反硝化脫氮吸磷過程中的影響因子

李宏罡，張 玲，黃民生

（1.黑龍江生物科技職業(yè)學院，黑龍江哈爾濱 150025；2.華東師范大學，上海 200062）

玉米深加工企業(yè)生產(chǎn)過程排放的廢水中含有各種污染物，廠區(qū)內(nèi)生活廢水與之混合后，出水中氮、磷含量很高，排放到自然水體中，會加快引起水體富營養(yǎng)化。傳統(tǒng)的生物脫氮除磷[1,2]工藝存在自身難以解決的矛盾：聚磷菌和反硝化菌對碳源競爭始終存在；硝化菌、反硝化菌、聚磷菌菌齡不同，各種菌群混合在一起互相制約，難以使系統(tǒng)達到最優(yōu)的運行條件[3,4]。為此各國水處理專家有針對性地進行大量研究，在工藝形式和工藝流程上進行一系列的革新，尤其是反硝化聚磷菌（denitrification phosphorus removal bacteria，DPB）的發(fā)現(xiàn)使脫氮除磷工藝有了更為廣闊的發(fā)展前景。DPB有著與完全好氧聚磷菌（phosphorus accumulating organism，PAO）相似的除磷機理和潛力，所不同的是DPB利用N而非O2作為電子受體，并通過氧化內(nèi)碳源（主要為聚-β-羥基烷酸，即PHA）過量吸磷，同時將N還原成N2，使吸磷和反硝化這兩個原本對立的過程統(tǒng)一在一起[5-7]。

在反硝化脫氮吸磷實際運行過程中，由于污水濃度隨生產(chǎn)時間、規(guī)模、生活規(guī)律發(fā)生變化，如何及時、有效掌控脫氮、吸磷排泥的最佳時機是能否取得良好運行效果的關鍵，本文主要研究反硝化吸磷和脫氮過程中pH、COD、磷酸鹽、N-N、N-N和N-N等參數(shù)變化趨勢及其相關性，探索變形化性規(guī)律，使其在實際工作中發(fā)揮指示作用，從而能實時掌握反硝化吸磷和脫氮過程，合理安排排泥除磷和反硝化脫氮時段。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 污泥來源

玉米深加工廢水水解酸化+IC+A／O+MBR工藝中反硝化段污泥（階段性試驗證明具有反硝化吸磷脫氮功能）。污泥靜置48 h后，采用自來水反復沖洗，測得該污泥上清液各項指標：CODCr為10 mg／L左右，N-N，N-N，N-N，磷酸鹽均為 0～1 mg／L。

1.1.2 廢水水質(zhì)

玉米深加工廢水水解酸化+IC+A／O+MBR工藝中IC反應器出水，水質(zhì)指標見表1。

表 1 進水水質(zhì)指標 ／（mg·L-1）Tab.1 Water Quality Indicators ／（mg·L-1）

1.1.3 回流硝化液

玉米深加工廢水水解酸化+IC+A／O+MBR工藝中A段反應器出水，水質(zhì)指標見表2。

表2 回流硝化液水質(zhì)指標 ／（mg·L-1）Tab.2The Quality Indicators of Nitrification Liquid／（mg·L-1）

1.1.4 回流比 R=2，回流液流量與進水流量等比等于2，用蠕動泵加入，混合水樣體積達到4 L。

1.1.5 間歇反應器內(nèi)混合水質(zhì)指標（見表3）

表 3 混合水質(zhì)指標 ／（mg·L-1）Tab.3 The Quality Indicators of Mixture ／（mg·L-1）

1.2 試驗方法

1.2.1 分析項目及方法

1.2.2 試驗反應器

序批式反應器（SBR）如圖1所示，總容積5 L，有效容積4 L，由有機玻璃制得，反應器內(nèi)設有攪拌裝置，保持泥水混合均勻，外設水浴恒溫裝置保持系統(tǒng)內(nèi)恒溫。每間隔30 min檢測混合液的NN、NN、COD、N-N、磷酸鹽濃度，在線監(jiān)測 pH、水溫。采用間歇進水方式，反應時間4 h。

圖1 SBR示意圖Fig.1 Schematic Diagram of SBR Process

2 結果與討論

2.1 反硝化脫氮過程中各參數(shù)變化趨勢分析

圖2 pH、N-N、N-N隨時間變化趨勢Fig.2 Trends of pH,NN,N-N by Time

在硝化回流液中存在硝態(tài)氮，同時還存在氧和少量亞硝酸鹽，大多數(shù)反硝化細菌是兼性厭氧細菌，在有氧時進行好氧呼吸，無氧時進行硝酸鹽呼吸，水中有機物做為電子供體，發(fā)生以下反應[8]：

由圖2可知，O2、N-N還原成NN不產(chǎn)生堿度，pH上升趨勢緩慢；N-N還原N2階段產(chǎn)生OH-，pH上升趨勢變快，當試驗反應進行到2 h左右，pH曲線上出現(xiàn)拐點B點，此時，系統(tǒng)中NN濃度為0 mg/L，即“硝酸鹽弓”，N-N濃度達到最大（圖2中A點），又稱為“亞硝酸鹽峰”。當反應進行到3.5 h左右，NN和NN幾乎均被還原，反硝化結束，沒有堿度繼續(xù)產(chǎn)生pH開始下降，即pH曲線出現(xiàn)拐點C（“亞硝酸鹽膝”），所以可以看出利用pH曲線第2個拐點可以準確指示反硝化過程的“真正結束點”[9]。

圖3 pH、N隨時間變化趨勢分析Fig.3 Trends of pH,NN by Time

2.2 反硝化吸磷過程中pH、磷酸鹽、N-N、N-N變化趨勢分析

圖4 磷酸鹽、N-N、N-N變化趨勢分析Fig.4 Trends of P-P,N-N,N-N by Time

2.3 反硝化脫氮吸磷過程中pH、COD隨時間變化趨勢分析

由圖5可知，反硝化脫氮吸磷過程中可以看出反應初期COD下降較快，主要為O2和N提供電子以及吸磷過程中能量消耗，pH曲線B點之后，主要為N-N還原反應，聚磷菌對磷的釋放，對電子供體需求量相對減少，COD下降趨勢變緩。同時有缺氧反硝化條件下，不溶性有機物被微生物降解，產(chǎn)生小分子有機物，使廢水中保持一定的COD值。

3 結論

圖5 pH、COD隨時間變化趨勢Fig.5 Trends of pH,COD by Time

（3）反硝化脫氮吸磷過程中，反硝化細菌對碳源有需求，保持系統(tǒng)中具有一定碳源是十分必要。

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