好氧顆粒污泥系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2020-4-16 17:37:49
污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量，降低企業(yè)治污成本
水體富營養(yǎng)化近年來在世界各地頻繁發(fā)生, 導(dǎo)致大量水域出現(xiàn)水質(zhì)惡化現(xiàn)象, 嚴(yán)重影響了居民健康及生態(tài)環(huán)境, 受到水環(huán)境領(lǐng)域研究人員的重視.水中氮和磷等營養(yǎng)元素含量較高是造成水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象的關(guān)鍵原因, 因此去除污水中的氮素和磷源已經(jīng)成為污水處理領(lǐng)域的重要任務(wù).目前污水處理廠大多采用活性污泥法對污水進(jìn)行處理, 因其具有處理效果好和能耗較低等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用, 但在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)普通活性污泥存在沉降性能較差和易發(fā)生污泥膨脹等問題.好氧顆粒污泥(aerobic granular sludge, AGS)是一種顆粒狀活性污泥, 內(nèi)部存在層狀空間結(jié)構(gòu), 單個(gè)顆粒能提供微生物所需的好氧/缺氧/厭氧環(huán)境, 可以同時(shí)進(jìn)行硝化、反硝化和除磷過程, 具有沉降性能好[4]和抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 可以極大地降低運(yùn)行成本, 在廢水處理領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注.荷蘭、意大利和克羅地亞等國已將AGS工藝成功用于實(shí)際工程, 并且運(yùn)行效果良好.
研究人員通常采用一次進(jìn)水-曝氣策略, 通過在周期內(nèi)形成厭氧/好氧(A/O)的運(yùn)行環(huán)境來培養(yǎng)顆粒污泥, 這樣做的原因是聚磷菌(phosphate accumulating organisms, PAOs)的生長需要先在厭氧條件下吸收揮發(fā)性脂肪酸, 將其轉(zhuǎn)化為聚羥基鏈烷酸酯(poly-hydroxyalkanoates, PHA)并貯存在體內(nèi), 再在好氧條件下氧化分解PHA, 用于充分吸收水中的磷酸鹽, 以達(dá)到除磷的目的.但作者在采用一次進(jìn)水-曝氣策略下馴化絮狀污泥以啟動AGS工藝時(shí), 發(fā)現(xiàn)運(yùn)行初期絮狀污泥在好氧條件下無法形成反硝化所需的厭氧環(huán)境, 反應(yīng)器內(nèi)會存在大量NO3--N, 對PAOs厭氧釋磷產(chǎn)生影響.然而釋磷過程是保證PAOs良好除磷性能的前提, 且有研究表明, PAOs釋磷時(shí)會形成大量帶正電的微粒, 能吸附帶負(fù)電的細(xì)胞體, 可以作為顆粒污泥的晶核; PAOs除磷過程還會產(chǎn)生磷酸鹽沉淀, 可作為細(xì)胞附著的內(nèi)核, 成為顆粒生長的“起點(diǎn)”, 兩者均能夠促進(jìn)顆粒污泥的形成, 對生活污水中快速顆�；膶�(shí)現(xiàn)具有重要作用.因此, 筆者提出多次進(jìn)水-曝氣策略, 在周期內(nèi)進(jìn)行多組進(jìn)水、非曝氣和曝氣的組合, 通過實(shí)現(xiàn)多次硝化反硝化, 以降低系統(tǒng)中NO3--N濃度, 減輕NO3--N對PAOs的抑制, 提高除磷效果, 以便在顆�；跗诶贸走^程中產(chǎn)生的正電微粒和磷酸鹽沉淀, 促進(jìn)顆粒污泥的形成, 縮短污泥顆粒化過程所需的時(shí)間.
