有機(jī)負(fù)荷沖擊對(duì)微壓反應(yīng)器的影響及調(diào)控策略

王 帆,么興榮,劉松林,蔣維卿,艾勝書(shū),王喜超,邊德軍* (1.長(zhǎng)春工程學(xué)院,水利與環(huán)境工程學(xué)院,吉林長(zhǎng)春 10012；2.吉林省城市污水處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 長(zhǎng)春 10012；.海南省水務(wù)集團(tuán)有限公司,海南 ?？?571126)

進(jìn)水污染物濃度的突然變化或有機(jī)負(fù)荷(OLR)沖擊會(huì)使處理系統(tǒng)性能不穩(wěn)定,長(zhǎng)期的OLR沖擊會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)形成新的穩(wěn)定狀態(tài)[1-2].目前關(guān)于OLR對(duì)污水處理影響的研究多關(guān)注于長(zhǎng)期沖擊的影響,有關(guān)短時(shí)間沖擊影響的研究較少.長(zhǎng)期的OLR沖擊,系統(tǒng)可以通過(guò)活性污泥的快速增長(zhǎng),提高生物量來(lái)抵抗沖擊[3-4].實(shí)際污水處理廠通常會(huì)受到水力和OLR的短期變化的影響[5].

微壓內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器(MPR)采用單側(cè)底部曝氣,通過(guò)未完全封閉的上部抬升部分作為出氣口并控制液位形成微小壓力,使反應(yīng)器內(nèi)部形成旋流,延長(zhǎng)了氣泡行程,提高了氧轉(zhuǎn)移速率,增加了氧的利用率[6].同時(shí),單側(cè)曝氣使得活性污泥混合液外圍流速高,向中心流速逐漸降低,溶解氧(DO)也隨之變化,在反應(yīng)器中形成不同的氧分區(qū),好氧、缺氧和厭氧多種功能菌群分區(qū)共存[7-8].與傳統(tǒng)的 SBR反應(yīng)器相比,MPR在單一池體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了同步去除COD和脫氮除磷[9].針對(duì)長(zhǎng)期 OLR沖擊,現(xiàn)有研究表明 MPR對(duì)COD和NH4+-N的去除效果和抗OLR沖擊的能力比完全混合式反應(yīng)器更強(qiáng)[10].研究發(fā)現(xiàn),隨著OLR從0.29增加到 1.68gCOD/(gMLSS·d)時(shí),MPR 的 COD去除率比SBR高10%～20%,TN去除率也提高10%左右[11].多菌群協(xié)同處理和高效的氧傳質(zhì)使得 MPR反應(yīng)器對(duì)水質(zhì)水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性.

城鎮(zhèn)污水COD濃度普遍偏低,但受季節(jié)、降雨等因素影響,水質(zhì)波動(dòng)較大[12-14].OLR的變化不僅影響COD的去除效率,對(duì)NH4+-N、TN、TP的去除效率也有一定的影響.本文針對(duì)城鎮(zhèn)污水,通過(guò)提高單周期 OLR的方式,探究反應(yīng)器長(zhǎng)期處于正常負(fù)荷(0.11gCOD/(gMLSS·d))穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)水有機(jī)污染物瞬時(shí)變化對(duì) MPR處理城鎮(zhèn)污水去除效率的影響.采用3種污泥負(fù)荷(分別為0.26, 0.34, 0.46gCOD/(gMLSS·d)),并采用提高曝氣量的方式進(jìn)行調(diào)控,尋找最適的曝氣量應(yīng)對(duì)單周期OLR沖擊,保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo),為實(shí)際工程應(yīng)用提供一定的參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)裝置 試驗(yàn)裝置示意見(jiàn)圖1. MPR采用有機(jī)玻璃板制,反應(yīng)區(qū)為直徑900mm的圓柱體,上部微壓區(qū)尺寸為 130mm×90mm×400mm,總有效容積為 36L.試驗(yàn)期間水溫(19±1.5)℃,使用水泵進(jìn)水,電磁式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣,并用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行氣量控制,反應(yīng)器內(nèi)空氣擴(kuò)散裝置為穿孔玻璃管.微生物降解主要發(fā)生在主反應(yīng)區(qū)內(nèi),在試驗(yàn)中通過(guò)監(jiān)測(cè)DO監(jiān)測(cè)點(diǎn)位附近DO,以判斷反應(yīng)過(guò)程中MPR反應(yīng)器中分區(qū)是否良好, DO濃度是否充足.

