MBA2O工艺的好氧缺氧摄磷及微生物特性

整理文档很辛苦,赏杯茶钱您下走!

免费阅读已结束,点击下载阅读编辑剩下 ...

阅读已结束,您可以下载文档离线阅读编辑

资源描述

[收稿日期] 2007-09-05[基金项目] 江苏省建设厅科研资助项目(JS200308)[作者简介] 吴 剑(1981-),男,江苏扬州市人,东南大学市政工程系硕士,主要研究方向:水污染控制,E唱mail:wj5400119@163.com;王世和(1945-),男,东南大学市政工程系教授,博士生导师,E唱mail:wshhj@seu.edu.cnMB(A2桙O)工艺的好氧、缺氧摄磷及微生物特性吴 剑,王世和(东南大学市政工程系,南京 210096)[摘要] 为开发高效除磷脱氮技术,研制了将MBR与A2桙O工艺有机集成的新型MB(A2桙O)组合工艺。研究了MB(A2桙O)工艺处理城市污水的好氧、缺氧摄磷性能及微生物特性,并分析了其机理。结果表明:在MB(A2桙O)系统中,聚磷菌约占活性污泥总量的20%~40%,其中大量存在能够利用NOX-N作为电子受体进行反硝化除磷的DPB,约占聚磷菌数量的35畅66%~67畅83%。好氧摄磷的平均速率为2畅30mgP·gMLSS-1·h-1,最大摄磷速率为5畅44mgP·gMLSS-1·h-1;缺氧摄磷的平均速率为1畅56mgP·gMLSS-1·h-1,最大摄磷速率为1畅94mgP·gMLSS-1·h-1。[关键词] 好氧摄磷;反硝化除磷;聚磷菌;电子受体[中图分类号] X703畅1 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2007)11-0191-05  聚磷菌在好氧环境下以氧为电子受体分解细胞内的PHB(polybeta-hydroxybutyricacid,聚β羟基丁酸)产生能量,供其在好氧环境中过量摄磷,合成高能物质ATP(adenosinetriphosphate,三磷酸腺苷),其中一部分转化为聚磷,作为能量贮存于细胞内。相对于正常细胞的磷含量(1%~2%),聚磷菌的摄磷量数倍于此,可达到12%[1,2]。近年来的研究表明[3~8],除PAO(phosphateaccumulatingorganisms,聚磷菌)可在好氧环境下摄磷外,另一种兼性厌氧反硝化除磷菌DPB(denitrifyingphosphorusremovingbacteria)被证明具有同PAO极为相似的除磷原理,只是氧化细胞内贮存PHB时的电子受体不同(PAO为氧气,而DPB为NO-X)而已。因DPB可在缺氧环境下释磷,这就使释磷和反硝化两个过程可借助同一种细菌在同一环境下完成。这样,不仅节省了脱氮对碳源的需求,而且,摄磷在缺氧区内完成可缩小曝气池的体积,节省能源。研究表明,充分利用DPB除磷原理可使COD需求量减少50%,耗氧量减少30%,剩余污泥量减少50%[9]。针对城市污水碳磷比较小、除磷困难的问题,作者提出了MB(A2桙O)(membranebiological(anaerobic桙anoxic桙oxygenous),膜生物厌氧桙缺氧桙好氧工艺)工艺,利用聚磷菌在好氧、缺氧状态摄磷和厌氧状态释磷的“搬运”作用,将磷从反应器移出,保证出水磷浓度维持在较低水平。同时,使磷在厌氧区高度富集,辅以化学协同处理,达到除磷的目的。1 材料与方法1畅1 工艺流程试验流程如图1所示。调节区可确保后续反应   图1 MB(A2桙O)工艺流程Fig畅1 CraftflowofMB(A2桙O)器水位和水流稳定;缺氧区主要进行反硝化,兼有反硝化除磷功能,有效容积35L;好氧区为MBR(membranebiologicalreator,膜生物反应器),内置聚1912007年第9卷第11期丙烯(PP)中空纤维微滤膜组件,用以去除碳源有机物、氨氮硝化和微生物好氧摄磷,有效容积为42L;厌氧区主要功能为释磷(本试验富磷上清液TP质量浓度可达30~45mg·L-1[10]),有效容积40L;化学反应区主要完成化学除磷过程。1.2 试验用水本试验采用南京锁金村污水处理厂初沉池出水,水质条件见表1。