基于此, 本研究選用兩組SBR反應(yīng)器(R1和R2)培養(yǎng)AGS, R1以一次進(jìn)水-曝氣策略運(yùn)行, R2以多次進(jìn)水-曝氣策略運(yùn)行, 通過研究污泥形態(tài)、粒徑變化、EPS和去除性能等參數(shù), 對比探究一次/多次進(jìn)水-曝氣策略對生活污水AGS工藝啟動和運(yùn)行的影響, 以期為實(shí)際工程提供理論基礎(chǔ).
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與運(yùn)行方式
本實(shí)驗(yàn)采用兩組有機(jī)玻璃制成的SBR反應(yīng)器(R1和R2), 有效容積12 L, 換水比為50%, 通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量為1.0 L·min-1, 用PLC控制進(jìn)水、攪拌、曝氣和出水.反應(yīng)器每天運(yùn)行4個(gè)周期, 每周期6 h, 其中通過蠕動泵在相同轉(zhuǎn)速下, 以底部進(jìn)水的方式進(jìn)水12 min, 以保證兩個(gè)反應(yīng)器周期內(nèi)進(jìn)水量相同, 厭氧反應(yīng)90 min, 好氧反應(yīng)240 min, 沉淀時(shí)間從15 min逐漸縮短為3 min, 出水和閑置共計(jì)15 min.周期內(nèi)運(yùn)行參數(shù)如表 1所示.
表 1 反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)/min
1.2 接種污泥與實(shí)驗(yàn)用水
接種污泥為北京市某污水處理廠二沉池回流污泥, R1和R2初始MLSS分別為3 539 mg·L-1和3 624 mg·L-1.實(shí)驗(yàn)用水取自某小區(qū)化糞池的生活污水, 具體水質(zhì)指標(biāo)如表 2所示.
表 2 生活污水水質(zhì)
1.3 分析項(xiàng)目及方法
NH4+-N采用納氏試劑光度法測定; NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測定; NO3--N采用紫外分光光度法測定; MLSS采用標(biāo)準(zhǔn)重量法測定; TN采用過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定; COD和總磷的測定采用5B-3B COD多參數(shù)快速測定儀; 污泥中EPS的提取采用熱提取法, PN測定采用考馬斯亮藍(lán)法, PS測定采用苯酚硫酸法; 顆粒粒徑測定采用Mastersize 2000型激光粒度分析儀, 顆粒形態(tài)觀察使用體式顯微鏡.
1.4 燒杯實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)過程中定期考察污泥中反硝化聚磷菌(denitrifying poly-phosphorus accumulating organism, DPAO)的富集情況.測試方法如下：從反應(yīng)器中取出5 L泥水混合物于燒杯, 污泥清洗后去除上清液, 加入水和丙酸鈉后, 恢復(fù)混合液體積至5 L, 使COD濃度為300 mg·L-1, 厭氧攪拌180 min.靜置后倒棄上清液, 加入水和磷酸二氫鉀, 恢復(fù)體積至5 L, 使TP濃度為6 mg·L-1, 再平均分兩份, 對一份進(jìn)行曝氣, 使其好氧反應(yīng), 發(fā)生好氧吸磷; 另一份加入硝酸鉀, 使硝酸鹽濃度為20 mg·L-1, 進(jìn)行缺氧吸磷.實(shí)驗(yàn)過程中定時(shí)取樣測缺氧和好氧反應(yīng)階段的TP濃度.