圖1 試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic diagram of test device

1.1.2 試驗(yàn)用水及接種污泥 試驗(yàn)所用接種污泥為實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行良好的MPR內(nèi)活性污泥,試驗(yàn)期間平均混合液懸浮固體(MLSS)質(zhì)量濃度2900mg/L,在每個(gè)周期結(jié)束通過(guò)排除富集磷酸鹽的剩余污泥實(shí)現(xiàn)TP的去除并保證反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度.采用模擬城鎮(zhèn)污水進(jìn)行試驗(yàn),以淀粉、牛肉膏、蛋白胨、乙酸鈉(CH3COONa)調(diào)配碳源,以氯化銨(NH4Cl)、磷酸二氫鉀(KH2PO4)調(diào)配氮、磷源,正常負(fù)荷運(yùn)行時(shí)進(jìn)水主要污染物具體濃度如表 1.此外,加入硫酸鎂(MgSO4)、氯化鈣(CaCl2)、硫酸亞鐵(FeSO4)補(bǔ)充生物所需的常量元素.同時(shí)添加微量元素 1mL,其中主要成分為氯化鋅(ZnCl2),硫酸銅(CuSO4),硫酸錳(MnSO4),氯化鋁(AlCl3).使用碳酸氫鈉(NaHCO3)調(diào)節(jié)pH值.

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)水主要污染物濃度范圍Table 1 Concentration range of main pollutants in design influent

1.2 試驗(yàn)方案

OLR沖擊試驗(yàn)開(kāi)始前反應(yīng)器已穩(wěn)定運(yùn)行 20d,反應(yīng)器正常負(fù)荷運(yùn)行期間每日 2個(gè)周期,每個(gè)周期12h,采用非限制性曝氣方式,曝氣量為 1.65L/min,進(jìn)水同時(shí)開(kāi)始曝氣.進(jìn)水 5min,曝氣 8h,沉淀 3h,排水10min,閑置 50min,排水比 50%.本試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案為在正常負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上,保持曝氣量不變,在單周期內(nèi)通過(guò)添加淀粉和CH3COONa控制3種沖擊負(fù)荷時(shí)進(jìn)水COD濃度.每一負(fù)荷沖擊過(guò)后恢復(fù)正常負(fù)荷運(yùn)行,待反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行下一負(fù)荷沖擊.在 3種負(fù)荷沖擊過(guò)程中通過(guò)提高曝氣量的方法來(lái)探究應(yīng)對(duì)單周期瞬時(shí)OLR沖擊的調(diào)控策略.負(fù)荷1, 2, 3進(jìn)水 COD 濃度分別為 808.20～810.00,1212.00～1228.00,1586.00～1605.00mg/L,具體試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2.

表2 試驗(yàn)參數(shù)Table 2 Parameters of the test process

1.3 水質(zhì)檢測(cè)

反應(yīng)過(guò)程中每隔 1h取反應(yīng)器內(nèi)混合液經(jīng)濾紙過(guò)濾后檢測(cè)分析各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo),COD, NH4+-N, TN,TP, MLSS均采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定[15];溫度和DO用WTW(oxi3310)便攜式DO儀檢測(cè);pH值采用雷磁酸度計(jì)(PHSJ-4A)測(cè)定.

2 結(jié)果與分析

2.1 OLR沖擊對(duì)污染物去除的影響

2.1.1 不同負(fù)荷下DO的變化 在曝氣量為1.65L/min的正常負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行期間平均出水 COD,NH4+-N, TN, TP濃度分別為 32.20, 0.65, 8.65,0.06mg/L,均滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)[16].保持曝氣量不變,不同負(fù)荷下單周期DO變化情況如圖2.

