生物除磷的影响因素研究

生物除磷的影响因素研究聚磷菌对生物除磷起决定性作用，然而在实际运行中，聚磷菌受到环境条件、运行工况等因素影响，除磷系统存在启动和恢复较慢、除磷效率不稳定等问题。近年来，随着对生物除磷工艺研究的逐渐深入，发现对于生物除磷有着诸多的限制因子，其中主要有进水中的温度、PH、碳源、污泥龄以及水中的金属离子等等。温度对生物除磷的影响在过去20年里，有关学者曾就温度对强化生物除磷系统的处理率以及动力学参数进行了广泛的研究，但所得结论相互矛盾。早期的文献曾报道在温度5℃~24℃范围内，较低温度时的除磷效率要比较高温度时的处理率要高。有关学者同时又指出在强化生物除磷系统中，如果其生物群落不变，则其反应速率将随温度降低而变慢[13]。在LiangMingLangmuirWHANG等人的研究中发现，当温度高于20℃是，聚磷菌（PAOs）会和聚糖菌（GAOs）竞争碳源从而导致除磷效果不稳定。在20℃污泥龄10天的条件下，聚磷菌PAOs占绝对优势，并在COD/P为300/40时可以达到40mgP/L的去除效果。而温度高于30℃时，GAOs占绝对优势。在ThongchaiPanswad等人的研究中发现，在强化生物除磷系统中，温度从20℃升到30℃时，优势微生物种群从聚磷菌PAOs（47%~70%VSS）转变为聚糖原菌（64%~75VSS），而当温度上升至35.5℃时，普通的异养菌成为优势种群（90%VSS）。总而言之，低温对聚磷菌除磷影响不大，温度对生物除磷的影响并不显著，5~25℃皆可，但不宜过高。PH对生物除磷的影响Kuba等在1997年进行了pH对DPAOS厌氧释磷影响的研究，试验发现pH对HAC消耗速率的影响很小，但是对厌氧释磷有很大影响，这导致了P/C值(释放的P/吸收的HAC)随pH值的增大而增大的结果,并当pH=7.5时P/C值达到高峰，然后随着pH继续增大P/C值又开始下降。研究表明在pH=8的情况下，HAC全部消耗完磷后，取样测定污泥中发现确实出现了磷的沉淀现象，实际的P/C值比理论值少20%。他的发现和Smolders研究pH值对(A/O)SBR工艺运行影响的结果一致；在pH=7下，没有发现磷的沉淀物。在吴守中，陈立伟等人的研究中，当进水pH低于6.5或高于7.5时，系统厌氧几乎没有释磷现象，出水氨氮和磷含量也较高，磷的去除率明显下降，进水pH为7.0时，释磷率达到8.1mg·L-1·h-1，系统脱氮除磷效果最好。研究生物反硝化除磷时必须严格控制pH值，另一方面也表明在生产实践中,一些磷酸盐会以沉淀物的形式存在。碳源、硝酸盐、溶氧以及亚硝酸盐浓度对生物除磷的影响碳源的影响碳源作为聚磷菌利用的主要基质，在生物除磷中发挥着重要的作用。在胡颖、王世和等人利用取自太湖分离出的聚磷菌进行试验研究，表明小分子脂肪酸，如乙酸和丙酸，在沉积物磷的吸收和释放中，对淡水体系可能起着重要的限制作用。污水中的碳源可分为三类，即原污水中所含碳源、外加碳源以及微生物死亡提供的内源碳源。聚磷菌的主要营养底物为挥发性有机酸（VFA），包括醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐等，在实际污水中挥发性脂肪酸可通过厌氧区发酵COD组分和部分慢速可生物降解COD的发酵作用（水解和酸化）或进行出沉污泥发酵（生物除磷利用的COD是可溶的，在实际中则有必要初沉分离发酵）。在生物除磷的过程中，每去除一毫克的磷酸盐，需要消耗约20毫克的COD，其中的COD指可快速生物降解COD和可慢速降解COD之和（废水中的Ss和Xs组分）。在良好的生物脱氮除磷工艺中，BOD:N的值至少为4~5。硝酸盐浓度的影响反硝化聚磷时靠氧化体内的PHB来提供能量。当环境中的硝酸盐浓度过低时，不足以氧化足够的PHB(聚β-羟基丁酸)产生能量，使得聚磷收到限制，聚磷不完全；当硝酸盐浓度过高时，则会影响出水的水质以及影响到释磷的过程。