SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

第32卷第7期2012年7月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.7Jul.,2012基金项目:国家自然科学基金(No.50808004);北京市教委科技创新平台项目SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50808004)andtheProjectofScientificResearchBaseandScientificInnovationPlatformofBeijingMunicipalEducationCommission作者简介:刘旭(1986—),男,E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者),E-mail:[e-mail]:LIUXu(1986—),male,E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor,E-mail:[e-mail]刘旭,王淑莹,彭永臻,等.2012.SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究[J].环境科学学报,32(7):1537-1541LiuX,WangSY,PengYZ,etal.2012.Characteristicsofnitrogenandphosphorusremovalbyusingtwogranularsludgeprocessinsequencingbatchreactors[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(7):1537-1541SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究刘旭,王淑莹∗,彭永臻,吴蕾,朱云鹏北京工业大学环境与能源工程学院,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124收稿日期:2011-09-10　　　修回日期:2011-11-04　　　录用日期:2011-11-17摘要:以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A2N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300mg·L-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90mg·L-1和5.60~6.60mg·L-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO-x-N(NO-2-N+NO-3-N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.关键词:反硝化除磷;反硝化除磷菌;双污泥工艺;好氧颗粒污泥;SBR文章编号:0253-2468(2012)07-1537-05　　　中图分类号:X703　　　文献标识码:ACharacteristicsofnitrogenandphosphorusremovalbyusingtwogranularsludgeprocessinsequencingbatchreactorsLIUXu,WANGShuying∗,PENGYongzhen,WULei,ZHUYunpengSchoolofEnvironmentandEnergyEngineering,BeijingUniversityofTechnology,KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentalRecoveryEngineering,Beijing100124Received10September2011;　　　receivedinrevisedform4November2011　　　accepted17November2011Abstract:Byusingsyntheticwastewater,thecharacteristicsofdenitrifyingphosphorusremovalprocessinalab-scaletwo-sludgeanaerobic/anoxic/nitrificationSBR(A2NSBR)aerobicgranularsystemwasstudied.Theresultshowedthatthetwo-sludgesystemensuredthedenitrifyinganddephosphorusbacteriatogrowattheiroptimalstates,whichwasfavorableforthestabilityofnitrogenandphosphorusremovalefficiency.WhentheinfluentCODwascontrolledat300mg·L-1,theCODremovalefficiencywas78.8%.MostoftheCODwasstoredasPHAinpolyphosphateaccumulatingorganisms(PAOs).WhenDOwascontrolledat3.55~4.90mg·L-1and5.6~6.6mg·L-1innitrificationSBR,theNH+4-Nremovalefficiencyreached87.0%and94.5%,respectively.Itwasalsodemonstratedthattheremovalefficiencyofphosphoruswasonly72%whentherewasonlysettledanoxicphaseinA/A/OSBR,whileitincreasedto85%whenpost-aerationstagewasadded.MostoftheNO-x-N(NO-2-N+NO-3-N)reductionoccurredintheanoxicphase,duringwhichNO-x-NwaselectronacceptorsandPHAwaselectrondonors.OnaverageNO-xremovalefficiencywas90.6%.Keywords:denitrifyingphosphorusremoval;denitrifyingphosphorusremovalbacteria;two-sludgeprocess;aerobicgranularsludge;sequencingbatchreactor1　