷运 行管理维护而具有相对较低的运行成本。传统e b p r 系统受到暴雨、过量硝酸盐进 入厌氧阶段或营养物的缺乏等等的外界干扰条件影响而易出现除磷效果的波动 【6 2 】。有文献表明：厌氧阶段回流2 5m g 硝态氮至有效体积为3 6l 的反应器中，磷 的释放量减少3 0 【7 5 1 ，而磷在厌氧阶段的释放量直接关系到好氧阶段磷的吸收量 f 硎，因而控制好氧阶段的硝化作用对厌氧阶段的影响对o 工艺除磷成功运行十 分关键。本实验为降低好氧阶段硝化作用对o 工艺影响又考虑到需要保持相同 的进水条件，进水相同地都添加了硝化抑制剂。实际污水处理厂为达到相同的目的 采用的是对o 工艺进行改良组合，如u c t 工艺、d e p h a n o x 工艺以及五阶段 b a r d c n p h o 工艺等等，但增加的是回流途径和处理过程，这无疑大大增加了管理维 硕士学位论文 护成本。 此外，葡萄糖被认为不利于a o 除磷工艺的碳源【6 3 1 。但王冬波【5 6 】在未添加抑 制剂并以葡萄糖作为碳源的条件下，单级好氧除磷工艺的除磷率仍达到9 0 以上。 因而单级好氧除磷工艺的管理维护成本较低并具有更好的潜在除磷效果稳定性。 表2 4a o 工艺与单级好氧除磷工艺经济技术分析 项目 a o 工艺( s b r l ) 单级好氧除磷工艺( s b r 2 ) 除磷效率 稳定性 h r t h 管理维护 9 1 7 2 容易受到外界条件如硝酸盐和葡萄糖的干扰 1 4 较为复杂( 需要维持厌氧阶段的厌氧条件) 7 1 7 0 硝酸盐和葡萄糖对其无明显干扰 1 4 较为简单( 无厌氧阶段) 2 3 4 讨论 图2 1 1 是两组s b r 在第5 5 d 8 0 d 内m l s s 和m l v s s m l s s 变化图。可以 看出m l s s 表现出的差异较小，其平均值为3 3 0 9m g l - 1 ( s b r i ) - 与3 2 4 3 m g l 1 ( s b r 2 ) 。另一方面，在第5 9 d 测得两组s b r 周期除磷量分别为1 1 5 m g l 1 和8 8 m g l 1 而m l s s 分别为3 5 7 4m g l - 1 和3 0 2 4m g l - 1 ，这表明单位m l s s 去除磷能 力s b r l ( 以p 计，3 2 3r a g g ) 稍高于s b r 2 ( 以p 计，2 9 1r a g g ) ，另一方面，图 3 展示出两组s b r 的m l v s s m l s s 中s b r l 低于s b r 2 ，这也意味着s b r l 的单 位重量的污泥内聚磷水平高于s b r 21 7 9 j 。 0 船 0 舶 o 髓 o 舯 o 7 5 o 加 0 点5 一 苫 o 5 5 、 0 5 0 0 4 5 宝 o 柏 们6 咖 0 为 t | a 图2 1 1 第5 5 8 0 d 期间内m l s s 与m l v s s m l s s 变化 长期运行效果显示出s b r l 的除磷效果明显好于s b r 2 ，出现这种现象的内在 原因是什么? 传统e b p r 即a o 工艺通过p a o s 在厌氧条件下消耗聚磷酸盐而提 供能量( 即厌氧释磷) ，吸收外界碳源并以糖原质提供还原当量合成p h a ，好氧 阶段p a o s 以p h a 做为能源物质，大量吸收环境中的磷酸盐合成聚磷酸盐( 即“超 量吸磷”) ，同时合成糖原质，最后通过排除部分富含聚磷酸盐污泥的方式实现最 终除磷【6 1 , 6 2 】。但也有文献表明，三羧酸循环( t c a ) 也为p h a 合成提供一部分还 原当量【7 3 1 。然而，前期研究表明单级好氧生物除磷工艺以乙酸钠作为外界碳源时， p a o s 在外碳源消耗阶段期间主要通过t c a 循环作为能量和还原当量来源，迅速 合成主要的储能物质p h a ，同时糖原质和聚磷酸盐也有少量合成；在外碳源消耗 完后以分解p h a 作为能量来源，聚磷酸盐大量合成( 即“超量吸磷”) ，同时也合 成糖原质，最终也通过排泥实现除磷【5 2 , 5 8 j 。 图2 1 2 和2 1 3 正体现了这2 种生物除磷工艺不同的新陈代谢方式。厌氧期， 以o 工艺运行的s b r l 如图2 1 2 ，t p 从初始时刻含量为1 6 0 2m g l 。1 迅速上升， 直到第9 0 r a i n 释磷量达到整个厌氧期总释磷量的9 6 2 ，紧接着的第 9 0 r a i n 1 2 0 m i m 释磷速度明显降低即二次释磷( c h e n 等【6 5 】的研究中厌氧期释磷也 存在二次释磷) ，期间总释磷量为3 3 3 0m g l 1 使得水相中t p 达到最高值4 9 3 2 m g l - 1 ；与此同时伴随的是p h a 的合成( 以c 计合成量为8 7m m o l l 1 ) 、糖原质 的消耗( 以c 计消耗量为3 5 2m m o l l - 1 ) 以及大部分c o d 的去除( 去除量占总去除 量的8 1 ) 。