進水C/N對A2/O-BCO工藝反硝化除磷特性的影響

張 淼,彭永臻,張建華,王 聰,王淑瑩,曾 薇

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進水C/N對A2/O-BCO工藝反硝化除磷特性的影響

張 淼,彭永臻*,張建華,王 聰,王淑瑩,曾 薇

(北京工業大學北京市污水脫氮除磷處理與過程控制工程技術研究中心,北京市水質科學與水環境恢復工程重點實驗室,北京 100124)

采用厭氧/缺氧/好氧與生物接觸氧化工藝組成的雙污泥系統(A2/O-BCO)處理實際生活污水.通過投加乙酸鈉調節進水碳氮比(C/N=2.44~8.85),考察了系統的反硝化除磷特性.試驗結果表明:進水有機物主要是通過改變硝化性能(即缺氧段反硝化負荷)以及聚-β-羥基鏈烷酸脂(PHA)的貯存和利用,進而影響系統的脫氮除磷效果.當進水C/N為4~5時,COD、TN和PO43--P去除率分別達到88%,80%和96%,實現了有機物、氮和磷的同步高效去除.碳平衡分析表明,A2/O反應器去除的COD占去除總量的71.86%~77.28%,BCO反應器去除的COD僅占2%~12%,碳源的高效利用是A2/O-BCO工藝在低C/N條件下實現深度脫氮除磷的重要原因.此外,通過進水C/N與曝氣量、硝化液回流比、厭/缺氧反應時間等相關性的分析,提出了系統的優化運行策略.

A2/O-BCO；C/N；反硝化除磷；生活污水；優化運行

隨著水體富營養化的日益嚴重以及排放標準的不斷提高,厭氧/缺氧/好氧(A2/O)工藝,分段進水,多級厭氧/缺氧(A/O)串聯,開普敦大學研發的UCT工藝以及改良UCT(MUCT)等多種脫氮除磷工藝應運而生[1-4].傳統脫氮除磷(BNR)工藝中存在異養菌、反硝化菌和聚磷菌對進水碳源的競爭,在單污泥系統中聚磷菌和硝化菌還存在泥齡上的矛盾,使得污水處理中氮、磷很難同時穩定達標[5].

在實際工程應用中,由于水質波動大、技術管理復雜、處理效果不穩定等問題,使得有機碳源成為影響BNR工藝同步脫氮除磷效果的關鍵因素[6].有研究表明制革廢水實現完全反硝化,進

水碳氮比(C/N)需要大于8[7],而實際生活污水的進水C/N往往低于6[8].絕大多數污水處理廠主要考慮外加碳源(如甲醇、乙醇、乙酸和葡萄糖等)或者將富含可生物降解有機物的工業廢水投加到城市污水中,MacDonal等調查研究表明:采用甲醇作為外加碳源的處理成本占污水廠運行管理成本的70%之多[9],大大增加了污水處理的運行費用.因此,對于低C/N(C/N<5)污水,傳統工藝往往不能滿足排放標準的要求,再加上低溫問題[10],許多污水處理廠的升級改造面臨著嚴峻的挑戰[11].

反硝化聚磷菌(DNPAOs)的發現使生物除磷和同步反硝化脫氮成為可能,為解決上述問題提供了新的思路[12].在厭/缺氧交替運行條件下,DNPAOs與傳統聚磷菌(PAOs)有相似的代謝機理[13],可節省30%的曝氣能耗,同時減少50%的碳源和污泥產量[14],具有很好的應用前景.反硝化除磷技術主要分為單污泥工藝和雙污泥工藝兩大類,雖然單污泥系統(如UCT、MUCT等工藝)也存在反硝化除磷現象,但研究表明DEPHANOX、A2N、A2/O-BAF、A2/O-生物接觸氧化(BCO)等雙污泥系統更有優勢[15-18].筆者前期對改良型雙污泥A2/O-BCO工藝的容積分配比,硝化液回流比,基質轉化利用規律以及微生物特性進行了考察[19-21],與A2/O-BAF相比[22-23],該工藝是一種脫氮除磷效果穩定,無污泥膨脹之虞,運行管理方便并深度節能降耗的反硝化除磷系統,一體化廊道式的構造可用于新建污水廠及舊污水廠的改造.

