摘要：為了提高低碳源污水脫氮除磷的效率，在總結(jié)間歇式活性污泥法（SBR）工藝特性和運(yùn)行控制的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有低碳源污水的處理方式進(jìn)行了改進(jìn)，提出了高污泥負(fù)荷下的新型SBR厭氧、好氧、缺氧反硝化除磷系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)人工配水處理的試驗(yàn)，得到了在低碳源下系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況。在最佳工況下，化學(xué)需氧量（COD）、總磷、氨氮的去除率高達(dá)80%以上，出水達(dá)到了國(guó)家污水綜合排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，在最佳工況下，對(duì)微生物內(nèi)源呼吸氧化自身碳源提供能量進(jìn)行的反硝化脫氮和反硝化除磷進(jìn)行了詳細(xì)的解釋，同時(shí)根據(jù)氧化還原電位（ORP）和溶解氧含量（DO）的值進(jìn)行了缺氧、厭氧和好氧段的分界。為了進(jìn)一步說(shuō)明系統(tǒng)對(duì)低碳源污水的脫氮除磷影響，對(duì)不同C/N值的污水在最佳工況下進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果表明，C/N值為3.4左右時(shí)系統(tǒng)的脫氮除磷效果最好。

關(guān)鍵詞：SBR工藝；C/N值；脫氮；除磷

中圖分類號(hào)：X505 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）06-1350-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.018

Abstract： To increase the removal efficiency of nitrogen and phosphorus， different patterns of operating and controlling in the normal SBR were studied. High sludge load and new operation SBR treatment for denitrification and dephosphatation species was introduced based on the operation of low-carbon source of the sewage. The best operational pattern was found through the experimental results of synthetic wastewater. The high quality of effluent was obtained by the best operational pattern， with the removal efficiency of COD、TP、TN more than 80%. The treated wastewater met the first grade standard. The influences of the microbial endogenous respiration on denitrification nitrogen and the denitrification dephosphatation were investigated. Based on ORP and DO under the best operational pattern， anoxic and anaerobic R aerobic was distinguished and the changes of the ORP and DO were explained in detail. In order to further explain the influences of the low-carbon source of sewage on the operational pattern， the sewage with different C/N values under the best operational pattern was tested. The results showed that the best effeciency of removing nitrogen and phosphorus species was obtained when C/N was about 3.4.

Key words：sequencing batch reactor process；C/N value；denitrifying phosphorus removal；removal of nitrogen and phosphorus

間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor，簡(jiǎn)稱SBR）又稱序批式活性污泥法，是一種不同于傳統(tǒng)活性污泥法的廢水處理工藝，它具有流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行方式靈活、費(fèi)用低、效果好、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)等特點(diǎn)，該工藝脫氮除磷效果尤為顯著[1]。新型SBR反應(yīng)器相比傳統(tǒng)的SBR反應(yīng)器具有明顯的優(yōu)勢(shì)，曝氣階段只發(fā)生在反應(yīng)器上部，只對(duì)一半的反應(yīng)液曝氣，降低了曝氣強(qiáng)度，減少了能源消耗，節(jié)約了成本；曝氣的同時(shí)反應(yīng)器的下部處于厭氧狀態(tài)，為缺氧狀態(tài)的形成提供了條件，縮短了好氧反應(yīng)液中氧氣對(duì)缺氧狀態(tài)形成的影響時(shí)間，加速了反硝化除磷反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)一步縮短了缺氧時(shí)間和整個(gè)運(yùn)行周期的時(shí)間；總磷能在好氧吸磷和缺氧段的反硝化除磷共同作用下很好地去除；高濃度的污泥負(fù)荷提供了大量的微生物，在小水量高污泥負(fù)荷的條件下可以縮短整個(gè)運(yùn)行周期的時(shí)間，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間，相當(dāng)于提高了水的處理量。同時(shí)，由于缺氧、厭氧和好氧的時(shí)間變化，縮短了好氧時(shí)間，減少了曝氣量，減少了能源消耗，進(jìn)一步節(jié)省了成本。