圖2 不同負(fù)荷時(shí)的DO變化Fig.2 Changes of dissolved oxygen under different loads

正常負(fù)荷下隨著反應(yīng)的進(jìn)行, DO濃度逐漸增加,在曝氣時(shí)間達(dá)到6h時(shí), DO濃度曲線(xiàn)出現(xiàn)“拐點(diǎn)”,DO濃度驟升,由0.64mg/L升至1.98mg/L,標(biāo)志反應(yīng)結(jié)束.隨著 OLR增加,整個(gè)周期中 DO濃度較低.負(fù)荷 1下 DO濃度隨曝氣時(shí)間的增加逐漸上升,但在7h時(shí)仍低于0.5mg/L負(fù)荷2下在2h后DO濃度開(kāi)始逐漸上升,但直到曝氣結(jié)束DO仍低于0.30mg/L.負(fù)荷3下DO一直維持在較低濃度,整個(gè)曝氣階段為缺氧狀態(tài),水中的DO嚴(yán)重不足.

2.1.2 不同負(fù)荷下COD去除率 3種負(fù)荷下出水COD分別為30.10, 39.63, 39.63mg/L,去除率分別達(dá)到 90.74%, 90.71%, 93.41%,出水均達(dá)到了GB18918-2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[16].該結(jié)果與朱逸舟等在填料型MBR系統(tǒng)中進(jìn)行短期的高OLR沖擊試驗(yàn)的結(jié)果相同,在短期OLR沖擊中COD去除率在90%以上[17]. OLR沖擊對(duì)MPR的COD去除效率無(wú)影響,在沖擊周期COD仍能穩(wěn)定去除.

如圖 3,反應(yīng)初始階段,有機(jī)物首先被活性污泥快速吸附,COD的去除主要以物理吸附為主,隨著負(fù)荷的增加,活性污泥吸附有機(jī)物的量也隨之增加.ZHAO 等[18]研究發(fā)現(xiàn),高有機(jī)負(fù)荷下吸附作用通常能去除70%～80%的COD.并且污泥中吸附的有機(jī)物較為穩(wěn)定,不會(huì)出現(xiàn)反解吸的現(xiàn)象,因此隨著OLR沖擊,COD仍能保證穩(wěn)定的去除率[19].隨著反應(yīng)的進(jìn)行,吸附的有機(jī)污染物用于微生物代謝被徹底去除,在4h時(shí)水中COD都已基本去除,4～8h期間COD無(wú)較大波動(dòng).

圖3 3種負(fù)荷下COD降解曲線(xiàn)Fig.3 Degradation curve of COD under three loads

當(dāng) OLR 由 0.11gCOD/(gMLSS·d)增 加 至0.46gCOD/(gMLSS·d)時(shí),對(duì) COD 的去除影響較小.分析原因?yàn)镸PR獨(dú)特的結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了氣泡路徑,提高了氧的利用率,使得MPR具有更高的有機(jī)物去除效率,隨著 OLR 提高,降解速率雖然下降,但仍能保證一定的COD去除效率.同時(shí),隨著OLR的提高,碳源充足,異養(yǎng)細(xì)菌活性增強(qiáng),在有限的 DO下,異養(yǎng)菌有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力,在充足的基質(zhì)下大量繁殖,成為優(yōu)勢(shì)菌種[20],COD去除率提高,出水COD濃度較低.負(fù)荷3下COD的去除效率高于負(fù)荷1, 2也證明了這一說(shuō)法.

2.1.3 不同負(fù)荷下NH4+-N及TN去除率 3種負(fù)荷下出水NH4+-N濃度分別為2.67, 4.83, 6.21mg/L,去除率分別為81.65%, 67.05%, 57.02%.出水TN分別為 3.02, 5.17, 6.26mg/L,去除率分別為 82.09%,68.92%, 62.22%.出水TN與NH4+-N相差不大,整個(gè)曝氣過(guò)程中,TN與NH4+-N濃度始終較為相近,變化趨勢(shì)也一致,NO3--N未形成大量積累,說(shuō)明反應(yīng)器中主要的脫氮方式為同步硝化反硝化(SND)[21].研究發(fā)現(xiàn),硝化反應(yīng)更容易受到實(shí)驗(yàn)條件變化的影響,OLR沖擊下NH4+-N去除率顯著降低,而TN去除率雖有降低,但始終低于15mg/L[17]. 與該研究結(jié)果相似,3種 OLR沖擊下 MPR出水 TN仍能滿(mǎn)足GB18918-2002的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[16],而當(dāng)OLR提高到0.46gCOD/(gMLSS·d)時(shí)出水NH4+-N則高于5mg/L.