2 結(jié)果與討論
2.1 一次/多次進(jìn)水-曝氣策略對AGS形成及沉降性能的影響
圖 1所示為實(shí)驗(yàn)期間R1和R2內(nèi)污泥粒徑變化.R1和R2接種污水處理廠絮狀污泥, 平均粒徑為70 μm, 如圖 2(a)所示.隨著反應(yīng)器運(yùn)行, R1和R2分別在第19 d和第11 d出現(xiàn)細(xì)小顆粒.經(jīng)56和39 d后, R1和R2的平均粒徑達(dá)到340 μm, 認(rèn)為R1和R2中實(shí)現(xiàn)污泥顆�；�, 成功啟動AGS工藝.培養(yǎng)105 d后, R1和R2內(nèi)顆粒穩(wěn)定, 平均粒徑達(dá)到740 μm和791 μm, 顆粒形態(tài)如圖 2(b)和2(c)所示, 與R1相比, R2中顆粒大小相近, 形態(tài)更加圓潤, 結(jié)構(gòu)密實(shí).由于R2采用多次進(jìn)水-曝氣策略, 能在周期內(nèi)多次為反硝化菌提供碳源, 并在進(jìn)水后進(jìn)入?yún)捬醵? 為絮狀污泥提供反硝化所需的厭氧環(huán)境, 以便反硝化菌脫氮.與R1采用的一次進(jìn)水-曝氣策略相比, 多次進(jìn)水-曝氣策略降低了啟動期間的NO3--N濃度, 減輕NO3--N對PAO釋磷的抑制, 提高了除磷效果.有研究表明, 生物除磷過程中會形成磷酸鹽沉淀和帶正電的微粒, 可作為細(xì)胞附著的內(nèi)核, 成為顆粒生長的“起點(diǎn)”.由此分析, 啟動期間R2中NO3--N濃度低于R1, 除磷效果更好, 易產(chǎn)生磷酸鹽沉淀和帶正電的微粒, 正電微粒能吸附帶負(fù)電的細(xì)胞體, 可作為顆粒污泥的晶核; 磷酸鹽沉淀可作為細(xì)胞附著的內(nèi)核, 與絮狀污泥通過EPS黏附結(jié)合, 形成聚集體, 兩者都可以促進(jìn)顆粒污泥形成, 故與R1相比, R2的污泥顆�；瘯r(shí)間較短.
圖 1 運(yùn)行期間R1和R2反應(yīng)器中顆粒平均粒徑變化
(a)為接種污泥; (b)和(c)為第105 d時(shí)R1和R2中的污泥
圖 2 污泥顯微鏡照片
胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)是微生物在生理活動中分泌的胞外黏性物質(zhì), 主要由蛋白質(zhì)(PN)和多糖(PS)組成.有研究發(fā)現(xiàn)EPS通過減少細(xì)胞表面的負(fù)電荷, 將兩個(gè)相鄰的細(xì)胞進(jìn)行物理連接, 對AGS的形成和穩(wěn)定性有重要意義, 為此本實(shí)驗(yàn)研究了運(yùn)行期間PN、PS和PN/PS的變化規(guī)律, 結(jié)果如圖 3所示.
圖 3 運(yùn)行期間R1和R2的EPS和PN/PS變化
在啟動階段(0~56 d和0~39 d), R1和R2中的PN、PS和PN/PS呈上升趨勢, PN從接種初期的3.01 mg·g-1增加至7.67 mg·g-1和9.10 mg·g-1, PS由7.1 mg·g-1增至7.39 mg·g-1和8.01 mg·g-1, PN/PS由0.43增至1.04和1.14.顆粒形成后(57~105 d和40~105 d), PN和PS含量與PN/PS值基本穩(wěn)定, 表明R1和R2系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定.實(shí)驗(yàn)表明在顆�；A段, 相較于PS含量變化, PN含量大量增加, 表明PN在顆�；^程中可能起主要作用, 這與Su等的研究結(jié)果一致, 分析原因?yàn)镻N具有大量帶負(fù)電荷的氨基酸, PN含量的增加不僅可以降低細(xì)菌細(xì)胞的表面負(fù)電荷, 減少細(xì)胞之間的靜電排斥, 促進(jìn)細(xì)胞與細(xì)胞的相互作用, 并通過吸附有機(jī)和無機(jī)材料形成了交聯(lián)網(wǎng)絡(luò), 從而促成顆粒的形成.結(jié)果表明(圖 3), 在相同運(yùn)行時(shí)間下, 與R1相比, R2中微生物分泌的PN和PS更多, PN/PS處于較高水平, 多次進(jìn)水-曝氣策略更利于污泥聚集, 從而提高了顆粒的沉降性能, 促進(jìn)顆粒污泥的形成.