试验启动阶段所用接种污泥为该厂曝气池的活性污泥,污泥质量浓度为2畅0g·L-1,污泥沉降比为30%,污泥指数为150。表1 污水水质条件Table1 Qualitiesofmunicipalsewage测量统计值CODCr桙mg·L-1pH水温桙℃NH3-N桙mg·L-1NO3-N桙mg·L-1TN桙mg·L-1TP桙mg·L-1范围186.09~359.517.68~8.364~2145.28~73.230~3.7248.48~74.573.89~9.79均值2608.0613.557.830.08360.025.282 结果与分析2.1 静态好氧摄磷试验为了了解释磷后的聚磷菌在好氧条件下的摄磷特性,进行了静态好氧摄磷试验:取SRT=48h的厌氧区污泥500mL(MLSS=11畅28g·L-1),加入4500mL原水,曝气72h。试验结果如图2所示。图2 静态好氧摄磷试验Fig畅2 Experimentofaerobicphosphorusuptake由图可见,在0~8h内,混合液TP急剧下降,8h时即降至0畅43mg·L-1,随后趋于稳定,并最终降至0畅2mg·L-1以下。由图中单位污泥摄磷量的变化也可看出,在0~8h内,聚磷菌摄磷迅速,8h时即基本达到摄磷饱和,此时单位污泥的摄磷量为8畅64mgTP·gMLSS-1·h-1,是曝气72h时最大摄磷量8畅9mgTP·gMLSS-1的97畅08%。这说明,聚磷菌在碳源和供氧充足的条件下,活性恢复很快,此条件下的摄磷过程是一个比较迅速的生化反应过程。2畅2 好氧水力停留时间(HRT,hydraulicretentiontime)对除磷的影响图3为实际试验系统除磷效果随好氧区HRT的变化。由图可见,随着好氧区HRT增大到8h,出水TP浓度降低,去除率升高,达97畅30%。此后,随HRT增大,出水TP浓度和去除率变化不大。分析原因,这是由于厌氧释磷后处于“饥饿”状态的聚磷菌的摄磷量有一个极限,当好氧区HRT很短时,单位时间内需去除的TP量变大(即TP负荷变高),使聚磷菌的摄磷能力很快枯竭,导致出水TP浓度上升;当好氧区HRT能满足聚磷菌完成摄磷极限后,继续增大HRT作用已不明显。此外,当HRT增长,聚磷菌在好氧区的摄磷总量减少,使厌氧上清液中的磷浓度降低。因此,好氧区HRT合理缩短会有利于厌氧释磷。综合以上两方面因素可知,好氧区HRT既不宜过短,也不宜过长,过短则进水流量大,聚磷菌浓度和摄磷能力有限,达不到除磷效果,影响出水水质;过长则因磷负荷较低而影响释磷效果,且增大能耗。通过对试验结果的分析,本研究好氧区的HRT以8~10h为宜。图3 HRT对除磷效果的影响Fig畅3 EffectofHRTtophosphorusremoval2畅3 好氧区曝气强度对除磷的影响图4为好氧区曝气强度与除磷效果的关系。由图可见,随着好氧区曝气强度的增大,出水TP浓度291中国工程科学图4 曝气强度对除磷效果的影响Fig畅4 Effectofaerationintensitytophosphorusremoval 稳定在0畅5mg桙L以下,且略呈下降趋势,但当曝气强度大于4m3·m-3·h-1时,出水TP浓度有所上升。分析原因,随曝气强度增大,聚磷菌可在好氧区充分摄磷,但当曝气强度大于4m3·m-3·h-1(即过量曝气)时,为了维持微生物的生长,聚磷菌内部储存的PHB将被作为能量而部分或完全地被消耗,出现内源呼吸,导致聚磷菌摄磷能力下降。为此,确定本研究好氧区的最佳曝气强度为3~4m3·m-3·h-1。2畅4 反硝化除磷试验:取好氧区污泥1200mL(MLSS=2畅15g·L-1),回流至厌氧区,投加适量醋酸盐厌氧释磷200min后,将污泥平均分成2份,分别进行曝气好氧摄磷和投加过量硝酸钠缺氧摄磷,在缺氧摄磷过程中,保持污泥与空气隔绝。如在厌氧释磷中仍有剩余醋酸盐将会影响接下来的摄磷试验,所以,厌氧释磷试验中应尽量保证碳源恰好完全反应。释磷过程醋酸盐吸收速率为-0畅4mgP桙mg醋酸盐COD[11,12],试验中总释磷量约为30mg·L-1,因此,试验中投加醋酸钠COD75mg·L-1作为厌氧释磷碳源。