（市政工程专业论文）反硝化除磷工艺影响因素的研究.pdf

山东建筑大学硕士掌位论文 摘要 反硝化除磷技术具有节约碳源，节省曝气量，以及降低污泥产量的优点。本试验采用s b r 反应器，按厌氧缺氧好氧( o ) 模式，采用以红糖为碳源，以硝酸盐、亚硝酸盐为电子受 体进行了反硝化除磷( d p b ) i 拘研究。试验详细研究了碳源、电子受体、p h 及媪度对反硝化除 磷的影响。试验发现： 运行稳定后，缺氧吸磷量占总吸磷量的8 5 ，d p b 占整个p a o 的比例为5 6 8 。厌氧停 留时间以不超过1 5 h 为宣，缺氧停留时间以2 h 为宜，好氧停留时间以o 5 1 h 为宜。 碳源浓度越高，越有利于厌氧释磷的发生，缺氧段外加碳源对缺氧吸磷是不利的，外加 碳源浓度越高，吸磷胜能受到的抑制作用也越大。以红糖为碳源，在a ，0 模式下运行时， 在c p = 3 2 时，d p b 污泥具有最佳的除磷性能。在相同浓度的条件下，基质越简单，释磷效果 越好，后续的吸磷速率也越大。 n 0 3 作电子受体时，在保证有足够的硝酸盐做电子受体的情况下，缺氧吸磷速率几乎不 受硝酸盐浓度的影响。在本试验条件下，缺氧阶段每消耗l m g n 0 3 一n 吸收约1 m g p o ，一p 。 d p b 能够以亚硝酸盐作为电子受体进行反硝化吸磷。在低n 0 2 - n 浓度( 5 一一l o m g l ) 的条件 下，亚硝酸盐对d p b 没有抑制作用，缺氧吸磷速率高于以硝酸盐为电子受体的缺氧吸磷速率。 亚硝酸盐对d p b 的抑制作用与p h 有非常大的关系，在初始p h = 7 0 时，亚硝酸盐的抑制浓 度在2 0 m g i 一3 5 m g l 之问，并且抑制程度随浓度的增加而增大。当n 0 2 n = 3 5 m g l ，缺氧吸 磷几乎被完全抑制。在缺氧段p h = 7 5 时，当n 0 2 + n = 5 0 m g l 时，也没有非常明显的抑制现 象。 在反硝化吸磷过程中，d o 不会对d p b 构成影响。o 5 h 一1 h 的曝气能够使系统比较容易的 保持长期稳定，过量曝气对系统则是有害的。 温度对反硝化除磷有重要的影响。对厌氧释磷束说，1 5 c 是一个临界点，对缺氧吸磷来 说，2 0 * ( 2 是一个i 每界点。在低于临界点时，厌氧释磷或缺氧吸磷随温度的变化明显，随温度 的升高而显著增加；当温度高于临界点时，厌氧释磷或缺氧吸磷均随温度升高而略有提高； 在1 0 , - 3 0 。c 范围内，反硝化速率随温度的升高而增加。缺氧吸磷速率与n 0 3 。n 消耗速率相比， n 0 3 一n 消耗速率受温度的影响更大。 p h 对d p b 有重要的影响，p h 越低，越有利于d p b 的厌氧释磷，但是这种释放包括“酸溶 山东建筑大掌硕士掌位论文 效应”造成的无效释磷，会影响污泥的活性，对后续吸磷造成不利的影响。在6 0 8 0 范围内， p h 越高，越有利于d p b 缺氧吸磷。p h 能够较准确指示厌氧释磷与缺氧吸磷的终点，因此，能 够作为实时监控的参数。 关键词：反硝化除磷；碳源；硝酸盐；亚硝酸盐 i i 山东建筑大掌硕士学位论文 a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lh a sa l l a d v a n t a g eo f s a v ec a r b o ns o u r c e s ， o x y g e nd e m a n d ，a n dd e c r e a s et h ep r o d u c t i o no fs l u d g e i nt h es t u d y , s b r sw e r eu s e dt oe n r i c h d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v i n gb a c t e r i a ( d p b ) w i t hs a c c h a r o s ea sc a r b o ns o u r c e s ，n i t r a t eo r n i t r i t ea se l e c t r o na c c e p t e r su n d e rt h em o d eo fa n a e r o b i c a n o x i c a e r o b i c ( a ，0 ) t h ee f f e c t so f c a r b o ns o u r c e s ，e l e c t r o na c c e p t e r s ，t e m p e r a t u r ea n dp ho nd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a lw e r e s t u d i e d t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： w h e nt h ep h o s p h o m sr e m o v a ls y s t e mw a ss t a b