由于啟動AGS工藝采用了逐漸縮短沉降時(shí)間的方式, 會淘洗出部分沉降性能差的污泥, 因此本實(shí)驗(yàn)還研究了實(shí)驗(yàn)期間MLSS和SVI的變化趨勢, 結(jié)果如圖 4所示, 接種污泥的SVI值為60.13 mL·g-1, R1和R2中接種的污泥濃度為3 539 mg·L-1和3 624 mg·L-1.由于啟動階段R1和R2的沉降時(shí)間是逐漸縮短的, 排出沉降速度慢的污泥, 保留了沉降性能好的污泥.SVI數(shù)值能夠反映污泥的沉降性能, SVI值較低代表污泥的沉降性能較好, 因此在啟動階段R1和R2的MLSS和SVI均呈現(xiàn)下降的趨勢.R1和R2中在第19 d和第11 d出現(xiàn)細(xì)小顆粒, 這些顆粒會將系統(tǒng)中絮狀污泥黏附在自身表面, 將絮狀污泥持留下來, 對AGS的形成具有重要作用.由于相同運(yùn)行時(shí)間下R2中顆粒粒徑大于R1, 顆粒更致密, 所以R2污泥沉降性能優(yōu)于R1, 故在第19 d縮短沉降時(shí)間時(shí), R1比R2中流失了更多的污泥.此后, MLSS不再下降, 系統(tǒng)內(nèi)顆粒結(jié)構(gòu)逐漸完整, 粒徑不斷變大, 沉降性能得到改善, SVI值逐漸降低, MLSS開始有所上升.由于R2采用多次進(jìn)水-曝氣策略運(yùn)行, 刺激系統(tǒng)內(nèi)微生物產(chǎn)生了較多的PN, 改善了顆粒的沉降性能, 因此在相同運(yùn)行時(shí)間下, R2的SVI值是低于R1的, 表明相較于一次進(jìn)水-曝氣策略, 多次進(jìn)水-曝氣策略運(yùn)行下形成的顆粒沉降性能更強(qiáng).
圖 4 R1和R2運(yùn)行期間MLSS和SVI的變化
2.2 一次/多次進(jìn)水-曝氣策略對系統(tǒng)污染物處理性能的影響
2.2.1 R1和R2的COD和TP去除性能
圖 5和圖 6分別表示了運(yùn)行期間R1和R2的進(jìn)、出水COD、TP濃度及去除率的變化情況.接種初期, R1和R2對COD和TP去除率較低, 出水濃度較高, 經(jīng)一段時(shí)間的適應(yīng)和馴化, 功能菌對有機(jī)物的利用能力得到恢復(fù), 對環(huán)境逐漸適應(yīng), 出水COD和TP濃度逐漸降低.由于R1和R2分別在第19 d和第11 d出現(xiàn)細(xì)小顆粒, 為快速獲得成熟的AGS, 于是第19 d時(shí)縮短沉降時(shí)間至3 min.R1和R2中含有較多的絮狀污泥, 所以縮短沉降時(shí)間后, 排出較多沉降性能不佳的絮狀污泥, 其中可能含有大量富磷污泥, 但是R1和R2排出的富磷污泥中含有較多PAOs, 所以R1和R2的TP去除率出現(xiàn)了先增加后下降的趨勢, 且觀察到R1和R2分別經(jīng)歷了33 d和17 d出水TP濃度降至0.5 mg·L-1以下, 表明R1中除磷性能恢復(fù)的時(shí)間比R2長, 一是因?yàn)镽1比R2排出含有PAO的絮狀污泥多, R1中PAOs富集所需的時(shí)間比R2長, 二是因?yàn)檫@一階段R1和R2中污泥粒徑較小, 曝氣時(shí)氧氣的傳遞性較好, 單個(gè)顆粒內(nèi)部厭氧區(qū)可能很小, 同步硝化反硝化(simultaneous nitrification-denitrification, SND)能力還不完善, 因此R1中好氧硝化形成的NO3--N無法在好氧條件下被反硝化去除掉, 而R2中采用多次進(jìn)水-曝氣的運(yùn)行策略, 在周期內(nèi)可以提供多次厭氧和好氧環(huán)境, 實(shí)現(xiàn)多次實(shí)現(xiàn)硝化反硝化, 降低了NO3--N濃度, 因此推測R1中NO3--N濃度對PAO的抑制程度是大于R2的, 這一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 與一次進(jìn)水-曝氣的運(yùn)行策略相比, 多次進(jìn)水-曝氣策略運(yùn)行下PAO受到NO3--N的沖擊更小, 除磷性能更好, 可在顆�；跗趯�(shí)現(xiàn)較低的出水TP濃度.具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