试验结果如图5所示。由图5(a)可见,经过200min的厌氧释磷,单位污泥的释磷量达到10畅12mgP·gMLSS-1(即释磷量占自身重量的1畅012%)。进入摄磷阶段后,好氧摄磷比缺氧摄磷速率快得多,这是因为在缺氧条件下只有兼性DPB能进行摄磷,而在好氧条件下,专性好氧PAO和兼性DPB都能进行摄磷。由于DPB摄磷的原理和速率与好氧PAO类似,因此,缺氧摄磷与好氧摄磷速率的比值一定程度上可间接反映反硝化除磷菌在整个聚磷菌数量中所占的比例。试验中缺氧摄磷的平均速率为1畅56mgP·gMLSS-1·h-1,最大摄磷速率为1畅94mgP·gMLSS-1·h-1;好氧摄磷的平图5 反硝化摄磷试验Fig畅5 Experimentofdenitrifyingphosphorusremoval 均速率为2畅30mgP·gMLSS-1·h-1,最大摄磷速率为5畅44mgP·gMLSS-1·h-1。缺氧摄磷的平均速率和最大摄磷速率分别为好氧摄磷的67畅83%和35畅66%,由此初步认为,MB(A2桙O)系统中反硝化除磷菌约占聚磷菌数量的35畅66%~67畅83%。图5(b)为缺氧摄磷时NO3-N浓度与PO4-P浓度的变化。可以看出,NO3-N浓度与PO4-P浓度几乎成等趋势下降,进一步说明缺氧摄磷是以NO3-N作为电子受体的,在摄磷的同时完成了反硝化。本节的试验证明,MB(A2桙O)系统中大量存在着反硝化除磷菌,能够进行缺氧摄磷,实现“一碳两用”,不仅验证了DPB除磷理论,也为MB(A2桙O)工艺以较低的碳源消耗达到很好的除磷效果打下了理论基础,解决了城市污水生物除磷中碳源不足的矛盾。2畅5 脱氢酶活性对除磷的影响图6为本试验测得的好氧污泥脱氢酶活性的变化与厌氧释磷效果的关系。由图可见,脱氢酶活性升高,厌氧污泥和上清液中磷浓度均呈平稳上升趋势;当脱氢酶活性由2畅23μgTF·mL活性污泥-1·h-1升高到15畅69μgTF·mL活性污泥-1·h-1时,厌氧污3912007年第9卷第11期泥中磷浓度从56畅57mg·L-1增至79畅88mg·L-1,增加了41畅21%,而上清液中磷浓度占厌氧污泥中磷浓度的比例也从36畅11%增高到51畅97%。分析认为,脱氢酶活性的增强促进了好氧摄磷,聚磷菌摄磷充分对于厌氧释磷也有很大促进,提高了综合除磷效果。2畅6 最大释磷速率与最大释磷量为了研究好氧污泥回流至厌氧区后的释磷速率,作者进行了如下试验:取好氧区活性污泥600mL(MLSS=2畅41g·L-1,NO3-N浓度为12畅68mg·L-1),投加过量醋酸钠(0畅8g),与空气隔绝,厌氧24h进行释磷试验,分别测定10min,20min,30min,40min,50min,60min,80min,100min,120min,12h,24h的释磷量。试验中,前2h释磷较快,以后速率缓慢,图7为本试验120min内的释磷情况。图6 脱氢酶活性对厌氧释磷效果的影响Fig畅6 Effectofdehydrogenaseactivitytoanaerobicphosphaterelease图7 单位污泥释磷量曲线Fig畅7 PhosphatereleasecurveofunitageMLSS  经典理论认为[13],初始阶段释磷最快,而后速率趋缓,最后达到完全。由图7可见,MB(A2桙O)系统中的污泥释磷与经典理论有所不同,初始阶段释磷较慢,30~40min后释磷速率达到最大,一段时间后趋于平稳。分析原因,这是因为进入厌氧区的污泥来自MBR,DO(dissolvedoxygen,溶解氧)和NO3-N浓度均较高,初始阶段会对释磷有所影响,待30~40min后,DO和NO3-N基本耗竭,释磷效果迅速提高并达到最大速率。计算得到,40~50min时的最大释磷速率为11畅42mgP·gMLSS-1·h-1,120min内的平均释磷

1 / 5
下载文档,编辑使用

©2015-2020 m.777doc.com 三七文档.

备案号:鲁ICP备2024069028号-1 客服联系 QQ:2149211541

×
保存成功