本試驗(yàn)在總結(jié)SBR工藝特性和運(yùn)行控制的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有低碳源污水的處理方式進(jìn)行了改進(jìn)，提出了在高污泥負(fù)荷下的新型SBR厭氧、好氧、缺氧反硝化除磷系統(tǒng)，運(yùn)行參數(shù)為：厭氧（進(jìn)出水）30 min→上部好氧90 min（下部厭氧90 min）→缺氧50 min→沉淀10 min。試驗(yàn)裝置有效容積12 L，其中6 L的活性污泥，每次進(jìn)4 L水，每次進(jìn)水歷時(shí)20 min，內(nèi)循環(huán)攪拌10 min。本研究在最佳運(yùn)行工況下，分析碳源在反硝化除磷中的作用。碳源在反硝化除磷工藝中有重要作用，碳源的濃度可以影響反硝化除磷菌最大放磷量和最大放磷時(shí)間[2]，揭示反硝化除磷的規(guī)律，以期為SBR新型運(yùn)行方式在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)裝置主要包括進(jìn)水池、蠕動(dòng)泵、主反應(yīng)器、曝氣器、DO在線測(cè)定儀、ORP在線測(cè)定儀。試驗(yàn)的裝置及流程圖如圖1和圖2所示。該試驗(yàn)采用SBR反應(yīng)器作為主反應(yīng)器，分為上下兩個(gè)反應(yīng)區(qū)，用均勻布滿直徑為10 mm的穿水孔的隔板隔開，曝氣頭放在隔板上。反應(yīng)器的材料是有機(jī)玻璃，內(nèi)徑10 cm，圓柱高2 m，底部為椎體型，有效容積為12 L。在反應(yīng)器的側(cè)壁設(shè)2個(gè)取樣口，便于試驗(yàn)時(shí)取樣。

1.2 污泥的培養(yǎng)馴化

1.2.1 污泥的培養(yǎng) 本試驗(yàn)所需污泥取自中國(guó)礦業(yè)大學(xué)污水處理廠填料曝氣池，污泥呈黑色，鏡檢發(fā)現(xiàn)菌膠團(tuán)松散，游離細(xì)菌比較多，原生動(dòng)物少。取污泥反復(fù)淘洗，除去漂浮物和沉積物，然后用篩除去細(xì)小的沙子。把篩濾后的污泥移入SBR反應(yīng)器，加入適量的清水，連續(xù)曝氣24 h后，靜置沉淀2 h，排出上清液，加入合成污水營(yíng)養(yǎng)液，接著曝氣，如此反復(fù)進(jìn)行。3 d后可以看出污泥顏色變黃，但污泥沉降性能不佳，上清液渾濁，鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥結(jié)構(gòu)仍然松散，原生動(dòng)物不多。運(yùn)行至7 d，沉降性能轉(zhuǎn)好，上清液濁度降低，鏡檢發(fā)現(xiàn)菌膠團(tuán)略有增大，變密實(shí)，游離細(xì)菌減少，出現(xiàn)變形蟲，但仍舊不出現(xiàn)原生動(dòng)物。改變運(yùn)行模式，縮短曝氣時(shí)間，1 d運(yùn)行2個(gè)周期，12 h一周期，進(jìn)水1 h，曝氣10 h，沉淀0.5 h，出水0.5 h，進(jìn)水量為6 L，連續(xù)運(yùn)行1周，污泥顏色為棕褐色，上清液清澈，污泥沉降性能很好，污泥濃度為6 000～8 000 mg/L，鏡檢發(fā)現(xiàn)菌膠團(tuán)變大變密，微生物種類增多，出現(xiàn)鐘蟲、累枝蟲等原生動(dòng)物，表明污泥轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚鯛顟B(tài)。為了加快污泥的馴化，向反應(yīng)器內(nèi)加入實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)成功的反硝化聚磷污泥和硝化污泥。