A2/O-BCO系統通過長短泥齡分離,實現“一碳兩用”,緩解了不同微生物菌群對碳源的競爭,但作為一種新工藝,碳源對系統長期運行的影響尚不明確.此外,由于環境因素,研究條件以及污泥特性的差異,碳源類型及碳源濃度對脫氮除磷影響的結論也并不統一,且目前對反硝化除磷的研究較少.Lee、葛士建等[24-25]研究發現,采用乙酸或乙酸鈉作為外加碳源,具有較高的反硝化速率和較低的污泥產率,當溫度為10℃,C/N為2:1時即可實現完全反硝化[26],遠遠高于甲醇、乙醇、葡萄糖等的比反硝化速率.Oehmen證實與乙酸相比,丙酸是實現PAOs富集的優質碳源[27],但是相比單純以丙酸作為碳源,少量乙酸的存在能提高60%的丙酸利用率[28].鑒于上述分析,綜合考慮選擇乙酸鈉作為外加碳源.

本文以實際生活污水為處理對象,在前期試驗研究的基礎上,通過長達137d的連續運行,考察了投加乙酸鈉條件下的進水C/N 對系統反硝化除磷性能的影響;同時考察了運行策略,為A2/O - BCO系統的推廣應用以及反硝化除磷性能優化提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

A2/O - BCO系統由原水水箱、A2/O反應器、中間沉淀池(MS)、BCO反應器以及沉淀區順序連接組成,其中主體反應器材質均為有機玻璃,工藝流程如圖1所示.A2/O反應器有效容積42L,進水流量126L/d,均分為7個格室,分別為厭氧區(An),缺氧區(A1~ A5)和好氧區(O),即容積分配比為1:5:1.厭氧區和缺氧區設有攪拌,好氧區停留時間較短,溶解氧1.0 ~ 1.5mg/L,進一步吸磷的同時用于吹脫反硝化過程產生的氮氣,便于后續的泥水分離.反應器平均污泥濃度為1800 ~ 2000mg/L,污泥齡(SRT)為(12±2)d. A2/O反應器出水進入中間沉淀池實現泥水分離,中間沉淀池有效容積15L,沉淀污泥回流到A2/O反應器的厭氧區,污泥回流比= 100%

中間沉淀池的上清液經中間提升泵進入BCO反應器,實現氨氮的氧化,硝化液經沉淀區回流到A2/O反應器的缺氧區,硝化液回流比= 400%.BCO反應器3格串聯(記為N1,N2,N3),總有效容積18L,內設聚丙烯懸浮填料,填料形狀為圓柱體(尺寸×: 25mm×10mm),填充率為45%;三格溶解氧為3.5~4.5mg/L,總氣量為0.18~ 0.20m3/h,生物膜平均生物量為1000~1200mg/L.

1.2 試驗安排及污水水質

試驗用水取自北京工業大學化糞池的實際生活污水(Run1),屬于典型的低C/N污水.本試驗連續運行137d,水溫(20±2)℃.在監測原水COD和TN濃度后,向原水水箱投加乙酸鈉來調節進水C/N,使其在2.44~8.85范圍內波動(Run1~Run5),主要考察進水C/N對系統同步脫氮除磷性能的影響.在調節進水C/N的同時,C/P也在隨之改變(25.36~84.15),具體的水質特征見表1.

表1 進水水質Table 1 Characteristics of influent wastewater

1.3 常規項目監測

COD的測定采用蘭州連華5B - 1型快速測定儀;NH4+-N、NO3--N、NO2--N、PO43--P在水樣經0.45μm中速濾紙過濾后,由流動注射分析儀(Lachat Quik-Chem8000,Lachat Instrument, Milwaukee, USA)測定;TN采用TN/TOC分析儀(MultiN/C3100,Analytik Jena, AG)測定;混合液懸浮固體濃度(MLSS)和揮發性懸浮固體濃度(MLVSS)根據國家標準方法測定[29];聚-β-羥基鏈烷酸脂(poly-β-hydroxyalkanoates, PHA)采用氣相色譜(Agilent 6890N)及DB-1型色譜柱檢測[30].