圖 5 運(yùn)行過程中COD濃度變化
圖 6 運(yùn)行過程中TP濃度變化
R1和R2中AGS啟動后, 與運(yùn)行初期相比, 顆粒粒徑增大, 顆粒內(nèi)部的層狀空間結(jié)構(gòu)逐漸完整, 能夠?qū)崿F(xiàn)SND, 因此R1內(nèi)后續(xù)的好氧環(huán)境下硝化形成的NO3--N可通過SND被去除, NO3--N濃度有所降低, 一定程度上減輕了NO3--N對PAOs的抑制程度.除此之外, AGS的層狀空間結(jié)構(gòu)也對PAOs也起到了一定的緩沖保護(hù)作用, 因此顆粒化后R1和R2的出水COD和TP濃度能夠穩(wěn)定保持在50 mg·L-1和0.5 mg·L-1以下, 處理效果穩(wěn)定, 滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn).
2.2.2 R1和R2的脫氮性能
運(yùn)行期間, R1和R2的TN去除率整體呈現(xiàn)上升趨勢, 且R2的TN去除率大于R1.對比圖 7可知, 出水TN中含有大量NO3--N成分, 反硝化脫去NO3--N的程度對獲得較低的出水TN濃度具有重要意義.啟動階段(0~56 d和0~39 d), R1和R2接種污水處理廠回流污泥, 反應(yīng)器初期以絮狀污泥為主.R1以一次進(jìn)水-曝氣的策略運(yùn)行時(shí), 運(yùn)行初期絮狀污泥在好氧條件下不能提供反硝化所需的厭氧環(huán)境, 因此R1出水中含有大量NO3--N, TN去除率較低; R2以多次進(jìn)水-曝氣策略運(yùn)行時(shí), 周期內(nèi)會進(jìn)行3組厭氧環(huán)境和好氧環(huán)境的交替運(yùn)行, 通過多次硝化和反硝化作用, 有效降低了反應(yīng)器內(nèi)NO3--N含量, 所以接種初期R1的出水NO3--N濃度比R2高.第19 d縮短沉降時(shí)間, R1比R2中流失了更多的污泥, 這些污泥中含有大量硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌, 因此R1和R2的脫氮性能均出現(xiàn)一定程度的下降.大部分硝化細(xì)菌屬于自養(yǎng)菌, 世代時(shí)間較長, 故R1中脫氮性能恢復(fù)時(shí)間比R2長.
圖 7 運(yùn)行期間氮去除效果變化
AGS工藝啟動后(57~105 d和40~105 d), 顆粒粒徑增大, 好氧條件下由于氧氣傳遞受限, 單個(gè)顆粒污泥內(nèi)部具有厭氧區(qū)和缺氧區(qū), 具備SND能力.由于DO在AGS內(nèi)具有一定的傳質(zhì)深度, 因此與粒徑較小的AGS相比, 粒徑較大的AGS內(nèi)部缺氧反應(yīng)區(qū)大, 反硝化效率更高, 利于實(shí)現(xiàn)SND.由于R2中顆粒污泥的粒徑大于R1, 故R2脫氮效率高于R1, 所以AGS工藝啟動后R1的出水NO3--N濃度比R2中的高, R2出水TN濃度滿足規(guī)范要求的時(shí)間也比R1提前.AGS工藝穩(wěn)定運(yùn)行后, R1和R2中出水TN濃度平均為11.2 mg·L-1和8.9 mg·L-1, 均低于我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)(15 mg·L-1).