l e r a t i oo fa n o x i cp h o s p h a t eu p t a k ew a s8 5 o f t o t a lp h o s p h a t eu p t a k e a n dt h er a t i oo fd p b p a ow a s5 6 8 a n a e r o b i ch y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ( h r t ) i sb e t t e rn o tl o n g e rt h a n1 5 h ，w h i l ep r o p e ra n o x i ch r t i s2 h ，a e r o b i ch r ti s0 5 一l h h i g h e rc o n c e n t r a t i o no fc a r b o ns o u r c e si sf a v o rt oa n a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a s e ，w h i l ea d d i n g c a r b o ns o u r c e si nt h ea n o x i cp h a s ei sd e t r i m e n t a lt od e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l ，t h eh i g h e r c o n c e n t r a t i o no fa d d i n gc a r b o ns o u r c c si s ，t h em o r ei n h i b i t i o no fa n o x i cu p t a k ei s w h e nt h er a t i oo f c p i s3 2u n d e r t h e 0 m o d e b yu s i n gs a c c h a r o s e a sc a r b o ns o u r c e s ，t h es l u d g e o f d p bh a s t h e o p t i m a lc a p a b i l i t yo fr e m o v ep h o s p h a t e w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fd i f f e r e n tc a r b o ns o u r c e si st h e s a m e ，s u b s t r a t ew h i c hi ss i m p l ew i l lh e l pt oa n a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a s e ，a n dt h er a t eo fa n o x i c p h o s p h a t eu p t a k er a t ew i l lb eh i g h e r w h e nn i t r a t ew a su s e da se l e c t r o na c c e p t e r s ，t h ea n o x i cp h o s p h a t eu p t a k er a t ew a sn o ti n f l u e n c e d b yn i t r a t ec o n c e n t r a t i o na sl o n ga sn i t r a t ew a se n o u g h i no u re x p e r i m e n t ，1m gn i t r a t ew i l lr e s u l tt o a b o u t1m g p h o s p h a t e n i t r i t ec a nb eu s e da sa ne l e c t r o na c c e p t e rt op a r t i c i p a t ed e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l u n d e r l o w e rn i t r i t ec o n c e n t r a t i o n ( s - l o m g l ) ，n oi n h i b i t i o nw a sa p p e a r e d ，a n dt h ep h o s p h a t eu p t a k er a t e w a sf a s t e rt h a nt h a to fn i t r a t e t h en i t r i t ei n h i b i t i o no nd p bh a sag r e a tr e l a t i o n w h e nt h ep hw a s 7 0 ，t h ei n h i b i t i o nc o n c e n t r a t i o nw a s2 0 3 5m