1.4 碳平衡分析方法

采用COD間接表示系統中的碳指標,以穩態條件下的試驗數據為基礎,對不同工況下的A2/O-BCO系統進行物料平衡分析.進入系統COD(inf)的去除途徑主要包括以下幾個方面[31]: A2/O反應器厭氧段去除(An),缺氧段反硝化和好氧段氧化(A-O),BCO反應器氧化(BCO),剩余污泥排放(WS),出水殘留(eff).具體計算過程如下:

infinfinf(1)

AninfinfinfRS(1)infAn(2)

A-O= (1+)inf·An+·inf·eff-

(1++)·inf·O(3)

BCO(1)infMSinfeffeffeff(4)

WSWSWSCV(5)

effeffeff(6)

式中:inf,WS,eff分別是進水流量,剩余污泥排放量,出水流量(即進水流量),L/d;inf,RS,An,O,MS,eff分別是進水COD濃度,回流污泥攜帶的COD濃度(即沉淀池COD濃度),厭氧段COD濃度,好氧段COD濃度,沉淀池COD濃度,出水COD濃度,mg/L;為污泥回流比,100%;為硝化液回流比,400%;WS為剩余污泥濃度,mg/L;為MLVSS/MLSS;CV為活性污泥中有機物COD的化學計量系數,計算中取1.48mgCOD/mgMLVSS[32].

2 結果與討論

2.1 C/N對有機物去除性能的影響

不同進水C/N條件下,系統各階段COD的去除情況如圖2(a)所示.當C/N在2.44 ~ 4.28范圍內波動時(Run1,Run2和Run5),厭氧段出水的平均COD濃度為56.9 ~ 68.3mg/L,再經過缺氧區的部分反硝化作用,最終出水的COD濃度可穩定達城鎮污水處理廠的一級A排放標準(GB18918 - 2002).但隨著C/N的增加(Run3和Run4),厭氧段COD濃度偏高,平均值為108.31,126.42mg/L,導致A2/O反應器出水的COD濃度也呈現上升的趨勢;經過BCO反應器中異養菌的進一步同化作用,系統最終出水的COD濃度為48.97, 59.93mg/L.

從圖2(b)可以發現,Run1~Run5厭氧段COD去除率為63.63%~75.48%,與之前的研究結論相似[19],作為缺氧吸磷的能量儲備,厭氧段是有機物被吸收用于PHA合成的重要場所[33].同時5種工況下A2/O反應器中COD的平均去除率分別為79.09%, 82.84%, 81.98%, 82.56%和79.05%. Cao等[1]研究表明,分段進水工藝在進水C/N<5時可達到74%的碳源利用率,而在改良UCT工藝中,當進水C/N為3.5~5.0用于反硝化除磷的COD僅占(62±6)%[34].相比之下,本研究的雙污泥系統在處理低C/N污水,強化碳源利用方面具有明顯的優勢.

然而,對于C/N為5.92和8.85,COD在厭氧段的去除率、A2/O反應器的去除率和系統的總去除率三者相差較大,部分易降解的COD是在A2/O反應器的缺氧區和BCO反應器中被去除的.上述2種工況對于系統的長期穩定運行存在隱患:一方面,缺氧區反硝化菌會優先利用外碳源進行反硝化,使得DNPAOs的生長受到抑制[35];另一方面,BCO反應器中外碳源的剩余會刺激異養菌大量繁殖,削弱生長速率較低的自養型硝化菌的競爭能力,對硝化性能的穩定是極其不利的[17,36].因此,從有機物去除的角度來說,進水C/N不宜超過5.92.

表2 碳平衡分析Table 2 Material balance analysis of carbon

注: COD平衡百分比= (AnA-OBCOWSeff)/inf.