1.2.2 污泥的馴化 將培養(yǎng)好的污泥進(jìn)行馴化，用培養(yǎng)液作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，主要改變系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，將馴化階段分為2個(gè)階段。第一階段是厭氧好氧階段，主要培養(yǎng)聚磷菌和硝化細(xì)菌，采用6 h為一周期，進(jìn)出水30 min，厭氧2 h，好氧3 h，沉淀30 min。每周期進(jìn)水6 L，溶解氧在2～3 mg/L，污泥濃度保持在6 000～8 000 mg/L，根據(jù)每天的污泥濃度適量排泥。進(jìn)水水質(zhì)的化學(xué)需氧量（COD）在190～210 mg/L，總氮（TN）在40～50 mg/L，銨態(tài)氮（NH4+-N）在30～40 mg/L，總磷（TP）在4.5～5.0 mg/L，pH保持6～8。接種約15 d，出水TP保持在1 mg/L之下，去除率大于90%。厭氧釋磷量從開始的8.36 mg/L增長(zhǎng)到26.79 mg/L。NH4+-N的去除率達(dá)95%以上，出水中其濃度小于2 mg/L，同時(shí)好氧之后硝態(tài)氮（NO3-N）的積累量達(dá)到23.79 mg/L，亞硝態(tài)氮（NO2-N）的積累量很少，低于5 mg/L。

第二階段是厭氧-好氧-缺氧階段，培養(yǎng)反硝化聚磷菌，8 h為一周期，進(jìn)出水30 min，厭氧2 h，好氧3 h，缺氧2 h，沉淀30 min。每周期進(jìn)水6 L，溶解氧在2～3 mg/L，污泥濃度保持在6 000～8 000 mg/L，根據(jù)每天的污泥濃度適量排泥。好氧階段采用鼓風(fēng)曝氣，在反應(yīng)器的上部曝氣，屬于好氧狀態(tài)，下部不曝氣，屬于厭氧或缺氧狀態(tài)。好氧結(jié)束后將反應(yīng)器上下部的溶液進(jìn)行混合，進(jìn)入缺氧狀態(tài)，培養(yǎng)反硝化聚磷菌。接種到25 d，出水TP和TN的濃度分別為3.37mg/L和20.18 mg/L，去除率為33%和60%。再經(jīng)過(guò)15 d的馴化，TP和TN的去除率穩(wěn)定在90%和73%以上，濃度在0.5 mg/L和13.5 mg/L左右。由于曝氣階段只有1/2的溶液處于好氧進(jìn)行硝化反應(yīng)，所以TN的去除率有所降低。此時(shí)可以認(rèn)為反硝化除磷污泥馴化完成，可以進(jìn)行試驗(yàn)。馴化過(guò)程中各指標(biāo)的變化如圖3、圖4、圖5所示。

1.3 試驗(yàn)運(yùn)行

試驗(yàn)運(yùn)行的過(guò)程是進(jìn)水（出水）—厭氧—曝氣（好氧）—缺氧，試驗(yàn)配置的污水從裝置底部的進(jìn)水口進(jìn)入裝置，同時(shí)上部經(jīng)過(guò)處理的清水利用水流的承托作用從出水口溢出，實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)水和溢流排水過(guò)程，省去了沉淀出水的程序，縮短了反應(yīng)的時(shí)間。接著反應(yīng)器進(jìn)入到厭氧階段，伴隨著內(nèi)回流，使泥水充分混合。反應(yīng)器的曝氣只在上部進(jìn)行，在上部曝氣時(shí)，下部屬于厭氧狀態(tài)。曝氣結(jié)束后通過(guò)回流泵把上方硝化液循環(huán)至下方使上下兩部分充分混合，進(jìn)入缺氧狀態(tài)。

1.3.1 試驗(yàn)水質(zhì) 本試驗(yàn)處理的水樣是人工合成污水，模擬的低碳氮比的城市污水，由自來(lái)水、葡萄糖、淀粉、NH4Cl、KH2PO4合成，用NaHCO3調(diào)節(jié)pH在6～8。水質(zhì)的組成成分為：20 mg/L的淀粉，160 mg/L的葡萄糖，120 mg/L的NH4Cl，50 mg/L的NaHCO3， 20 mg/L的KH2PO3；污水的水質(zhì)特征為：COD為190～210 mg/L，生物需氧量（BOD5）為100～150 mg/L，TN為40～50 mg/L，NH4+-N為30～40 mg/L，TP為4.5～5 mg/L，pH為6～8。