g t , a n dt h ei n h j b i t i o ni n c r e a s e dw i t hn i t r i t e c o n c e n t r a t i o n w h e nt h ec o n c e n t r a t i o ni sh i g h e rt h a n3 5 m la n o x i cu p t a k ew a st o t a l l yi n h i b i t e d h o w e v e r , w h e nt h ep hi s7 5 e v e nn i t r i t ec o n c e n t r a t i o nr e a c h5 0m g c ln oi n h i b i t i o na p p e a r e d d oi sn o td e t r i m e n t a lt od e n i t r i l y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l 0 5 一l ha e r o b i cp h a s ei sn e c e s s a r ya n di s f a v o rt ot h es t a b t l i z a t l o no f p h o s p h o r u sr e m o v a ls y s t e m h o w e v e r , e x c e s s i v ea e r a t i o ni sd e t r i m e n t a l t ot h es y s t e m t e m p e r a t u r eh a sag r e a te f f e c to fd e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l 1 5 * c c a nb ec o n s i d e r e da sa c r i t i c a lp o i n tt oa n a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a s e ，w h i l e2 0 ct oa n o x i cp h o s p h a t eu p t a k er a t e w h e nt h e i 山东建筑大掌却陆掌位论文 t e m p e r a t u r ew a sl o w e rt h a nc r i t i c a lp o i n t ，a st h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h er a t eo fa n a e r o b i c p h o s p h a t er e l e a s eo ra n o x i ep h o s p h a t eu p t a k ei n c r e a s e df a s t w h e nt h et e m p e r a t u r ew a sh i g h e rt o c r i t i c a lp o i n t ，t h er a t eo fa n a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a s eo ra n o x i cp h o s p h a t eu p t a k ei n c r e a s e dal i t t l e a st e m p e r a t u r ei n c r e a s e d c o m p a r i n ga n o x i cu p t a k et od e n i t r i f y i n g ，d e n i t r i f y i n gw a sm o r ee a s i l yt o b ei n f l u e n c eb yt e m p e r a t u r e p hh a sag r e a ti m p o r t a n c et od p b l o w e rp hw i l lh e l pt oa n a e r o b i cp h o s p h a t er e l e a s e , b u tt h i sk i n d o fp h o s p h a t er e l e a s ew a sc a u s e db ya c i dd i s s o l v ee f f e c t ，a n dw i l lb ed e t r i m e n t a lt od p b d u r i n gt h e r a n g eo f6 0t o8 0 ，h i g h e rp hw i l lh e l pt oa n o x i cp h o s p h a t eu p t a k e p hc a ni n d i c a t et h ee n dp o i n to f a n a e r o b i ca n da n o x i cp h a s