此外,根據COD的遷移途徑可知(表2),5個不同進水C/N條件下,COD平衡百分比均超過95%,可能是由于數據測量誤差造成的部分碳損失,但該平衡值遠遠高于UCT工藝(67%~89.7%)和MUCT工藝(60.7%~87.6%)[37].其中厭氧段去除的COD占總量的百分比分別為49%, 61%, 59%, 64%, 62%.同樣在A2/O - BCO系統中,王聰等[31]考察了不同硝化液回流比條件下COD的物料平衡,得出厭氧段利用的COD占57.9%~78.5%,比本研究結果偏高.分析原因可能是由于本研究中厭氧停留時間僅為1.14h (小于文獻中的1.6h),較短的反應時間來不及充分利用原水碳源,另外試驗條件和經驗值取值的不同也可能導致數據的偏差.盡管如此,A2/O反應器去除的COD占71.86%~77.28%,BCO反應器氧化的COD僅占2%~12%,絕大多數碳源還是優先被聚磷菌或反硝化菌利用,很大程度上減少了曝氣能耗同時強化了硝化菌的富集,這也是該工藝在低C/N條件下可實現一級A排放標準的原因所在[17].綜上所述,A2/O - BCO工藝可實現原水中有機碳源的高效利用,尤其適用于處理低C/N生活污水;而對于高C/N污水,為了強化COD去除效果,可適當延長厭/缺氧水力停留時間.

2.2 C/N對氮去除性能的影響

由圖3(a)可知,NH4+-N和TN的去除率密切相關,這主要是由于硝化過程為反硝化除磷提供電子受體(NO--N=NO2--N+NO3--N,其中NO3--N占絕大比例),在硝化液回流比恒定的條件下,NH4+-N的完全氧化是實現TN高效去除的基礎和關鍵[38].Run1~Run3工況下,平均NH4+-N去除率為98.28%,98.55%和95.40%,且前2種工況下出水NH4+-N濃度基本小于1.0mg/L;在此基礎上,TN去除率也隨著C/N的增加呈上升趨勢,當C/N為5.92時,出水TN濃度11.32mg/L,TN去除率高達82%.傳統SBR工藝中脫氮過程C/N往往大于8[7],Vaiopoulou等[39]采用改良UCT工藝,在進水C/N為9.27時實現了最優的脫氮效果(TN去除率83%),本研究結果再次體現了A2/O - BCO工藝節省碳源的優勢.

當C/N進一步增加到8.85,硝化效果出現惡化,出水NH4+-N濃度逐步累積,最高可達17.18mg/L,平均TN去除率僅為49.50%.結合COD的利用情況可知,氮去除效果的惡化,主要是由于進水有機物負荷過高導致的硝化不完全,進而引起TN去除率的下降.張為堂等[40]研究也發現,進水C/N增加到9.5時,NH4+-N去除率迅速下降至70%,出水NH4+-N濃度最高可達30mg/L.隨后把進水C/N降為3.71,經過15d的恢復,NH4+-N去除率上升到96.51%,TN去除率也穩定在75%左右.上述現象表明,在一定范圍內,增加進水C/N是改善TN去除率的有力措施,但是必須建立在NH4+-N氧化完全的基礎上;否則,過高的C/N不僅造成碳源的浪費還會導致脫氮效果的惡化.這也意味著在高C/N條件下,對BCO反應器的曝氣量、水力停留時間、NH4+-N負荷等運行參數的控制尤為重要.

為了進一步分析各工況下氮的去除特性,圖3(b)給出了NO--N的沿程變化情況.對于Run1(C/N為2.44),由于C/N相對較低,A2/O反應器中缺氧段出水,好氧段出水,中間沉淀池出水的NO--N濃度普遍偏高(6.92~7.29mg/L),對比Run5(C/N增加為3.71),NO--N濃度降為3.09~ 3.85mg/L,說明碳源不足成為限制反硝化脫氮的主要因素.隨著C/N從4.28增加到8.85,反應器沿程的NO--N濃度從0.95~2.98mg/L降為0.36~ 0.86mg/L,系統最終出水的NO--N也逐步降低,表明增加進水C/N確實有利于強化反硝化作用.