1.3.2 試驗(yàn)運(yùn)行 由前期試驗(yàn)得最優(yōu)參數(shù)，選擇最佳工況的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，其運(yùn)行參數(shù)為：厭氧（進(jìn)出水）30 min→上部好氧90 min（下部厭氧90 min）→缺氧50 min→沉淀10 min。試驗(yàn)裝置有效容積12 L，6 L的活性污泥，每次進(jìn)4 L水，每次進(jìn)水歷時(shí)20 min，內(nèi)循環(huán)攪拌10 min。測(cè)定最佳工況下的不同C/N值對(duì)系統(tǒng)的影響。

試驗(yàn)進(jìn)水分6種情況，如表1所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳工況的運(yùn)行結(jié)果

對(duì)最佳工況進(jìn)行4 d共32個(gè)周期的運(yùn)行，得到運(yùn)行結(jié)果如下。

2.1.1 有機(jī)物的去除 如圖6所示，進(jìn)水COD濃度保持在200 mg/L左右，經(jīng)過(guò)32個(gè)周期的試驗(yàn)，出水COD濃度很穩(wěn)定，達(dá)到30 mg/L以下，達(dá)到了國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-88）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，甚至符合《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ25.1-89）。

2.1.2 氨氮的去除 氨氮進(jìn)水濃度平均值保持在35 mg/L左右，經(jīng)過(guò)反應(yīng)，出水濃度在9 mg/L以下，去除率達(dá)到81%以上，所以本系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果比較理想，如圖7所示。

2.1.3 總磷的去除效果 總磷的進(jìn)水濃度在4.9～5.0 mg/L左右，應(yīng)該說(shuō)波動(dòng)不大，而出水總磷濃度基本在1 mg/L以下，平均出水濃度在0.5 mg/L以下，去除率達(dá)到88.80%，說(shuō)明本系統(tǒng)對(duì)總磷的去除有很好的效果，達(dá)到了國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-88）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如圖8所示。

2.1.4 總氮的去除效果 進(jìn)水總氮非常不穩(wěn)定，濃度在40～50 mg/L之間，平均濃度在45 mg/L左右，經(jīng)過(guò)新型SBR的運(yùn)行，出水總氮濃度在16 mg/L以下，平均值在13 mg/L左右，去除率達(dá)到70%左右，如圖9所示。

2.2 最佳工況下ORP和DO的變化

ORP是指氧化還原對(duì)（Redox Couple）的氧化還原電位E值，是氧化態(tài)和還原態(tài)物質(zhì)交換1/F當(dāng)量的電子時(shí)，所對(duì)應(yīng)的自由焓變化值。理論上的氧化還原電位通常定義為標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位[3]：

式中，Red為還原態(tài)物質(zhì)，Ox為氧化態(tài)物質(zhì)，e為電子。

平衡電極電位E值與該體系中的溶液組分性質(zhì)和濃度的熱力學(xué)關(guān)系式，可以用能特斯方程表示：

式中，E為氧化還原對(duì)的平衡電極電位（mV），E0為氧化還原對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)電極電位（mV），對(duì)應(yīng)于[Ox]=[Red]=[H+]=1 mol/L，亦即pH為0時(shí)溶液的氧化還原電位而言；n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)；R為摩爾氣體常數(shù)（8.314 5 J/mol·K）；T為熱力學(xué)溫度（K）；F為法拉第常數(shù)（96 485 C/mol）；[Ox]為氧化態(tài)物質(zhì)活度；[Red]為還原態(tài)活度。

在298 K下，（RT/F）ln（10）=2.3RT/F=0.059 16 V。

由于電極電位受溶液中離子強(qiáng)度、配位效應(yīng)和酸效應(yīng)等因素的影響，因此，使用標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0是有其局限性的。在實(shí)際工作中，常采用條件電極電位E0′來(lái)代替標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0，在氧化還原對(duì)的每一組分的氧化還原狀態(tài)保持不變的前提下的任何pH范圍內(nèi)，能斯特公式通?？蓪懗桑?/p>

E0′是在任意pH下表現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位，它是對(duì)應(yīng)于給定pH下，[Ox]=[Red]=1 mol/L的溶液的氧化還原電位，其表現(xiàn)電極電位校正了離子強(qiáng)度、水解效應(yīng)、配位效應(yīng)以及pH值等因素的影響。