e ，s oi tc a nb eu s e da sa np a r a m e t e ro fr e a l - t i m ec o n t r 0 1 k e y w o r d s ：d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v a l ；c a r b o ns o u r c e s ；n i t r a t e ；n i t r i t e 山东建筑大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑工程学院或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的况明 并表示了谢意。 研究生签名：删日 型垂刃 山东建筑工程学院学位论文使用授权声明 山东建筑工程学院送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论 文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公 布( 包括刊登) 授权山东建筑工程学院研究生处办理。 研究生躲缍蠡峰师签名：堇3 当日期 讽1 _ 山东建筑大学硕士掌位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 目前，我国的水资源的污染越来越严重，这其中氮和磷是主要的污染物。氮和磷造成 了我国许多水体的富营养化现象。许多水体鄙出现了富营养化现象，从而严重影响了人们 的生活，限制了经济的发展。氮和磷主要束源于工业和生活污水。因此，必须对污水进行 脱氮除磷，控制水体的富营养化。 相对于化学除磷而言，生物除磷具有污泥量少、节省投资的优点【1 1 。因此，生物除磷 工艺已经受到了广泛的重视。我国在8 0 年代广泛使用的活陛污泥法等，尽管对于有机物 的去除具有较好的效果，但对对氮、磷的去除效果比较差，而且能耗比较高，污泥量比较 大，处理起来比较困难。造成了许多地区“建得起，用不起”的尴尬局面，如何降低运行成 本，提高脱氮除磷效果，是我们水处理工作者亟需解决的课题之一。 最近十几年来，我国也已经陆续建成了一些具有同步脱氮除磷效果的污水厂，处理了 大量污水，降低了污染。但是，目前依然存在的一个问题是，我国的市政污水普遍存在c n 或c p 比偏低的情况，即碳源不足。由于常规的生物脱氮和除磷的过程中都需要有碳源的 参与，这就造成了反硝化菌和p a o 对碳源的竞争【2 l ，使得现有的工艺不能同时达到良好的 脱氮除磷效果。因此，探索一种能耗低，脱氮除磷效果好的工艺具有十分重要的现实意义 和经济价值。 1 2 生物脱氮技术的原理及发展 1 2 1 生物脱氮的原理 污水中的氮一般以有机氮和氨氮的形式存在。有机氮在氨化菌的作用下，很容易分解、 转化成氨氮。这个过程称为氨化作用。氨氮在硝化菌的作用下被氧化为硝态氮。硝化过程 又包括两个步骤：第一步在亚硝酸盐菌的作用下将氨氮转化为亚硝酸盐氮： 2 棚：+ 3 0 2 + 4 0 h 一一2 n 0 2 + 6 h 2 0 第二步，在硝酸菌将亚硝酸盐氮进一步氧化为硝酸盐氮： 2 n 0 2 + 0 2 2 n o ； 亚硝酸菌与硝酸菌合称硝化菌，它们都利用无机碳化物如碳酸根、碳酸氢根或二氧化 山东建筑大掌硕士掌位论文 碳等作为碳源，从氨根或亚硝酸根的氧化反应中获取能量。 反硝化主要由反硝化细菌完成，其中有些是专性厌氧细菌，有些是兼性厌氧细菌。在 有氧情况下兼性厌氧细菌利用分子氧进行呼吸，氧化分解有机物；在无氧而有硝酸盐存在 的条件下，它们利用硝酸盐中的氧进行呼吸，氧化分解有机物，将硝态氮还原为n 2n 2 0 3 1 。 1 2 2 生物脱氮技术的发展 近年来，随着科学研究的不断进步，一些新的脱氮技术得到了长足的发展。 ( 1 ) 短程硝化反硝化技术 所谓短程硝化反硝化技术，是指通过控制运行一定的运行条件，使硝化进行到n 0 2 。 时，便进行反硝化而脱氮的过程。 短程硝化反硝化与传统硝化反硝化生物脱氮相比，具有许多优点：对于活性污泥法， 可节省氧供应量约2 5 ，降低能耗；节省反硝化所需碳源，在c 小比一定的情况下提高 i n 去除率，减少污泥生成量可达5 0 ，减少投碱量，缩短反应时间，相应反应器容积减 少【钔。 ( 2 ) 好氧反硝化技术 传统水处理理论认为：氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的， 由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应 发生在好氧条件下，反硝化反应则发生在严格的缺氧或厌氧条件下，然而，国内外的不少 研究和报道证明，反硝化可以在好氧状态下存在，即好氧反硝化【玉6 1 。 同传统的缺氧环境中的反硝化相比，好氧反硝化有以下几个优点：由于好氧反硝化和 硝化反应在同一个反应器中发生，因而大大减少了系统空间和工程造价：好氧反硝化是经 济可行的，因而只需要更少的化学药剂来调节系统的p h 值；好氧反硝化菌在处理运行中 更容易被调控n 。 ( 3 ) 厌氧氨氧化技术 厌氧氨氧化( a n a e r o b i co x i d a t i o no f a m m o n i u m ，简称a n a m m o x ) 是指在厌氧条件 下，以n 地+ 为电子供体，以n 0 3 或n 0 2 为电子受体，将n h 4 + 、n 0 3 或n 0 2 转变成n 2 的 生物氧化过程。如下式所示： n h ；+ n o j n 2 + 2 h z 0 参与厌氧氨氧化的细菌是自养菌，因此不需要添加有机物来维持反硝化。由于厌氧氨 氧化技术本身的特点，使之具有不需要碳源，需氧量低，以及运行费用低的突出优点【踟。 2 山东建筑大掌硕士掌位论文 1 3 生物除磷技术 磷不同于氮，不能形成氧化体或还原体，向大气放逐，单具有以固体形态和溶解形态 相互转化相互循环的性能【“。因此，在生物除磷过程中，排除剩余污泥是除磷的唯一途径。 p a o 在厌氧环境下利用聚磷水解及细胞内糖酵解获得能量，吸收污水中的有机碳源并 使之以p h b ( 聚一b 羟基丁酸) 形式贮存，同时释放磷酸盐；当p a o 在厌氧环境完成放磷贮碳 后，进入好氧缺氧环境中，细胞内贮存的p h b 被氧化以0 2 作电子受体，而产生能量，用 于磷的吸收和聚磷的合成，能量随之以聚磷酸高能键形式贮存，从而实现了磷的大量吸收。 p a o 以循环方式经历厌氧，好氧环境过程中，污水中的磷就在好氧环境下以聚磷形式被吸入 细菌细胞，而后通过排泥的方式加以去除【9 1 。 在厌氧好氧除磷工艺的基础上，人们发现，在厌氧缺氧交替运行的条件下，能够富 集一类p a o ，该细菌兼有同步脱氮和除磷的功能，这类微生物能将反硝化脱氮和生物除磷 这两个本来认为彼此独立的作用合二为，进行反硝化的同时进行吸磷。由于该技术能够 节省5 0 的碳源，3 0 的曝气量和5 0 的污泥型1 0 l ，因此具有很好的发展前景。 1 3 反硝化除磷技术 1 3 1 反硝化除磷技术的发展 1 9 8 7 年，v l e k k e 等分别利用厌氧缺氧s b r ( a n a e r o b i c a n o x i cs b r ，简称a 2 s b r ) 系统 行了试验研究。他们的试验结果表明，作为硝态氮和氧气在除磷系统中起若相同的作用， 而且通过创造厌氧、缺氧交替的环境可筛选出以硝态氮作为电子受体的聚磷优势菌一反硝 化除磷菌，即d p b ( d e n i t r i f y i n gp h o s p h o r u sr e m o v i n gb a c t e r i a ) 1 1 】。 1 9 9 3 年荷兰d e l f t 大学的k u b a 也在试验中观察到：在厌氧缺氧交替的运行环境下， 可以富集到一类兼有反硝化作用和除磷作用的兼性厌氧微生物，该微生物能利用0 2 或n 0 3 。 作为电子受体，且基于其胞内p h b 和糖原质的生物代谢作用与传统a o 法中的聚磷菌( p a o ) 相似【1 2 1 。 同年，k e r r n - j e s p e r s e n 通过试验研究，把p a o 划分为两类，一类仅仅可以利用氧作为 电子受体，而另一类，既可以用氧气作为电子受体，又可以利用硝酸盐作为电子受体【1 3 】。 我国近几年也开始对双泥系统进行研究，哈尔滨工业大学，重庆大学等对此进行了比 较深入的研究。 3 山东建筑大掌硕士掌位论文 1 3 2 反硝化除磷的原理 反硝化除磷是以厌氧缺氧环境交替环境来代替传统的厌氧好氧环境，驯化培养出一 类能以硝酸盐作为最终电子受体的反硝化聚磷菌为优势菌种，通过它们的代谢作用了同时 完成过量吸磷和反硝化过程而达到除磷脱氮的目的。 1 3 3 反硝化除磷在工艺上的应用 根据除磷污泥和硝化污泥是否分离，可以将反硝化除磷的工艺分为单泥系统和双泥系 统。 对于单泥系统来说，目前的一些同步脱氮除磷的工艺，只要存在厌氧与缺氧交替运行 条件的，都不同程度的存在着d p b ，如a 2 1 0 工艺，倒置a 2 o 工艺，v 口工艺，u c t 工艺 等。其中最具有代表性的是b c f s 工艺，它的工艺流程图见图1 1 。 图1 1b c f s 工艺流程示意图 对双泥系统而言，主要有两种工艺，一种是w a n n e r 在1 9 9 2 年率先开发出第一个利用 双泥生物系统及反硝化处理菌进行脱氮除磷的新工艺d e p h a n o x 工艺【1 4 1 ，其工艺流程图 见图1 2 。另外一种为a 2 n s b r 工艺，事实上，这两种工艺是一种工艺，只不过是前者常 见于实验室，间歇运行；而后者以应用于实际工程中，连续运行，比a 2 n s b r 多了一个后 曝气而已。a 2 n s b r 工艺流程图见图1 3 。 l 一一一一孽啦一一一_ j 峙泥 图1 2 d e p h a n o x 工艺流程图 4 山东建筑大掌硕士掌位论文 1 3 4 反硝化除磷理论的研究现状 图1 3 a z n s b r 工艺流程 d p b 的发现为解决碳源不足的问题提供了新的思路。在常规的污水处理中，厌氧区用 于释磷，缺氧区用于反硝化，好氧区用于硝化，同时用于吸磷。作为硝化的产物和反硝化 的电子受体硝酸盐，一直以来被认为是抑制生物除磷的一个要素。