同時,通過對缺氧區反硝化負荷分析發現,Run1 ~ Run5,反硝化負荷分別為0.136, 0.152, 0.128, 0.110, 0.121kgN/(kgMLVSS·d).在高C/N運行條件下,Run3和Run4反硝化負荷的降低,表明電子受體不足限制了TN去除率的進一步提高,這一結論與NH4+-N去除率的下降吻合.筆者前期在硝化液回流比300%,進水C/N為3.50條件下,對不同容積分配比進行了優化[19],發現缺氧區的反硝化負荷為0.104kgN/(kgMLVSS·d)時,系統達到了最優的TN去除率(75.22% ~ 78.70%).本研究在硝化液回流比400%,進水C/N為4.28時,反硝化負荷達到了0.152kgN/ (kgMLVSS·d),進一步激發了DNPAOs反硝化潛能,TN去除率提高為80.5%.因此,為了實現TN的高效去除,充足的碳源和電子受體缺一不可.

2.3 C/N對磷去除性能的影響

由圖4(a)可知,C/N較低時(<4.28)有利于實現PO43--P的穩定去除,其中C/N為2.44和4.28時,平均出水PO43--P濃度為0.22, 0.31mg/L,尤其在TN不能達標的情況下(當C/N為2.44,出水平均濃度18.13mg/L),PO43--P去除率超過95%.在A2N - SBR反硝化除磷系統中[41],同樣發現低C/N不會影響除磷效果,C/N為3.50時,TN去除率只有66%,但PO43--P去除率可維持88%.與此不同的是,傳統脫氮除磷工藝中,反硝化菌、聚磷菌在利用碳源方面存在矛盾和競爭[42],有限的碳源會優先滿足反硝化再除磷,這也是傳統BNR工藝脫氮除磷效率難以同步提高的主要原因.

隨著C/N的繼續增大,C/N達到5.29時,出水PO43--P濃度略有升高,當C/N增加到8.85,除磷效果逐步惡化,最終出水PO43--P濃度高達3.30mg/L,去除率僅為46.89%.當C/N降為3.71,僅經過10d,PO43--P去除率恢復到82%,出水濃度小于1mg/L.與脫氮性能相比,除磷效果恢復相對較快,主要原因在于:①A2/O反應器好氧區的存在有利于除磷性能的恢復[43];②DNPAOs的缺氧吸磷速率比好氧吸磷速率低[44],即意味著DNPAOs的恢復速率比PAOs慢;③反硝化菌在20℃時的最大比增長速率為0.30d-1[45],Sun等[46]對反硝化聚磷菌屬進行富集培養,得出15℃時最大比增長速率為0.71d-1,聚磷菌較大的比增長速率使其在短期內可得到快速恢復.

除此之外,在試驗期間的23d (Run1),56d (Run2),77d (Run3),119d (Run5)分別考察了除磷過程中內碳源PHA的利用情況(鑒于除磷效果不穩定,Run4期間未進行PHA的測定),見圖4(b).當C/N為2.44時,厭氧段合成的PHA含量(An-PHA)為75.16mgCOD/gMLVSS,缺氧段剩余的PHA含量(A-PHA)為22.89mgCOD/gMLVSS, PHA的利用率為69.54%;當C/N增加到4.28, An-PHA和A-PHA分別為92.44, 22.02mgCOD/ gMLVSS, PHA利用率達到76.18%;當C/N繼續上升到5.92, An-PHA增加為109.86mgCOD/ gMLVSS,但A-PHA仍殘留25.89mgCOD/ gMLVSS, PHA利用率(76.43%)已沒有太大的變化.PHA利用率的分析進一步驗證了TN的去除特性.葛士建等[47]研究發現,在分段進水工藝中,約38%的PHA在缺氧段用來吸磷,對比結果表明本系統中存在較明顯的反硝化除磷現象.此外,在脫氮除磷性能尚未恢復的119d, An-PHA和A-PHA分別為66.13, 30.63mgCOD/gMLVSS, PHA利用率僅為53.68%,表明DNPAOs的厭氧釋磷和缺氧吸磷的代謝性能均有大幅度下降,因此導致了除磷效果的惡化.