如圖4(a),負(fù)荷的增加對(duì)NH4+-N的去除影響較大,在反應(yīng)器內(nèi)起始 NH4+-N濃度相近的情況下,OLR越大出水NH4+-N濃度值越大.分析原因,硝化菌為專(zhuān)性好氧細(xì)菌,受 DO濃度變化影響較大.在OLR 為 0.26gCOD/(gMLSS·d)時(shí),由于 MPR 反應(yīng)器較高的氧傳質(zhì)效率,有利于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)和硝化作用的進(jìn)行[6], NH4+-N出水仍能滿(mǎn)足一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[16].在進(jìn)水COD較高,而DO不能同時(shí)滿(mǎn)足異養(yǎng)菌和硝化菌的生長(zhǎng)需要時(shí),異養(yǎng)菌首先能夠利用水中的DO,且在底物較為豐富的條件下大量繁殖,成為優(yōu)勢(shì)菌,抑制了硝化菌的生長(zhǎng)和硝化反應(yīng)的進(jìn)行[20].由于在活性污泥法中當(dāng)OLR超過(guò)0.15gCOD/(gMLSS·d)時(shí),硝化菌難以良好的生長(zhǎng)[22].因此 NH4+-N的去除率隨著進(jìn)水COD濃度的增加逐漸下降.

圖4 3種負(fù)荷下氮的降解曲線(xiàn)Fig.4 Degradation curve of nitrogen under three loads

如圖4(b),3種負(fù)荷下TN降解情況與NH4+-N相似,隨著 OLR增大,出水 TN濃度值越大,但 OLR增加TN出水仍低于15mg/L.分析原因,大多數(shù)反硝化菌為異養(yǎng)型微生物,較高進(jìn)水 C/N比對(duì)硝化菌的生長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響[23],但同時(shí)促進(jìn)了系統(tǒng)中異養(yǎng)菌的生長(zhǎng)[24].高OLR給反硝化細(xì)菌提供了額外的碳源,有利于反硝化反應(yīng)的進(jìn)行,在一定程度上彌補(bǔ)了硝化反應(yīng)的削弱,因此對(duì)脫氮未造成顯著影響.張淼等[25]也在研究中指出當(dāng)進(jìn)水 C/N比發(fā)生改變時(shí),脫氮效果受到影響的原因主要是硝化過(guò)程受到影響.較多研究表明,隨著進(jìn)水C/N的升高,系統(tǒng)的反硝化效率提高[26-29].郭海燕等[27]研究發(fā)現(xiàn)C/N越高,SND作用越明顯.低DO濃度在一定程度上會(huì)削弱 MPR的硝化作用,但其反硝化能力會(huì)得到提高,促進(jìn)了MPR系統(tǒng)的脫氮性能[30].同時(shí)高OLR運(yùn)行期間微生物的生長(zhǎng)消耗了大量的DO,反應(yīng)器中DO一直維持在較低水平,形成的厭氧/缺氧微環(huán)境更有利于 SND的進(jìn)行[17].邊德軍等[30]研究發(fā)現(xiàn)隨著曝氣量降低,MPR系統(tǒng)的SND率逐漸提高.

2.1.4 不同負(fù)荷下TP去除率 3種負(fù)荷下曝氣階段中TP檢測(cè)最大值分別為31.26, 38.27, 41.34mg/L,出水TP分別為1.70, 6.53, 16.64mg/L.OLR增加對(duì)TP去除影響較大,出水TP不能滿(mǎn)足GB8918-2002的一級(jí) A標(biāo)準(zhǔn)[16].該結(jié)果與朱逸舟等人研究結(jié)果不同[17],不同于傳統(tǒng)的A2O工藝,MPR反應(yīng)器通過(guò)控制運(yùn)行參數(shù)在同一空間中形成好氧/厭氧分區(qū)完成厭氧釋磷與好氧吸磷過(guò)程,因此OLR沖擊對(duì)TP的去除影響更顯著.