但是从微生物学的角度 来看，用硝酸盐代替电子受体却并没有限制。事实上，许多的研究已经表明：用硝酸盐代 替氧气做电子受体也是可行的。不论在实验室中还是在实际的污水厂中都发现了d p b 的存 在。 k u b a 在考察a 2 n s b r 工艺的运行特征时发现其最佳c n 值为3 4 ，此时除磷率几乎达 到1 0 0 ，当c n 值高于此值时( 硝酸盐量不足) 可在缺氧段后引入一个短时曝气( 以0 2 作为 电子受体) 将残留的磷去除：当c n 值低于此值时可通过外加碳源来去除过量的硝酸盐【1 0 l 。 1 9 9 9 年，b o r t o n e 在对d e p h a n o x 和j h b 两工艺进行对比试验中得到两者在不同c n 值时 的除磷率，继之作者利用m a t l a b s i m u l i n k 建立的模型对大量的不同c o d t k n 和 t k n p 0 4 3 - p 的进水进行了模拟试验，发现即使c o d t k n 值很低、t k n p 0 4 3 - _ p 值很高( 电 子受体数量在缺氧吸磷段不受限制) ，d e p h a n o xt 艺的除磷效率仍维持在9 0 以上1 1 4 】。 m e r z o u k i 等在考察硝酸盐投量对a 小i s b r 工艺除磷效果的影响时发现；系统的除磷效 果主要依赖于缺氧段所投加的硝酸盐量及s r t 。在碳源充足的前提下，硝酸盐氮浓度的大 5 山东建筑大学硕士掌位论文 小是决定吸磷能否完全的限制性因素【1 5 】。 另外，硝酸盐的投加方式也会对反硝化除磷的效果产生影响。有试验表明采用多次投 加的方式可以获得比一次性投加更高的反硝化吸磷速率【1 6 1 。 研究人员对于亚硝酸盐能否做电子受体，以及是否抑制反硝化除磷，目前有不同的看 法。k e r r n j e s p e r s e n i ”】在研究固定生物膜反应器厌氧，缺氧交替运行条件下的释磷、吸磷晴 况时发现：当缺氧段的硝酸盐负荷增高时能观察到亚硝酸盐的积累，同时随着硝酸盐量的 减少则吸磷也相应减少，一旦系统中的硝酸盐被消耗尽，即使系统中还存在大量的亚硝酸 盐，吸磷也随之停止，取而代之的是丌始放磷。这一现象说明一次性大量投加的硝酸盐未 被及时地还原为氮气，相当一部分处于亚硝酸盐阶段，并且系统中的p a o 无法以亚硝酸盐 作为电子受体进行吸磷。同时，随着亚硝酸盐的形成则释磷量和硝酸盐耗量的比值减少， 作者对其解释是：只有硝酸盐转化为亚硝酸盐过程中产生的那部分能量才可被p a o 用作吸 磷所需的能量，亚硝酸盐的积累是由缺氧段初期过高的硝酸盐浓度造成的。所以，在实际 研究中硝酸盐应分批数次、小剂量投加，或使好氧时间尽量长来达到完全硝化反应，以免 造成亚硝酸盐的积累。k u b a 也有关于亚硝酸盐( 大约5 - 1 0 m g n 0 2 - 一n l ) 强烈抑制吸磷活 性的报道。 - f f i i m e i n h o l d t l 7 】认为当亚硝酸盐浓度不是很高( = 4 5 m g n 0 2 一n l ) i f j 其可作为吸磷的电 子受体；但当浓度较高时( = 8 m g n 0 2 n l ) 亚硝酸盐才会对缺氧吸磷完全起抑制作用。j y h u * 等1 1 8 l 认为只要亚硝酸盐低于它的最大抑制浓度( 1 1 5 r r i g n 0 2 n l ) ，亚硝酸盐不但对 除磷没有抑制作用，反而和硝酸盐一样可作为电子受体。l e e 1 9 噜也认为亚硝酸盐不会有 抑制作用，当硝酸盐的浓度低于1 o m g l 时，亚硝酸盐可以如硝酸盐般快速被利用。并且认 为，利用亚硝酸盐作电子受体比仅仅利用硝酸盐作电子受体时，具有更高的磷吸收速率； 至少l o m g n 0 2 n 几不会对缺氧吸磷产生损害性的影响；所谓的亚硝酸盐的抑制作用是由于 突然投入亚硝酸盐造成的，是否抑制依赖于d p b 污泥对于亚硝酸盐的能逐渐适应的范围。 目前，关于p h 和温度对反硝化除磷的影响，研究的还不多。k u b a 研究了p h 对d p b 的影响，他认为【2 0 】，在低p h ( 6 o 7 5 条件下) ，p h 对于d p b 污泥和传统的厌氧好氧污泥 具有相同的影响，不过在p h = 8 0 时，由于沉淀的生成，在生物释磷过程中，c p 比比计算 出的有将近2 0 的降低。任南琪在试验中中保持温度为2 0 之5 ，s r t = 1 5 d ， m l s s = 2 9 0 0 - 3 2 0 0 m g l 的情况下，发现在缺氧段p h 值= 7 o o 1 ，厌氧段p h 为7 肌8 0 时 在较高的p h 值条件下脱氮除磷效果最好1 2 1 】。 6 山东建筑大掌司陆掌位论文 1 4 论文的主要研究目的和内容 1 4 1 研究目的和意义 当前，环境问题已经得到了越来越多的关注，政府也采取了一些政策来保护环境，但 是，环境污染不是一朝一夕的问题，它的治理仍然需要一个长期的过程。水体富营养化问 题是我国水污染中存在的一个很重要的课题。如何减少污水中的氮、磷的含量，遏制富营 养化的发生，是水处理工作者面临的一个重大挑战。