圖4(b)中PO43--P沿程變化,更加具體地闡釋了不同進水C/N對除磷性能的影響.首先,隨著C/N增加(2.44到4.28),與An-PHA變化趨勢相同,厭氧段釋磷量從19.85mg/L上升為32.31mg/L,缺氧吸磷占磷總去除量的百分比從92.34%上升為97.14%,表明有機物含量的增加強化了DNPAOs的代謝活性.但是當C/N為5.92時,厭氧釋磷量高達41.13mg/L,電子受體不足使得缺氧段出水PO43--P濃度為3.24mg/L,殘留的PO43--P在好氧段被進一步去除,缺氧吸磷百分比下降為90.12%.隨后當C/N繼續增加到8.85,厭氧釋磷效果進一步惡化,到運行的110d,厭氧釋磷量僅為14.91mg/L,到好氧吸磷結束仍有2.28mg/L剩余,除磷性能瀕臨崩潰.

此外,當C/N為5.92和8.85時,發現中間沉淀池有不同程度的二次釋磷現象,結合系統的脫氮除磷機理[20],可知PO43--P與NO--N的去除特性密不可分.上述2種工況下,中間沉淀池的NO--N濃度為0.79, 0.36mg/L,較低的NO--N濃度促進了二次釋磷現象的發生.結合圖4(b)中PHA的變化過程可知:增加進水C/N促進了厭氧段PHA的合成,但是缺氧段NO--N不足是導致PHA利用率和除磷效率不高的根本原因,因此調節硝化液回流比保證反硝化過程中充足的電子受體顯得很有必要.但是較高的NO--N濃度殘留(Run1和Run5)又難以實現TN的高效去除.因此,為了實現氮、磷的同步高效去除,中間沉淀池的NO--N濃度應控制在2.20mg/L左右,該結果與前期的研究結論(中間沉淀池的NO--N濃度保持在1.95 ~ 2.75mg/L)[19]相吻合.

2.4 不同C/N下的同步脫氮除磷效果

綜上分析,氮、磷的去除與進水C/N有明顯的相關性,主要原因是由于在A2/O-BCO系統中,TN和PO43--P是在反硝化除磷這一單元同步完成的,均需要碳源的參與.本研究中發現,進水C/N的改變,對COD去除效果影響不大,但是受硝化性能的影響,氮磷的同步高效去除必須建立在電子受體充足的基礎上.

如圖5所示,從C/N和C/P的角度出發,對TN和PO43--P去除率的相關性進行了比較.當C/N小于4或者C/P小于40時,TN去除率不超過70%,但PO43--P的去除率基本保持在95%左右;當C/N超過7或者C/P超過80,TN和PO43--P的去除率均呈現下降趨勢,去除率不超過60%.當C/N=4 ~ 5或者C/P=30 ~ 50范圍內,TN和PO43--P去除率分別達到80%和96%以上,實現了氮和磷的同步高效去除.

考慮到工藝系統和運行條件的差異,不同的微生物菌群結構和代謝特性導致脫氮除磷效果千差萬別[48-49],有關最佳的C/N和C/P,目前尚沒有統一的定論.Wang等[41]研究發現在A2N - SBR系統中,C/N和C/P為5.8和30.8時,最優的TN和PO43--P去除率分別為79.4%和97%.在MUCT分段進水工藝中,C/N為7.42時,TN去除率高達89.2%;C/P>35時,系統可保持90%以上的磷去除率[36].Chen等[50]考察了進水C/N和硝化液回流比對A2/O-BAF系統的影響,C/N為5.5時,TN去除率最高為90.1%.盡管結論不盡相同,有關進水C/N對其他工藝的優化運行仍具有一定的借鑒意義和參考價值.