而從生態(tài)學(xué)角度來(lái)分析，ORP則是生物代謝的一個(gè)重要限制因子，ORP的變化可以導(dǎo)致頂級(jí)群落和某些代謝類型的改變。ORP對(duì)生物代謝類型的影響是其對(duì)頂級(jí)群落細(xì)菌的影響而產(chǎn)生的間接性結(jié)果，這就可以從ORP決定微生物的適應(yīng)性以及微生物反饋調(diào)節(jié)ORP的變化性這兩個(gè)方面來(lái)說(shuō)明[4]。一方面，由于微生物體內(nèi)酶系的特定要求，不同的代謝類型的微生物需要不同程度的ORP，所以當(dāng)ORP改變時(shí)，如在同一pH條件下提高ORP，則頂級(jí)群落中的優(yōu)勢(shì)菌群的酶活性將受其影響從而降低，而一些菌群由于可在較高的ORP條件下生長(zhǎng)代謝，從而逐漸替代原有的優(yōu)勢(shì)菌群，所以經(jīng)過(guò)這種對(duì)ORP的適應(yīng)性的種群競(jìng)爭(zhēng)，則最終又形成了新的頂級(jí)群落，這個(gè)過(guò)程是一個(gè)隨ORP制約的生態(tài)演替過(guò)程；另一方面，微生物對(duì)ORP也具有反作用，可以通過(guò)誘導(dǎo)合成的作用而產(chǎn)生新酶系，調(diào)整代謝的方式和產(chǎn)物用以改善環(huán)境中ORP，使之適應(yīng)自身的生長(zhǎng)及代謝的要求。ORP的變化性則反應(yīng)了微生物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)，使在一定的ORP條件下，微生物形成與環(huán)境相適應(yīng)的新的頂級(jí)群落[5]。

試驗(yàn)中ORP和DO的變化如圖10所示。圖11為圖10A處的放大圖。

對(duì)圖10和圖11的變化過(guò)程及其原因進(jìn)行分析。1）厭氧進(jìn)水后，圖10上標(biāo)示出了進(jìn)水點(diǎn)的位置。進(jìn)水之后提供了碳源，使剩余的硝態(tài)氮進(jìn)行了反硝化，ORP值迅速下降（先經(jīng)過(guò)了A點(diǎn)，即進(jìn)入?yún)捬醵螞](méi)有立即下降，而是經(jīng)過(guò)了4～5 min的滯后期，如圖11所示，表明進(jìn)水開始并不是所謂的厭氧開始，而是經(jīng)過(guò)了一小段時(shí)間的缺氧段，然后才進(jìn)入真正的厭氧段，不過(guò)我們一般定義進(jìn)水即厭氧開始）。在反硝化過(guò)程中，因?yàn)镈O的迅速耗盡，ORP不斷下降，這是因?yàn)檠趸瘧B(tài)的硝態(tài)氮被還原成氮?dú)?，整個(gè)反應(yīng)器的氧化還原電位不斷下降；此外，由于無(wú)氧呼吸（即反硝化的進(jìn)行），硝態(tài)氮濃度不斷減少，整個(gè)反應(yīng)器中氧化還原態(tài)的變化，不如反硝化初期的變化幅度大，所以脫氮導(dǎo)致的ORP的變化越來(lái)越?。贿M(jìn)水的同一時(shí)間，由于厭氧釋磷，致使聚磷菌儲(chǔ)存PHB（聚-β-羥基丁酸）儲(chǔ)能，導(dǎo)致ORP值迅速降低，這是由于有機(jī)磷被水解為可溶性磷酸鹽，從而使得氧化還原電位變低。所以，經(jīng)過(guò)30 min的厭氧，ORP的值降低到-186 mV左右，而DO濃度降至0.15 mg/L左右，厭氧結(jié)束進(jìn)入90 min的好氧時(shí)間。