引言(Introduction)传统的除磷方法是聚磷菌(Polyphosphateaccumulatingorganisms,PAOs)经过厌氧放磷后,在曝气环境中以氧气作为电子受体过量吸磷,反硝化除磷则是反硝化聚磷菌(Denitrifyingpolyphosphateaccumulatingorganisms,DNPAOs)利用NO-3-N或NO-2-N作为电子受体,胞内PHA为电子供体,以“一碳两用”的方式进行同步脱氮除磷.而双污泥工艺系统很好地利用了反硝化除磷原理,系统分别设置厌/缺氧反应器和好氧反应器,污水首先在厌/缺氧反应器中在厌氧条件下利用环境中的有机物合成PHA,同时释放磷酸盐,然后富含磷和氨氮的上清液进入好氧反应器进行硝化反应,硝化结束后,环　　境　　科　　学　　学　　报32卷上清液回流至厌/缺氧反应器进行反硝化除磷.双污泥系统将硝化和除磷分开,为生长速率较慢的硝化菌提供一个相对稳定的环境,有利于富集硝化菌,提高硝化效率.同时,该工艺还有效地解决了硝化菌和聚磷菌之间的竞争矛盾,使其在各自最佳的生长环境下生长,更有利于脱氮除磷的高效进行.在国外,有研究者曾以养猪废水为对象,对双污泥工艺进行了研究(Bortoneetal.,1994),随后又有学者分别采用生活污水和模拟废水进行了研究(Sormetal.,1996;kubaetal.,1996;Bernetetal.,2000).有关双污泥工艺的研究国内也有报道,Wang等(2009)使用生活污水考察了进水污染物比率和水力停留时间对系统去除污染物的影响,其他一些学者也做了同样的研究(张杰等,2005;王亚宜等,2008;高大文等,2009).然而这些研究所用的反应器构造装置没有解决出水中氨氮浓度高的问题,必需进行超越污泥回流,而且试验用泥为絮状污泥,需要分别设置沉淀池,最终出水还要设置二沉池,这样就延长了反应周期,且增大了占地面积.因此,本试验以模拟废水为研究对象,好氧颗粒污泥为介质,利用其生物量大、沉降性能好的优势,以增大排水比,减小反应器体积,缩短反应时间和水力停留时间,而且将双污泥工艺、反硝化除磷技术和颗粒污泥技术有机地结合起来,充分发挥三者的优点,以实现对废水中氮和磷的高效去除.2　材料与方法(Materialsandmethods)2.1　试验用水水质和污泥来源试验用水采用模拟废水,以NH4Cl和KH2PO4分别作为氮源和磷源,具体配方见表1.由表1可知,试验用水C/P/N=300/14.1/50,试验中,使用乙酸钠和丙酸交替提供COD,每42个周期换一次碳源.表1　配水组成Table1　Compositionofthefeed废水成分数值/(mg·L-1)营养液成分数值/(g·L-1)COD300.0FeCl3·6H2O1.50K2HPO439.7H3BO30.15KH2PO430.9CuSO4·5H2O0.03NH4Cl190.0KI0.18CaCl2·2H2O79.5MnCl2·4H2O0.12MgSO4·7H2O171.0Na2MoO4·2H2O0.06NaHCO3200.0ZnSO4·7H2O0.12蛋白胨48.0CoCl2·6H2O0.15营养液28.65EDTA10.00　　注:废水成分中营养液的单位为mL·L-1.试验所用污泥为已驯化的好氧颗粒污泥,厌氧/缺氧/好氧SBR(A/A/OSBR)所用颗粒污泥中粒径大于0.9mm的占77.9%,MLSS为710~1976mg·L-1.硝化SBR(NitrificationSBR)所用颗粒污泥中粒径大于0.9mm的占82.4%,硝化效率达100%,MLSS为684~1695mg·L-1.2.2　双污泥系统试验装置及控制方法双污泥系统由两段SBR组成,具体如图1所示,即A/A/OSBR和硝化SBR.两个SBR反应器均为圆柱形,由有机玻璃制成,高50cm,直径20cm,总体积10L,有效容积为10L,每次进水7L,排水比7/3,在反应器壁上的垂直方向设置一排间距10cm的取样口.由温度控制仪控制反应器内温度,使温度保持为25℃.使用Multi340i型便携式多功能pH和DO测定仪在线测定反应过程中的pH和DO值.采用机械搅拌为颗粒污泥提供剪切力,以黏砂块作为微孔曝气器,采用鼓风曝气.双污泥系统的反应过程如下:①由蠕动泵将7L模拟废水加入到A/A/OSBR中,泥水充分混合后厌氧释磷150min,沉淀2min后,将上清液排到中间水箱(Tank1);②由蠕动泵将含磷和氨氮的污水引入硝化SBR中,充分混合后,硝化180min,硝化结束后静沉2min,而后将上清液排入中间水箱(Tank2);③然后由蠕动泵将含磷、亚硝态氮和硝态氮的废水引入A/A/OSBR,充分混合后,缺氧吸磷120min,为了进一步去除污水中的磷,在缺氧结束后曝气60min.反应过程中,进水、搅拌、曝气、静沉、排水均由智能控制器控制.图1　双污泥系统工艺图Fig.1　Schematicdiagramofthetwo-sludgesystem2.3　检测方法COD、NH+4-N、MLSS分别采用重铬酸钾法、纳氏试剂光度法和重量法测定;NO-2-N、NO-3-N、PO3-4-P用QuikChem8500Seris2流动注射分析仪测83517期刘旭等:SBR双颗粒污泥系统