長期缺氧吸磷馴化下強化生物除磷系統污泥除磷方式的轉化*

楊蕊春 俞小軍 趙元添 桑倩倩 王芳君 陳永志,2 馬 娟,2#

(1.蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省污水處理行業技術中心，甘肅 蘭州 730070)

1 材料與方法

1.1 試驗裝置及運行

試驗裝置為有機玻璃制成的SBR，總有效容積為5.4 L。在反應器壁上的垂直方向設置一排間距10 cm的取樣口，用于取樣和排水，底部設有排泥口(每天于好氧反應末期排泥210 mL)；以黏砂塊作為微孔曝氣頭，采用鼓風機曝氣，氣量由轉子流量計調節；反應器好氧段溶解氧(DO)濃度采用帶有Labview軟件編程的計算機系統加以控制，試驗裝置如圖1所示。

1—進水箱；2—KNO3溶液儲罐；3—蠕動泵；4—攪拌器；5—DO探頭；6—pH探頭；7—電磁閥；8—Multi3420在線測定儀；9—黏砂塊曝氣頭；10—排泥口；11—轉子流量計；12—空壓機；13—控制系統；14—計算機圖1 SBR試驗裝置Fig.1 Schematic diagram of SBR experimental setup

1.2 試驗用水及接種污泥

為滿足微生物生長需要，向模擬廢水加入1 mL/L濃縮液和1 mL/L微量元素液。濃縮液由NH4Cl(53.5 g/L)、MgSO4·7H2O(45 g/L)、KCl(18 g/L)配制而成，微量元素液組成參照文獻[14]。

試驗所用污泥接種自甘肅省蘭州市七里河城市污水處理廠4號曝氣池，該污水處理廠污泥具有一定脫氮除磷性能，污泥各項指標性能良好。

1.3 分析項目及方法

2 結果與討論

2.1 硝態氮投加量對EBPR系統性能的影響

EBPR系統運行的前149天(工況1～工況4)，進水COD為300 mg/L，每周期厭氧結束時COD均小于20 mg/L，這可抑制缺氧反應時反硝化菌優先利用水中易降解的有機物進行反硝化反應，消耗可利用的硝酸鹽，減少DPAOs的電子受體，從而為反硝化除磷提供良好的條件[15]。當反應進行至第150天(工況5)，提高進水COD至450 mg/L以改善除磷效果，當厭氧反應結束時，系統內殘留的COD略有升高，均值為25 mg/L，隨后的缺氧反應中，反硝化菌利用投加的電子受體進行反硝化反應，影響缺氧吸磷效果。在反應器運行的過程中，系統出水COD均小于20 mg/L，COD去除率達93.0%以上。綜上可知，在EBPR系統內投加不同濃度的硝態氮對系統COD的降解沒有影響。

圖2為投加不同濃度硝態氮后SBR出水各形態氮及TN的去除情況。由圖2可知，在反應器運行的187 d內，系統出水氨氮始終未檢出，氨氮去除率達100%。前人研究表明，在脫氮除磷系統中氨氮的去除主要依據DO調控，較高的DO有利于氨氮去除[16]。對本研究各工況典型周期監測也發現，氨氮在曝氣結束階段均已徹底去除，說明投加不同濃度硝態氮對系統中氨氮去除沒有影響。當硝態氮投加量為0～10 mg/L(工況1～工況3)時，系統出水殘留亞硝態氮未檢出，出水硝態氮積累量則隨著初始硝態氮投加量的加大而增加，因此出水TN升高，但TN去除率保持平穩，總體保持在80%以上。系統硝態氮投加量提高至15 mg/L(工況4、工況5)時，電子受體有部分剩余，反應結束時硝態氮仍殘留6.6 mg/L，在整個試驗階段，亞硝態氮檢出積累量可忽略不計，而TN去除率較以前有所降低，平均值為77.6%。

圖2 不同工況下各形態氮質量濃度及TN去除情況Fig.2 Variation of nitrogen of different forms and TN removal performance under different operating condition

圖3 不同工況下質量濃度及去除情況Fig.3 Mass concentration and removal of under different operating conditions

2.2 不同硝態氮濃度下的釋磷/吸磷情況

2.3 不同電子受體的反硝化吸磷能力測試

表1 不同工況下的釋磷、吸磷情況

圖4 不同電子受體的缺氧吸磷能力Fig.4 Anoxic phosphate uptake capacity of different electron acceptors

2.4 吸磷量與硝態氮消耗量的化學計量關系

2.5 不同工況下的污泥量及沉降性能

圖5為不同硝態氮投加量下系統內污泥量及沉降性能的變化。由圖5可知，在試驗初期，系統混合液的MLSS由3 648 mg/L降至2 921 mg/L，此階段污泥量下降是由于系統排泥量高于系統中污泥增加量，但經過一段時間的適應，污泥量逐步趨于平穩，工況2污泥MLSS平均值為2 578 mg/L，工況3的MLSS平均值為2 111 mg/L，工況4、工況5污泥MLSS保持平穩，平均值分別為2 011、2 150 mg/L。不同工況下，隨著硝態氮投加量的增加，反應器內SVI逐步降低直至穩定，平均值由工況1的118 mL/g降至工況3的65 mL/g，與MLSS變化趨勢一致，結合表1分析，比釋磷速率和比吸磷速率的增大表明PAOs活性增強或數量增多，因而活性污泥比重較大，更有利于污泥沉降。

圖5 不同工況下污泥MLSS及其沉降性能Fig.5 Sludge MLSS and sedimentation performance of the system under different operating conditions

3 結 論

(1) 在EBPR系統內投加硝態氮作為電子受體，長期缺氧吸磷馴化除磷污泥，硝態氮投加量≤15 mg/L時，系統對COD降解和氨氮的去除均無影響。

(2) 當硝態氮投加量為5 mg/L時，系統由于電子受體投加不足除磷性能迅速惡化，增大硝態氮投加量至10 mg/L，經恢復穩定后缺氧吸磷率升高，進一步增大硝態氮投加量至15 mg/L，系統由于硝酸鹽的積累除磷性能下降，后期增大進水COD至450 mg/L，可減緩PAOs與反硝化菌對碳源的爭奪，系統厭氧末期釋磷量增大，但PAOs吸磷負荷增大，導致系統出水磷濃度增大。