在缺氧的条件下，硝酸盐的消耗量与聚磷量有着良好的线性关系（以乙酸钠作为其碳源，并且碳源浓度一定的情况下），但由于不同的反硝化聚磷菌，不同的温度、PH、SRT等条件下，其线性系数也存在着差异，例如：在张小玲，张立卿等人的研究中发现聚磷量一般为1.22mgP/mgN；在Jens等人在研究固定生物膜反应器的反硝化聚磷效果时，得到缺氧阶段的聚磷量一般为2mgP/mgN。在ShaoqiZhou、XiaojieZhang等人的通过SBR反应器的研究中，则表明硝酸盐作为电子载体，反硝化除磷的NO3—N/P的最佳配比为0.89。溶氧浓度的影响脱氮除磷系统内的微生物一般都是混合生长的，硝化菌需要好氧环境，若要在系统内利用硝化菌和反硝化聚磷菌共同实现脱氮除磷，则反硝化聚磷菌就需要一定的好氧环境对于方茜等人的试验，溶氧对反硝化除磷的影响总结如下：溶氧浓度DPAOS的反硝化除磷率讨论DO＜0.5mg/L时＞90%溶氧浓度非常适合反硝化除磷DO＜2.0mg/L时＞60%溶氧浓度较适宜反硝化除磷DO＞2.0mg/L时明显下降溶氧浓度不适合反硝化除磷从她们的试验中可以看出溶氧对反硝化聚磷菌的存活没有决定性的影响，反硝化聚磷菌可以与好氧聚磷菌共存，而对于溶氧的控制是反硝化聚磷的关键，氧的介入会引起好氧聚磷菌的吸磷，抑制了反硝化聚磷菌的脱氮除磷。对于当今污水处理厂实际运行的A2O工艺中溶氧的要求如下：厌氧段最适宜的溶解氧浓度应为DO0.2mg/L，但在大连开发区污水厂的生产性试验中，厌氧池DO0.3mg/L，运行效果良好。缺氧段最适宜的溶解氧浓度为DO0.5mg/L，否则会影响反硝化的正常运行。好氧段最适宜的溶解氧浓度为DO≈2mg/L左右，太高太低都不利。Ekama等人建议将DO浓度保持在1.5~3mg/L的范围内；青岛李村河污水处理厂有效地将好氧出水DO控制在1.5~2.5mg/L左右，取得较好的效果。亚硝酸盐浓度的影响经过几年的研究，亚硝酸盐对于反硝化除磷及其抑制问题上，一直甚至目前都存在着分歧。对于各研究者亚硝酸盐浓度的影响总结如下：试验方法亚硝氮浓度吸磷变化研究者固定生物膜厌氧/缺氧交替运行---无法利用亚硝氮吸磷JensPeter等人传统污泥法＜4.5mg/L可以利用JensMeihold＞8mg/L完全抑制序批式反应器模拟处理＞8mg/L不能利用Gerber等人SBR厌氧/缺氧/好氧5~10mg/L吸磷活性下降Kuba等人通过厌氧/好氧系统诱导驯化而成连续投加亚硝氮可以利用，吸磷量占缺氧和好氧总量的97%以上张小玲等人SBR反应器最佳NO2—-N/P为0.60可以利用亚硝氮作为电子载体ShaoqiZhou等人SBR中，未经亚硝氮驯化＜15mg/L可以利用亚硝氮作为电子受方茜等人体除磷＞20mg/L吸磷受到明显的抑制SBR中，逐渐增加亚硝氮的量循序诱导达到32mg/L时依然有着良好反硝化吸磷和脱氮功能从以上研究者的试验，可以看出低浓度的亚硝氮对反硝化聚磷菌影响较小，高浓度时会起到抑制作用，而经过驯化后，反硝化聚磷菌可以适应较高浓度的亚硝氮而影响较小。金属离子对生物除磷的影响在这些影响因素中金属离子（特别是镁离子）被认为是生物除磷工艺启动和稳定运行的重要影响因素。Rickard等指出镁离子在磷酸盐的胞内运输过程及维持胞内聚磷酸盐的稳定性方面会起到较重要的作用。通过李幸、高大文等人用SBR系统测试镁离子浓度对生物除磷系统的影响发现，在SBR反应器除磷过程的稳定运行阶段，在镁离子不充足的系统中磷酸盐的去除率会逐渐下降甚至达到50%以下，系统恶化；而镁离子充足的系统中磷酸盐的去除会保持在90%以上，且磷酸盐的变化同镁离子的浓度变化成相似的趋势。通过李幸、高大文等人的试验发现活性污泥体系中，要使得其中磷酸盐达到较好的处理效果，则Mg/P的变化范围应在0.2~0.6之间。并且发现镁离子参与生物除磷中的释磷吸磷过程，随着磷酸盐的释放，污水中镁离子浓度也随之增大；随着磷酸盐的吸收，污水中镁离子浓度也随之降低。但在镁离子含量不足时，钙离子也会担负起镁的角色。