内容发布更新时间 : 2024/9/22 10:25:04星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

双污泥系统脱氮除磷的研究

近年来，由于生活污水和工业废水中氮磷的排放，水体富营养化现象依然呈现出不断加剧的趋势，因而如何控制水中氮磷的含量仍然是当前水环境研究的重点. 现行的污水处理厂大都采用传统的生物脱氮除磷处理工艺，基本原理都是厌氧-好氧-缺氧工艺，或者其改进后的工艺，如UCT、 MUCT、 VIP及JHB工艺等[1]. 碳源充足的条件下，这些工艺都可以达到很好的脱氮除磷效果. 然而我国大多数地区城市污水中碳源比较缺乏[2, 3, 4, 5]，尤其是氨氮含量比较高[6]时，这一现象更为明显. 因而污水厂需要另外添加碳源来实现氮磷的更好去除，如甲醇、 乙酸钠等[7, 8]，但这进一步提高了污水厂的运行费用. 最近有研究者提出把剩余污泥厌氧发酵液作为外加碳源用于补充污水中碳源的不足[9, 10, 11, 12, 13, 14]. 虽然污泥厌氧发酵液可以改善污水中碳源情况，但是目前只限于实验室实验研究阶段，大规模应用仍然存在很大难度，同时污泥中可能含有的有毒有害物质会破坏污水处理的微生物系统，实际应用之前应慎重考虑. 因而如何通过工艺改进提高碳源的有效利用率，从而实现氮磷的高效去除仍然是处理低浓度碳源废水的重中之重.

Kuba等[15]在1996年提出的双污泥脱氮除磷系统，近年来有不少学者进行了研究[2, 3, 16, 17, 18]. 和传统的好氧脱氮除磷系统相比，该工艺可以节约50%的COD，并且氧气的消耗和污泥的产量也有一定程度的减少; 但是该工艺存在一定的缺陷，即出水中会残留部分氨氮而无法达到排放标准. 因此，本研究在双污泥系统的基础上，进一步改良该工艺，使反应器中残留的氨氮发生硝化反应，并且生成的硝酸盐或者亚硝酸盐可进一步作为电子受体进行反硝化除磷，从而提高系统的脱氮除磷效率. 通过与传统的多级厌氧-好氧-缺氧系统(多级SBR)进行对比，探究改良后的工艺对氮磷去除效率，最大程度地提高碳源的利用效率，以期为低碳源废水的处理提供一定的理论依据. 1 材料与方法

1.1 实验装置及运行方法

整个实验分为实验组和对照组，具体的工艺运行流程见图 1. 实验组由主流SBR和侧流SBR两个反应器组成，对照组由单个反应器组成，图 1中的多个反应器只是一个反应器不同的运行阶段. 反应器由有机玻璃制成，有效容积为4 L，每次进水、 排水均为3 L. 反应器底部安装曝气盘进行微孔曝气,由曝气泵及气体流量计控制曝气量. 每个反应器配有强力搅拌器，保证泥水的均匀混合. 每天运行3个周期,并采用微电脑时控开关自动控制曝气和搅拌. 实验组为改良型双污泥系统，两个反应器的污泥是各自独立的，不存在污泥之间的回流交换，只是在上清液之间存在回流交换. 改良之处是在原来的缺氧段之间增加了两段微曝气阶段(如图 1红色框内所示)，控制曝气量0.50 L ·min-1，侧流SBR控制曝气量1.5 L ·min-1; 对照组采用控制曝气量1.5 L ·min-1. 搅拌速度控制在250 r ·min-1，污泥停留时间(SRT)控制在15 d,整个过程中不控制pH值.

(a)实验组(红色框内为改良部分); (b)对照组图 1 实验组和对照组工艺流程示意 1.2 接种污泥与实验用水

接种污泥取自长沙市第二污水处理厂二沉池活性污泥，接种后反应器中污泥浓度3 000 mg ·L-1左右.

实验用水采用人工配水，进水水质指标见表 1. 碳源用无水乙酸钠，氨氮采用氯化铵,溶解性正磷酸盐(SOP)采用磷酸二氢钾和磷酸氢二钾混合使用. 微量元素组分及浓度详见文献[19].

表 1 进水水质情况

1.3 分析方法

溶解性正磷酸盐(SOP)：钼锑抗分光光度法; 氨氮：纳氏试剂分光光度法; 亚硝酸盐氮：N-(1-萘基)-乙二胺光度法; 硝酸盐氮(NO3--N)：紫外分光光度法; 总氮：过硫酸钾氧化-紫外分光光度法; 混合液悬浮固体、 混合液挥发性悬浮固体：重量法; 总磷(TP)：同SOP; 以上指标的测定方法详见文献[20]. 聚羟基烷酸：气相色谱法[19]; 糖原：硫酸-苯酚法[21].

2 结果与讨论

2.1 长期运行中脱氮除磷效果

实验组和对照组反应器经过130 d长期运行后，脱氮除磷效果已基本稳定，如图 2所示. TN、 TP的平均去除率见表 2. 从中可知，同一进水条件下， 采用不同的工艺时，脱氮除磷效果存在很大的不同. 对照组出水SOP平均值为2.50 mg ·L-1,去除率为75%; 出水

中TN的平均浓度为13.70 mg ·L-1,去除率为60.9%. 实验组出水SOP平均浓度为0.35 mg ·L-1,去除率为96.5%; 出水中TN的平均浓度为1.82 mg ·L-1,去除率为94.8%. 在低碳源条件下，改良型A2NSBR可以显著提高脱氮除磷效率，氮磷的去除满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准.

图 2 长期驯化过程中实验组和对照组出水中氮磷的浓度

表 2 实验组和对照组出水N、 P的去除情况

2.2 典型周期内SOP、 NH4+-N、 NO2--N、 NO3--N、 糖原和PHA的变化

运行稳定阶段，实验组和对照组反应器典型周期内SOP、 NH4+-N、 NO2--N、 NO3--N、 糖原和PHA[聚β羟基丁酸(PHB)、 聚β羟基戊酸(PHV)和聚二甲基三羟基戊酸(PH2MV)的总和]如图 3和图 4所示.