如圖5所示,0～2h期間TP的釋放量隨負(fù)荷增加而增大,3種負(fù)荷下 C/P比滿(mǎn)足除磷需要,高濃度有機(jī)物能使聚磷菌(PAOs)更好的生成聚羥基烷酸,提高了厭氧釋磷效果.研究表明,厭氧條件下COD含量越高,越有利于聚-β-羥丁酸(PHB)的貯存,其貯存量也越大[31], PHB的大量貯存為好氧吸磷提供了充足的動(dòng)力.圖5中2～8h期間TP濃度逐漸降低,3種負(fù)荷下的吸磷速率約為 5.35, 5.89, 4.49mg/(L·h),三者相差不大.

圖5 3種負(fù)荷下TP降解曲線(xiàn)Fig.5 Degradation curve of TP under three loads

分析認(rèn)為3種負(fù)荷下出水TP濃度高的主要原因是反應(yīng)器中釋磷量較大,而反應(yīng)器中的 DO濃度較低,好氧吸磷時(shí)間長(zhǎng)[32].相比正常負(fù)荷下曝氣結(jié)束DO濃度為2.98mg/L,3種負(fù)荷下直到曝氣結(jié)束DO仍維持在較低濃度,反應(yīng)仍在進(jìn)行,仍有部分TP無(wú)法吸收,導(dǎo)致出水 TP濃度較高.同時(shí)有機(jī)物濃度過(guò)高,PAOs在厭氧區(qū)不能完全消耗,使得好氧區(qū)的異養(yǎng)菌量增加,PAOs在活性污泥微生物中的比重下降[33].OLR提高促進(jìn)聚糖菌(GAOs)的生長(zhǎng)繁殖, GAOs的增多可抑制除磷效果[34].研究表明好氧狀態(tài)下初始COD＞150mg/L時(shí),異養(yǎng)菌在與PAOs對(duì)O2的競(jìng)爭(zhēng)中占有明顯的優(yōu)勢(shì),可以明顯抑制PAOs的吸磷作用[35].由圖5降解曲線(xiàn)看,4h時(shí)3種負(fù)荷下COD濃度約在50mg/L左右,異養(yǎng)菌與 PAOs的競(jìng)爭(zhēng)不再占據(jù)很大優(yōu)勢(shì), TP濃度曲線(xiàn)出現(xiàn)拐點(diǎn),降解速率較2～4h增大,但由于反應(yīng)器中 DO濃度低,曝氣時(shí)間無(wú)法滿(mǎn)足好氧吸磷所需要的時(shí)間,TP出水濃度較高.戴嫻等[36]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水碳源充足時(shí),厭氧段釋磷效果較好,但過(guò)剩的碳源使得在曝氣段DO被用于碳源的氧化使得好氧吸磷受到限制.

2.2 提高曝氣量對(duì)污染物去除的影響

根據(jù)以上分析認(rèn)為隨著進(jìn)水OLR的提高,MPR脫氮除磷效果下降的主要原因在于 DO的不足.好氧異養(yǎng)菌與硝化菌以及PAOs爭(zhēng)奪DO,抑制了硝化作用和好氧吸磷.因此提高曝氣量增加反應(yīng)器中DO濃度來(lái)改善反應(yīng)器內(nèi)氧環(huán)境,探索曝氣量的調(diào)控對(duì)活性污泥系統(tǒng)OLR沖擊緩解作用.

2.2.1 提高曝氣量對(duì) COD去除的影響 如圖 6所示,OLR提高對(duì)MPR中COD的去除情況影響不大,提高曝氣量, COD的去除效果也無(wú)較為明顯的變化.

