强化生物除磷系统聚磷菌的富集及其脱氮除磷性能

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随着水体“富营养化”问题的日益突出,废水的脱氮除磷得到国内外专家学者与政府的高度重视,污水处理技术不断完善,强化生物除磷技术(EBPR)成为污水处理领域的热点之一。强化生物除磷工艺的本质就是通过聚磷菌(PAO)过量的、超出其生理需要的摄取废水中的磷,并以多聚磷酸盐的形式积累于细胞内,形成富磷污泥,磷随着剩余污泥被排出,从而达到除磷效果,因此聚磷菌能否成为系统优势菌种是EBPR维持较高除磷效率的关键制约因素。碳源种类对聚磷菌能否成为优势菌种起到极为重要的作用,国内外学者对于葡萄糖能否成为EBPR系统的单一碳源的研究结论分歧较大。  以SBR反应器为试验装置,人工合成配水为进水,考察了葡萄糖为单一碳源时EBPR系统聚磷菌的富集与脱氮除磷性能。分别以乙酸、丙酸、葡萄糖和生活污水为碳源,利用厌氧-好氧交替条件下的SBR反应器富集培养聚磷菌,研究了EBPR系统在不同碳源条件下启动阶段的运行特性。经过60天的连续培养,最终,以乙酸、丙酸交替碳源的EBPR中聚磷菌比例达到33.61%;以葡萄糖为碳源的系统中聚磷菌比例为19.05%;以生活污水为碳源的系统内聚磷菌比例最高仅为4.82%。  为了进一步考察葡萄糖为单一碳源的EBPR特点,对葡萄糖为碳源的系统进行了340天的跟踪研究,最终系统聚磷菌比例达到45.5%,其除磷效率达到90%以上。并且在此基础上,分析研究了厌氧段系统对底物的贮存与转化,发现被PAO直接吸收利用进行厌氧释磷反应的并非葡萄糖,而是葡萄糖的水解产物,即VFA。  研究了低温对葡萄糖为碳源的EBPR系统除磷效率的影响,发现当系统以乙酸为碳源时,10℃与20℃条件下系统运行状况差别较小。而当以葡萄糖为碳源时,10℃条件下VFA产量远低于20℃,其除磷速率仅为20℃条件下的0.65倍,这说明葡萄糖为碳源的系统除磷效率受温度的影响较复杂,葡萄糖为碳源驯化的EBPR不能在低温下长期运行,低温条件下即使没有破坏PAO的代谢系统,也会由于对能分解葡萄糖的细菌的代谢产生抑制而导致系统除磷效果恶化。  与传统脱氮除磷工艺相比,反硝化除磷工艺存在节省碳源、减少剩余污泥、降低能耗等优点,因此反硝化除磷工艺日益受到重视。本课题在以葡萄糖为碳源培养364天的EBPR系统基础上,考察了O2、 NO2--N、NO3--N为电子受体时系统的除磷性能。三种电子受体下其比吸磷速率由高至低依次为O2、 NO2--N、NO3--N,分别为10.064、2.889、1.446 mgP/(gVSS·h)。同时检测到以NO2--N为电子受体的反硝化除磷过程中伴随着N2O的产生,最高浓度(以N计)可达6mg/L,占总亚硝还原量的24.4%;而NO3--N为电子受体时N2O浓度低于1mg/L。  对以NO2--N为电子受体时PAO的反硝化除磷特性进一步研究,考察三种NaNO2投加方式下亚硝态氮对PAO缺氧吸磷代谢的抑制情况,以及此过程中N2O的积累与还原。虽然各反应器所投加的NaNO2总量相同,但是在试验过程中却表现出很大的差异。初始NO2--N浓度分别为10、20、40mg/L时,前80min比吸磷速率分别为0.823、1.863、2.914 mgP/(gVSS·h),此时(0-80min)亚硝态氮不但未显现出对缺氧吸磷的抑制,比吸磷速率反而随着初始NO2--N浓度的升高而增大。但是随着反应时间的增加(第80min后),NO2--N对PAO缺氧吸磷代谢的抑制作用逐渐显现出来,各系统比吸磷速率均开始降低。这种抑制作用随着环境溶液中NO2--N浓度的升高而越发明显,初始NO2--N浓度为10、20、40mg/L的系统中,此时(第80min后)的比吸磷速率较0-80min分别降低了58.32%、86%、90.25%。
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