2.3 一次/多次進(jìn)水-曝氣策略對DPAO富集程度的影響
DPAO以NO3--N為電子受體過量吸磷, 在除磷的同時(shí), 達(dá)到反硝化脫氮的目的, 可以緩解異養(yǎng)菌對碳源的競爭, 實(shí)現(xiàn)“一碳兩用”, 節(jié)省了能源[36, 37].由于DPAO在厭氧和缺氧條件下進(jìn)行生理活動, 筆者推測DPAO是否會在顆粒內(nèi)部缺氧區(qū)富集.文獻(xiàn)[38]認(rèn)為缺氧吸磷速率與好氧吸磷速率之比代表了DPAO占全部PAOs的比值, 能反映系統(tǒng)中DPAO增殖情況, 因此筆者在運(yùn)行期間每隔20 d, 通過燒杯實(shí)驗(yàn)的方法, 測得缺氧和好氧條件下磷酸鹽濃度變化, 并計(jì)算了缺氧吸磷速率與好氧吸磷速率之比.
如圖 8所示, 種泥中DPAO占全部PAOs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.17%, 經(jīng)過100 d的運(yùn)行, R1和R2中DPAO增殖至22.47%和34.08%, 可知兩種方式運(yùn)行下均能富集DPAO, 且R2中DPAO富集的情況比R1好, 分析原因?yàn)镽1采用一次進(jìn)水-曝氣的策略運(yùn)行時(shí), 周期內(nèi)前期厭氧段內(nèi)系統(tǒng)中底物充足, 后期好氧段內(nèi)基質(zhì)濃度較低, 硝化細(xì)菌將NH4+-N氧化后, 微生物耗氧量下降, 因此在較長的好氧段中DO會大量上升, 氧氣通過AGS表面孔隙進(jìn)入顆粒內(nèi)部, 減小了顆粒內(nèi)部缺氧區(qū)和厭氧區(qū)體積, 影響了DPAO的生存空間; 而R2采用多次進(jìn)水-曝氣的運(yùn)行策略, 周期中不會存在較長時(shí)間的連續(xù)曝氣, 并且周期內(nèi)多次提供基質(zhì), 與R1相比, R2的運(yùn)行策略能夠提高微生物活性, 增加對氧氣的消耗量, 對反應(yīng)器中DO起到一定的控制作用, 確保了好氧條件下顆粒內(nèi)部缺氧區(qū)和厭氧區(qū)的分布, 這與Bassin等的研究結(jié)果一致, 其發(fā)現(xiàn)較低DO濃度可以保證好氧環(huán)境中AGS內(nèi)部的缺氧區(qū)和厭氧區(qū)體積, 促進(jìn)了DPAO增殖.與R1相比, R2運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器中DO相對較低, 顆粒內(nèi)部為DPAO提供適宜的厭氧和缺氧生存環(huán)境, 有利于DPAO富集.