好氧期，s b r l 的主要变化有水相中t p 的快速降低( 下降幅度为4 8 8 7 r a g l ) 、p h a 的消耗9 3 5m m o l l 、糖原质的合成6 1 5m m o l l 1 以及部分c o d 的去除( 去除量占总去除量的1 9 ) 。 4 0 0 盘o o 目 o o u 2 0 0 1 0 0 图2 1 2 第5 9 ds b r l 典型周期内t p 、c o d 、糖原质与p i - i a 的变化 硕士学位论文 如图2 1 3 所示，在s b r 2 运行的无厌氧期的单级好氧除磷工艺中，t p 从初 始时刻的2 6 8m g l 。1 降到出水的4 5m g l 1 ( 下降幅度为2 2 3m g l 1 ) ，而此过程 伴随的是p h a 的先合成5 2m m o l l 1 后减少7 6m m o l l ，以及c o d 在6 0 m i n 后即实现去除相当进水的9 3 和糖原质少量合成1 7m m o l l 。对比2 种工艺的 好氧过程可以明显发现s b r 2 的糖原质合成量远远低于s b r l ，出现这种现象的原 因是什么? 对于o 工艺厌氧阶段p a o s 能否快速摄取环境中的有机底物是 e b p r 成功的关键，而底物的吸收取决于p a o s 体内的聚磷酸盐与糖原质的含量， 前者提供能量来源而后者主要提供合成p h a 的还原当量以及少部分的能量 4 6 , 4 7 j ， 也有文献表明，外碳源通过三羧酸循环也为p h a 的合成提供一部分还原当量但其 贡献量只有约为3 0 1 7 2 】；对于s b r 2 糖原质在整个好氧阶段并没出现有减少，这 表明在单级好氧除磷工艺中通过三羧酸循环已经替代糖原质为p h a 的合成提供 还原当量。所以，原因可能是糖原质在不同工艺所发挥的作用不同，在a o 工艺 好氧阶段需要合成较多的糖原质，以弥补厌氧阶段的消耗量实现糖原质的代谢循 环以及维持厌氧阶段氧化还原的平衡。 静置期，s b r 2 的静置时间是s b r l 的2 倍，这是由于单级好氧生物除磷在较 长时间的外基质缺乏静置期中，p a o s 由于具有维持自身生命能量来源的聚磷酸 盐，从而在e b p r 系统中占据主导地位，并在下一周期的好氧期中诱导p a o s 过 量摄取环境中的磷酸盐以补充静置期消耗的聚磷酸盐，从而平衡磷的代谢循环 【52 1 。通过对比两组s b r 的静置期可以观察到另一个明显的差异即s b r 2 的释磷量 和释磷速率分别为( 1 3 2 8m g l 1 和3 3 2m g h 。1 ) 明显相应高于s b r l ( 2 6m g l - 1 和 1 3 m g h 。1 ) 。这表面上是由于s b r 2 静置时间长以及较高的释磷率引起。然而， 在图2 1 2 和图2 1 3 中可以看出更深层次的原因，进入静置期的初始时刻s b r l 的糖原质处于较高的含量，而有研究表明【8 0 1 ，在聚磷酸盐和糖原质同时存在时， 微生物将优先消耗糖原质。因此在长时间的静置以及较低水平的糖原质贮备的条 件下，s b r 2 释磷量和释磷速度都远高于s b r l 。这也是导致s b r 2 初始时刻t p 含量远高于s b r l 的初始时刻以及进水t p 的原因。 单级好氧除磷工艺与a o 除磷工艺的对比研究 1 一 一 o 骞 昌 墨 山 冥 喀 唾 冁 图2 1 3 第5 9 ds b r 2 典型周期内t p 、c o d 、糖原质与p h a 的变化 对s b r l 和s b r 2 两种工艺的周期内t p 、c o d 、糖原质与p h a 的变化进行 研究后，有必要回答为什么会出现s b r l 的除磷能力高于s b r 2 。在聚磷菌的新陈 代谢过程中，贮存的聚磷酸盐、糖原质和p h a 都起着非常重要的作用【14 1 。传统 除磷理论认为p a o s 的新陈代谢过程的明显特征是p h a 、糖原质和聚磷酸盐的消 耗和存贮的循环过程【1 4 】。本实验虽未直接测定细胞内的聚磷酸盐但通过水相中 t p 的变化可在一定程度上予以反映出。e b p r 系统能否成功运行以及运行性能高 低取决于聚磷酸盐能否在微生物代谢过程中占据有利地位，如果聚磷酸盐成为微 生物代谢活动的动力( 即起着不可或缺的供能作用) ，那么e b p r 运行成功( p a o s 占据优势) ；相反发挥能源作用的是糖原而