2.5 系統的控制策略和優化運行

本試驗研究條件下,當C/N=4 ~ 5或者C/P=30 ~ 50,TN和PO43--P去除率最高可達80%和96%,實現了氮、磷的同步高效去除.基于不同進水C/N對A2/O-BCO系統反硝化除磷性能的研究,對工程實踐具有指導意義:(1)進水C/N對COD的去除效果影響不大,厭氧段基本上實現了對絕大多數碳源的利用;在低C/N運行條件下,A2/O反應器可適當縮短水力停留時間,進一步減少基建費用;(2)強化硝化效果是提高系統氮、磷去除率的前提和保證,研究BCO反應器的抗NH4+-N沖擊能力,探索 NH4+-N負荷與曝氣量、水力停留時間、填料填充率等相關性,對進一步降低能耗很有必要;(3)低C/N條件下, PO43--P的去除效果相對穩定,但為了實現TN的高效去除,可延長厭氧反應時間,強化內碳源的貯存;同時減少硝化液回流比,防止過高的硝態氮負荷抑制了DNPAOs的活性;(4)高C/N條件下,可通過延長BCO反應器的水力停留時間或增大曝氣量來強化硝化效果,增大硝化液回流比的同時調整缺氧反應時間,保持缺氧段合適的硝態氮負荷;同時為了保證磷的穩定去除,可適當增加A2/O中好氧區的曝氣量.

3 結論

3.1 碳平衡分析表明系統絕大多數碳源是在A2/O反應器中去除,COD利用率達79.09%~ 82.84%,但為了防止過多的易降解有機物在缺氧區和BCO反應器被反硝化菌和異養菌利用,進水C/N不宜超過5.92.

3.2 進水C/N超過5.92時,NH4+-N去除率的下降導致電子供體不足,脫氮除磷效率均發生惡化;進水C/N低于3.71時,碳源不足限制了TN去除率的提高.進水C/N為4~5或者C/P為30~50時, TN和PO43--P去除率分別達到80%和96%.

3.3 進水C/N的優化與污泥特性,硝化液回流比,BCO反應器的硝化特性,各反應區的水力停留時間等多種因素密切相關.實際工程應用中,各運行參數的優化控制應因地制宜.

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* 責任作者, 教授, pyz@bjut.edu.cn

Effect of influent C/N ratios on denitrifying phosphorus removal characteristics in the A2/O-BCO process

ZHANG Miao, PENG Yong-zhen*, ZHANG Jian-hua, WANG Cong, WANG Shu-ying, ZENG Wei

(Engineering Research Center of Beijing, Key Laboratory of Beijing for Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)., 2016,36(5)：1366~1375

A two-sludge system combined anaerobic/anoxic/oxic with biological contact oxidation process (A2/O-BCO) was used to treat domestic wastewater. By adding sodium acetate to adjust influent carbon/nitrogen ratio (C/N=2.44 ~ 8.85), the denitrifying phosphorus removal characteristics of the system were investigated. The results showed that nitrification performance (anoxic denitrifying loading) and poly-β-hydroxyalkanoates (PHA) storage and utilization were mainly influenced by organic matter, which further effected the nitrogen and phosphorus removals. When the influent C/N ratio was 4 ~ 5, COD, TN and PO43--P removals reached to 88%, 80% and 96% respectively, which achieved high-efficiency removal of organic matter, nitrogen and phosphorus simultaneously. The material balance analysis of carbon revealed that COD removal in the A2/O reactor was 71.86% ~ 77.28% of the total COD removal, and COD removal in the BCO reactor only accounted for 2% ~ 12%, where the efficient utilization of carbon source in the A2/O- BCO process was the main reason to achieve deep denitrification and phosphorus removal under the condition of low C/N. In addition, through the correlation analysis of C/N with aeration rate, nitrate recycling ratio and anaerobic/anoxic reaction time, the optimal operation strategy of the A2/O-BCO process was proposed.

A2/O-BCO；C/N；denitrifying phosphorus removal；domestic wastewater；optimal operation

X703.5

A

1000-6923(2016)05-1366-10

張 淼(1989-),女,江蘇徐州人,北京工業大學博士研究生,主要從事污水生物處理理論與應用研究.發表論文4篇.

2015-11-02

國家自然科學基金(51578014);北京市教委資助項目