圖 8 運(yùn)行期間DPAO富集程度變化
2.4 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)典型周期內(nèi)污染物濃度變化
圖 9所示為R1和R2在第91 d任意一個(gè)周期內(nèi)NH4+-N、NO2--N、NO3--N、TP和COD的濃度變化.R1采用底部厭氧進(jìn)水的方式向反應(yīng)器中提供基質(zhì), 隨后開始厭氧反應(yīng)階段, 由于R1內(nèi)含有充足的碳源, 可進(jìn)行徹底的反硝化作用, 因此厭氧階段進(jìn)行55 min后R1中NO3--N濃度為0, 此后R1內(nèi)PAOs釋磷過程不再受到NO3--N抑制, PAOs能將胞內(nèi)多聚磷酸鹽(poly-P)分解, 以磷酸鹽的形式釋放在水中, 并將碳源轉(zhuǎn)化以PHA形式儲存在體內(nèi), 以便好氧條件下進(jìn)行吸磷, 因此觀察到厭氧段TP濃度上升, 好氧段TP濃度下降.生活污水有機(jī)物成分復(fù)雜, 微生物能快速消耗利用的碳源較少, 所以R1中COD濃度由130.2 mg·L-1降至43.9 mg·L-1, 待反應(yīng)進(jìn)入好氧段時(shí), 微生物可以利用的碳源已所剩無幾, NO3--N在DPAO作用下得到部分去除后, 反硝化菌受到碳源限制而不再進(jìn)行反硝化過程, 系統(tǒng)中NO3--N濃度不斷上升, 至周期末期時(shí)NO3--N濃度為11.4 mg·L-1.
圖 9 第91 d R1和R2周期內(nèi)污染物濃度變化
而R2中出水NO3--N濃度低于R1, 這得益于R2采用的多次進(jìn)水-曝氣的運(yùn)行策略：周期初以厭氧進(jìn)水的方式向微生物提供基質(zhì), 在反硝化結(jié)束后系統(tǒng)由缺氧環(huán)境恢復(fù)為厭氧環(huán)境, 為PAOs釋磷提供條件, 曝氣后NH4+-N經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3--N, 經(jīng)DPAO作用能夠去除部分NO3--N后, 由于反應(yīng)器內(nèi)碳源匱乏, 反硝化菌攝取不到碳源, 反硝化作用暫停, 所以觀察到NO3--N濃度上升, 至好氧段末期系統(tǒng)內(nèi)的NO3--N濃度分別為6.9 mg·L-1和5.8 mg·L-1.好氧段結(jié)束后, 再以厭氧進(jìn)水的方式為反硝化菌脫氮和PAO釋磷提供碳源和適宜的厭氧條件, 隨后再進(jìn)入?yún)捬醐h(huán)境, 以此方式向系統(tǒng)內(nèi)多次提供碳源, 以便對氮素進(jìn)行反硝化作用, 故R2周期末為7.3 mg·L-1, 通過這種方式良好地處理了系統(tǒng)內(nèi)TN和TP, 獲得了良好的脫氮除磷效果.
3 結(jié)論
(1) 相同運(yùn)行時(shí)間下, R2中PN和PS含量多于R1, PN/PS和污泥粒徑也處于較高水平.R1和R2分別經(jīng)過56 d和39 d后成功啟動AGS工藝; 運(yùn)行105 d后, R1和R2內(nèi)顆粒污泥的平均粒徑達(dá)到740 μm和791 μm, R2中顆粒形態(tài)更圓潤, 表明多次進(jìn)水-曝氣策略能促進(jìn)顆粒污泥的形成, 有利于提高顆粒粒徑.
(2) R1和R2內(nèi)顆粒污泥成熟后, 對COD、TP和TN具有良好的處理效果, 出水水質(zhì)均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A標(biāo)準(zhǔn).
(3) 顆粒化過程中, R2中出水NO3--N濃度和出水TP濃度普遍低于R1, 表明與一次進(jìn)水-曝氣運(yùn)行相比, 多次進(jìn)水-曝氣運(yùn)行下PAO受到NO3--N的沖擊更小, 除磷性能更好.
(4) 運(yùn)行100 d后, R1和R2中DPAO占全部PAO的比值由最初11.17%分別增至25.47%和34.08%, 表明多次進(jìn)水-曝氣策略下運(yùn)行, 顆粒內(nèi)部更適宜DPAO生存, 有利于DPAO富集. (來源：北京工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 作者：張杰)