目前，许多水厂仍然没有对氮、磷的 去除，即使有氮、磷的去除作用，但水处理成本过高，也限制了我国脱氮除磷的发展。因 此，开发出一种具有成本低、运行效果好的新的脱氮除磷工艺，对我国的环境保护事业具 有相当大的现实意义。 1 4 2 主要研究内容 本论文的主要研究内容包括： ( 1 ) 通过对普通污泥的驯化培养，获得具有良好活陛的反硝化除磷污泥，得到快速富 集d p b 的方法； ( 2 ) 在获得反硝化除磷污泥以后，通过试验获得最佳的投加碳源、硝酸盐投加量，并 因此而得到c 、n 、p 三者之间的关系。 ( 3 ) 对于n 0 3 。、n 0 2 、0 2 这三种电子受体对d p b 的影响进行研究，得到适宜的浓度 范围，对三者进行比较，并找出不同的原因。对于亚硝酸盐来说，其抑制浓度也是一个重 点研究的对象。对0 2 而言，它是否是反硝化吸磷的必要条件，以及过量曝气对反硝化除磷 的影响，也是研究的内容之一。 ( 4 ) 对温度和p h 对d p b 的影响进行初步的研究，得出其适宜的范围，以指导实践。 7 山东建筑大掌硕士掌位论文 2 1 试验装置与方法 第2 章试验装置与方法 试验采用序批式运行方式，采用两组试验装置。运行模式分别为厌氧，缺氧好氧( v o ) 和厌氧，好氧( o ) ，其中a a o 模式为反硝化除磷装置，a o 模式为传统的除磷运行方式 试验。装置示意图见图2 1 。 图2 1 试验装置不意图 试验主要设备的规格如下： ( 1 ) 水箱，反应体积约4 0 0 l ，用于配水的贮存； ( 2 ) 反应器，有效容积2 0 l ，圆柱型有机玻璃制成； ( 3 ) 加热系统，采用自控型加热棒，在需要加温时采用； ( 4 ) 搅拌器，由u 1 8 0 4 0 2 2 0 型号单相串激电动机和t d g c z 一0 5 k v a 的接触调压器串联 而成，最大输出功率1 8 0 w ： ( 5 ) 微型潜水泵，型号r s 2 8 b ，用于试验进水； ( 6 ) 空气泵，为a c o 3 8 8 d 空气压缩机，通过流量计调整曝气量。 2 2 试验水质 试验采用人工水，由市售红糖、磷酸氢二铵、碳酸氢铵与自来水配制而成。由于红糖 8 山东建筑大学硕士掌位论文 中含有大量杂质，即含有大量的微量元素，自来水中亦存在相当数量的微量元素，所以， 在本试验中，配制原水时不再投加微量元素。人工配水的水质见表2 1 。 表2 1 人工配水水质 2 3 分析方法 试验主要检测项目及分析检测方法见表2 2 。 表2 2 检测项目及检测方法 检测项目检测方法 t p 、p 0 4 3 。p 钼锑抗分光光度法【2 2 】 n 0 3 - n 酚二磺酸分光光度法1 2 2 】 n o r nn ( 1 萘基) 7 , - - 胺分光光度法倒 n h 4 + n钠氏试剂分光光度法圈 m l s s 、m l v s s 重量法【矧 p h p h s 3 b 型精密p h 计 d o h 1 9 1 4 3 便携式防水型溶解氧测量仪 温度普通温度计 9 山来建筑大掌硕士掌位论文 第3 章污泥的培养及停留时间的确定 3 1 反硝化除磷菌( d p b ) f l , 培养 反硝化除磷污泥的培养分为两个阶段，第一个阶段为p a o 的富集与培养的过程；第二 个阶段为d p b 的培养过程。 试验用的活性污泥取自济南水质净化一厂的曝气池。 污泥的培养从2 0 0 5 0 5 2 0 开始培养，从6 月1 日开始试验数据的正式纪录，6 月1 日 记为第1 天。 3 1 1 p a o 污泥的培养 在培养聚磷菌污泥时，运行模式( a o ) 见图3 1 。 捧水闲置 图3 1 聚磷菌污泥培养流程 每天运行两个周期，每个周期运行5 5 个小时，其中，厌氧2 h ，好氧3 h ，沉淀o 5 h ， 进水与排水都可认为是瞬时的。好氧段溶解氧浓度保持在3 m g l 左右。 在培养初期，由于活性污泥中的聚磷菌数量很少，故采用较长时间的污泥龄以积累聚 磷菌，约3 0 d ，待活性污泥有明显的厌氧释磷、好氧吸磷的特征之后，采用泥龄为1 5 d 。 m l s s 约保持4 0 0 0 m g l 。 经过第一阶段的培养过程，从外观上，污泥的颜色有了明显的变化，由原来的厌色变 成了鲜艳的黄褐色，如图3 2 中的p a o 污泥。 竺查登型竺竺竺竺塑 图3 2 d p b 污泥与p a o 污泥实图 在培养过程中，各个阶段混合液中p 0 4 3 p 含量见图3 3 ，去除率变化见图3 4 。 051 01 52 02 53 03 54 0 4 55 05 56 06 57 0 日期( d ) 图3 3 聚磷菌培养过程中进水，厌氧后以及出水的磷酸盐变化 蚰筋垢m 0 0 (1舳一世爱籀镫罄 山东建筑大掌硕士学位论文 1 0 0 8 0 褂6 0 媒 稍4 0 2 0 0 01 02 0 3 04 0 5 06 07 0 日期( d ) 图3 4 聚磷菌培养过程中p 0 4 3 p 去除率变化图 分别在培养初期( 第1 d ) 培养初期和培养末期( 第4 0 d ) 钡i j 定不同时间内p 0 4 3 p ，测定结 果分别见图3 5 和图3 6 。