圖6 不同曝氣量時(shí)COD降解曲線(xiàn)Fig.6 Degradation curve of COD at different gas volumes

如圖 6(a),負(fù)荷 1條件下,隨著曝氣量的提高,COD的降解速率無(wú)顯著變化,在0～2h時(shí)COD都已基本去除, 2～8h期間出水COD均低于50mg/L.如圖6(b),負(fù)荷2條件下,隨著曝氣量的提高, COD的降解速率明顯提高,而 COD去除率分別為 90.71%,91.03%, 90.6%, 90.02%無(wú)明顯提高.如圖6(c),負(fù)荷3條件下, COD去除率分別為 93.41%, 93.47%,95.11%, 95.48%, 93.90%,隨著曝氣量的提高, COD的降解速率、去除率均有一定的提高. 3種負(fù)荷下,曝氣量1.65L/min即可滿(mǎn)足COD去除的需求,繼續(xù)提高曝氣量對(duì)COD的去除效果影響不大.

2.2.2 提高曝氣量對(duì)氮去除效果的影響 如圖7、圖8,隨著曝氣量的提高NH4+-N和TN去除效果得到明顯提升.

圖7 不同曝氣量時(shí)NH4+-N降解曲線(xiàn)Fig.7 Degradation curve of NH4+-N at different gas volumes

圖8 不同曝氣量時(shí)TN降解曲線(xiàn)Fig.8 Degradation curve of TN at different gas volumes

如圖7(a),負(fù)荷1條件下,曝氣量為1.65, 1.80 和1.95L/min時(shí), NH4+-N去除率分別為 81.65%,91.98%, 97.33%.相比 1.65和 1.80L/min,曝氣量為1.95L/min時(shí) NH4+-N去除效果有顯著提高.如圖7(b),負(fù)荷 2條件下,曝氣量為 1.65, 1.95, 2.25和2.45L/min時(shí)去除率分別為67.05%, 81.47%, 92.49%,94.65%.當(dāng)曝氣量達(dá)到2.25L/min時(shí)進(jìn)一步提高曝氣量對(duì)NH4+-N的去除效果無(wú)明顯提高.考慮去除效果和經(jīng)濟(jì)適用性,最適曝氣量為2.25L/min.如圖7(c),負(fù)荷3條件下,曝氣量為1.65, 1.95, 2.25, 2.45和2.65L/min時(shí),去除率分別為 57.02%, 70.88%, 81.92%,88.33%, 88.84%.曝氣量為2.45和2.65L/min時(shí)去除效果相當(dāng),曝氣量為 2.45L/min時(shí)即可滿(mǎn)足去除NH4+-N的需要.

如圖8(a),負(fù)荷1條件下,曝氣量為1.65, 1.80和1.95L/min時(shí), TN去除率分別為82.99%, 87.68%和95.75%.曝氣量為1.65和1.80L/min時(shí), TN去除效果相差不大,曝氣量提高到1.95L/min, TN去除效果有了明顯提高.如圖8(b),負(fù)荷2條件下,曝氣量為1.65,1.95, 2.25和2.45L/min時(shí), TN去除率分別為68.92%,80.75%, 92.89%和95.12%.曝氣量由2.25L/min提高到2.45L/min, TN的降解速率無(wú)較為明顯的差異,曝氣量為2.25L/min即可滿(mǎn)足脫氮的需求.如圖8(c),負(fù)荷 3條件下,曝氣量為 1.65, 1.95, 2.25, 2.45和2.65L/min時(shí), TN去除率為62.22%, 69.23%, 79.32%,86.10%和87.85%.曝氣量提高促進(jìn)了硝化作用,進(jìn)而提高了TN的去除效果.由于MPR獨(dú)特的DO分區(qū)環(huán)境,曝氣量的提高對(duì)厭氧區(qū)反硝化作用影響較小,但曝氣量過(guò)高或過(guò)低均不利于反應(yīng)器內(nèi)DO分區(qū)的形成[6].當(dāng)曝氣量由 2.45L/min進(jìn)一步提高到2.65L/min時(shí) TN的降解速率沒(méi)有顯著提高.過(guò)高的曝氣量可能使得MPR內(nèi)DO分區(qū)不明顯,厭/缺氧區(qū)受到破壞,反應(yīng)器內(nèi) DO 呈現(xiàn)整體過(guò)?，F(xiàn)象,不利于反硝化的進(jìn)行,因此負(fù)荷 3下曝氣量控制為 2.45L/min較好.

2.2.3 提高曝氣量對(duì)TP去除效果的影響 如圖9所示,隨著曝氣量的提高,好氧吸磷速率明顯加快,TP去除率顯著提高.

圖9 不同曝氣量時(shí)TP降解曲線(xiàn)Fig.9 Degradation curve of TP at different gas volumes

如圖9(a),負(fù)荷1條件下,曝氣量為1.65, 1.80和1.95L/min時(shí),出水TP濃度為3.02, 0.51和0.34mg/L.曝氣量提高到 1.95L/min時(shí),出水 TP濃度達(dá)到GB18918-2002的一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)[16].如圖 9(b),負(fù)荷 2條件下,隨著曝氣量的提高, TP的降解速率得到顯著提高,同時(shí)去除效果也有明顯提升,曝氣量為 1.65,1.95, 2.25和2.45L/min時(shí),出水TP濃度分別為5.17,1.89, 0.10和0.26mg/L.如圖9(c),負(fù)荷3條件下,不同曝氣量下TP 出水變化情況與負(fù)荷2類(lèi)似,曝氣量為1.65, 1.95, 2.25, 2.45和2.65L/min時(shí),出水TP濃度為16.64, 1.38, 0.83, 0.39和0.74mg/L.隨著曝氣量的提高,厭氧釋磷效果和好氧吸磷效果均有所提高,在適宜的曝氣量下,反應(yīng)器內(nèi)分區(qū)較為明顯.厭氧區(qū)淀粉水解成小分子物質(zhì),能被PAOs當(dāng)作碳源直接吸收利用合成PHB[37],釋磷量增加.好氧區(qū)DO充足,好氧吸磷速率增加.在負(fù)荷2、3下曝氣量過(guò)高,出水TP濃度反而有一定的提高.分析原因,過(guò)高的曝氣量可能導(dǎo)致在厭氧區(qū)加速細(xì)胞的內(nèi)源呼吸,導(dǎo)致無(wú)效釋磷的發(fā)生[38],影響好氧吸磷過(guò)程.同時(shí)當(dāng) DO 超過(guò)2mg/L時(shí),污泥好氧吸磷速率增加幅度變小[39].研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期過(guò)量曝氣會(huì)影響生物除磷效果,同時(shí)導(dǎo)致污泥的沉降性能變差[40].因此負(fù)荷2、3下分別控制曝氣量為2.25和2.45L/min較好.

3 結(jié)論

3.1 試驗(yàn)過(guò)程中,瞬時(shí)OLR沖擊對(duì)MPR反應(yīng)器的COD去除和反硝化過(guò)程影響較小.隨著OLR沖擊的提高,底物充足,異養(yǎng)菌在對(duì) DO 的競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì),COD去除效果基本不受影響,同時(shí)充足的碳源有利于反硝化過(guò)程的進(jìn)行,因此單周期瞬時(shí)OLR沖擊下MPR出水COD、TN仍能滿(mǎn)足《城鎮(zhèn)污水廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn).

3.2 有機(jī)負(fù)荷沖擊對(duì)MPR的硝化過(guò)程以及好氧吸磷產(chǎn)生較為顯著的不利影響,導(dǎo)致NH4+-N、TP出水濃度升高.隨著OLR的提高,反應(yīng)器內(nèi)DO不足,硝化菌在競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì),出水 NH4+-N濃度明顯提高.同時(shí)由于缺乏 DO,好氧吸磷過(guò)程無(wú)法進(jìn)行完全,導(dǎo)致出水TP濃度較高.

3.3 隨著曝氣量的提高, COD、NH4+-N、TN、TP的降解速率得到提高, NH4+-N、TP的去除效果得到提高,但當(dāng)曝氣量達(dá)到一定值,再提高曝氣量對(duì)污染物去除效果以及降解速率的提高沒(méi)有更加明顯的改善.在 OLR分別為 0.26, 0.34和 0.46gCOD/(gMLSS·d)時(shí),考慮去除效果以及經(jīng)濟(jì)適用性,最佳的曝氣量分別為1.95, 2.25和2.45L/min.