在培养初期，厌氧释磷量仅有2 6 r r i l ，吸磷量为1 1 2 1m 班， 出水磷酸盐含量高达1 1 0 5 m g l ，去除率也仅为4 3 8 ，说明活性污泥中聚磷菌的含量比较 少。经过3 0 d 的培养，出水磷酸盐达到0 7 3 m g l ，活性污泥对磷的去除率达到9 1 8 0 ， 释磷量达到1 4 o l m g l ，吸磷量达到2 8 4 5 m g n _ ，说明此时活性污泥中已含有大量的聚磷菌。 2 0 一 毫1 5 3 赵 避l o 分 “5 0 ， 厌氧段好认 一 。 ol23 45 时间( h ) 图3 5 培养初期的释磷与吸磷 山东建筑大学硕士掌位论文 。 厌氧段 好氧段 | 一 02345 时问( h ) 图3 6 富集后聚磷曲的释磷与吸磷 此后，在第5 5 d 时，出现了活性污泥的流失，导致除磷效率的突然下降，由8 6 3 9 突 降至6 3 2 9 ，但是，由于p a o 在活性污泥中的比例较高，p a o 的活陛并没有发生变化， 经过一个周的恢复培养，p a o 的数量得到恢复，除磷效率达到9 0 以上，如图3 3 所示。 运行已经稳定，准备进入下一个阶段的培养。 3 1 2d p b 污泥培养 在培养d p b 污泥时，运行模式( a a o ) 见图3 7 。 图3 7 反硝化聚磷菌污泥培养的流程 每天运行两个周期，每个周期运行6 5 个小时，其中：厌氧2 h ，缺氧3 h ，好氧1 h ， 衢 临 m 0 0 18l一午-t0“ 山东建筑大掌硕士掌位论文 沉淀0 5 h ，进水与排水都可认为是瞬时的。缺氧段开始向反应器中投加硝酸盐进行诱导。 配制n 0 3 - n 浓度为2 0 0 0 m g l 的硝酸钠缓冲溶液，每次投加5 0 m l 缓冲溶液到2 0 l 的反应 器中，即初始n 0 3 + 一n 浓度为5 0 m g l 。好氧段d o 浓度保持在3 m g l ，m l s s 保持4 0 0 0 m g l 左右，污泥龄保持为1 5 d 。 经过第二阶段的培养过程，从外观上，污泥的颜色微有变化，原束鲜艳的黄褐色变成 了暗黄褐色，如图3 2 中的d p b 污泥。 在培养d p b 过程中，各个阶段混合液中p 0 4 3 - p 含量见图3 8 ，去除率变化见图3 4 ， 缺氧段前后p 0 4 3 p 的变化定义为缺氧吸磷量，它随时间的变化见图3 9 。 曼 錾 煞 6 57 07 58 08 59 09 5 1 0 0 1 0 5 时间( d ) 图3 8 培养d p b 过程中的各阶段磷酸盐浓度变化 6 5 7 07 58 08 59 09 51 0 01 0 5 时问( d ) 图3 9 缺氧吸磷量随时间的变化 从图3 9 可以看出，在d p b 培养初期，缺氧吸磷量较少，仅为4 7 9 m g l 。这说明，在 1 4 蛎蚰孙沥加垢加0 0 饬坫m 0 0 13m一鲫凿昏1骞誊 山东建筑大学硕士掌位论文 p a o 中存在一部分微生物，它们能够以n o r 为电子受体，在厌氧条件下释放磷，在缺氧条 件下吸收磷，这部分微生物即是d p b ，但是，d p b 的数量较少。随着n 0 3 的诱导，d p b 的数量不断增长，在宏观上表现在缺氧吸磷量的快速增加，至第1 0 4 d 时，缺氧吸磷量已 经达到2 7 0 4 m g l ，是最初缺氧吸磷量的5 6 5 倍，平均日增加吸磷量0 6 0 9 m g l 。 在培养阶段末期( 第9 6d ) 分别删定不同时间混合液的p 0 4 3 一p 和n 0 3 n ，测定结果见 图3 1 0 。 5 0 4 0 毫3 0 邑 趟2 0 1 0 0 一p 哼 一一n o - | 厌氧段 、耱氧段 好氧段 j 一 心 - 0i23456 时问( h ) 圈3 1 0d p b 污泥富集后的反硝化吸磷 缺氧吸磷量占总吸磷量的比例也1 5 上升到8 5 。同时，d p b 占p a o 的比例也由刚 开始的1 3 上升到5 6 8 。其中，d p b 占p a o 的比例是根据k u b a 等人的研究结论得出的。 k u b a 等【2 3 4 】在研究中发现，用氧气做电子受体与硝酸盐做电子受体的最大吸磷速率没有 差别，因此d p b 占整个p a o 的比例分数可以通过缺氧吸磷速率和好氧吸磷速率的比值来 相对得出。 此时，可以认为富集d p b 的工作完成，进入下一步的试验。 3 1 3 直接加硝酸盐诱导培养d p b 污泥 通过首先富集p a o ，然后在p a o 的基础上富集d p b 这一方法，是能够得到d p b 污泥 的，但是，需要的时间比较长，是否可以直接投加硝酸盐诱导而不经过富集p a o 的阶段呢? 2 0 0 6 年1 月2 0 号至2 月2 0 号，d p b 污泥处于闲置状态，水温约1 0 。 2 月2 0 号，首先运行a o 模式，发现释磷量与吸磷量几乎为0 。这说明，p a o 在经过 一个月的闲置后，p a o 与d p b 大部分已经死亡。此后，直接按照3 1 2 中d p b 污泥的培 1 5 山东建筑大掌硕士掌位论文 养模式培养，仅一个月后，活陛污泥的反硝化除磷活陛即基本得到了恢复。这说明直接采 用投加硝酸盐诱导的方式来培养d p b 是可行的，而且培养时间短。