2）進(jìn)入好氧時(shí)間，DO在好氧開始后緩慢上升，而ORP則急劇上升。而DO上升結(jié)束時(shí)，由于曝氣量是恒定的數(shù)值，故DO出現(xiàn)平臺(tái)1.5 mg/L。而當(dāng)有機(jī)質(zhì)降解到難降解部分時(shí)，DO又開始上升，同時(shí)ORP也迅速上升。此后，自養(yǎng)菌開始進(jìn)行硝化反應(yīng)，在硝化反應(yīng)過(guò)程中，ORP和DO均不斷緩慢上升至硝化結(jié)束。在硝化反應(yīng)快要結(jié)束時(shí)，DO出現(xiàn)再一次突升過(guò)程，直到接近某一較高值后基本不變。DO出現(xiàn)再一次突升的原因是自養(yǎng)菌降解氨氮的過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，不再需要耗氧，而自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌內(nèi)源呼吸耗氧又遠(yuǎn)小于供氧，所以就出現(xiàn)溶解氧的再一次突升現(xiàn)象。在硝化過(guò)程中DO、ORP沒(méi)有出現(xiàn)平臺(tái)而是不斷緩慢上升的，原因則是硝化菌進(jìn)行硝化反應(yīng)的速率隨著氨氮的降解不斷減小，所以耗氧速率小于供氧速率，從而出現(xiàn)了DO、ORP都不斷上升的現(xiàn)象。ORP在硝化反應(yīng)的后期上升緩慢，并不象DO出現(xiàn)突升，有三個(gè)原因。第一，DO的微小變化并不會(huì)引起ORP有大的變化；第二，硝化反應(yīng)的不斷進(jìn)行使氨氮不斷被氧化，由ORP的定義式可知，還原態(tài)物質(zhì)的不斷減少，相應(yīng)產(chǎn)生的氧化態(tài)物質(zhì)也不斷減少；第三，由于硝化反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)生了大量的硝態(tài)氮，這對(duì)生物化學(xué)反應(yīng)起到了限制作用，因此，硝化后期的反應(yīng)速率小于反應(yīng)初期速率[6]。好氧吸磷使得ORP很快升高，這是由于溶解磷又被聚磷菌吸收變成有機(jī)磷使得系統(tǒng)氧化性物質(zhì)增加所致，而因?yàn)楹醚醵问沟孟趸?xì)菌將氨氮氧化成硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮，所以O(shè)RP值也大幅度的上升，達(dá)到103 mV左右。

3）DO突然下降的原因是進(jìn)入缺氧段后，曝氣停止，微生物利用氧氣的呼吸速率要比利用硝態(tài)氮作為氧介質(zhì)呼吸速率要快很多（從圖10中DO降低的斜率可以得出），直到氧氣濃度降低到一定值，差不多在0.5 mg/L時(shí)，DO趨于平穩(wěn)，也就是說(shuō)微生物不再以氧氣作為呼吸介質(zhì)，主要進(jìn)入到內(nèi)源呼吸階段。

2.3 不同C/N值的影響

試驗(yàn)結(jié)果見圖12和圖13。

從圖12和圖13可以看出，各工況的COD去除率都很高，均超過(guò)了90%；而氨氮的去除率隨著C/N值的增高而增高，達(dá)到了87.4%；總氮的去除率和氨氮的變化趨勢(shì)相同，隨著C/N值的增高，最高為79.73%；對(duì)于總磷的去除率工況Ⅰ到工況Ⅳ都超過(guò)了95%。由圖比較可知，工況Ⅱ下的COD、TP、氨氮和總磷的去除率都優(yōu)于其他工況達(dá)到了最佳狀態(tài)。也就是C/N值為3.4（根據(jù)水質(zhì)中C元素的的質(zhì)量與N元素質(zhì)量之比得到的）時(shí)脫氮除磷效果最優(yōu)。

工況Ⅱ的運(yùn)行條件是最佳條件，有機(jī)物的利用率達(dá)到最大，COD、氨氮、總氮、總磷的去除率都是最高的，原因應(yīng)該是在碳源的問(wèn)題上，因?yàn)橄到y(tǒng)的特殊性，導(dǎo)致微生物的多樣性，聚磷菌利用碳源釋磷，反硝化聚磷菌在利用能量進(jìn)行脫氮時(shí)也進(jìn)行了磷的吸附，所以總磷的去除率很高[7]，而由于進(jìn)水是慢慢的進(jìn)水，持續(xù)時(shí)間在20 min，所以在高負(fù)荷污泥濃度下，進(jìn)水量很小，好氧菌利用低氧可以將氨氮很好地氧化成硝態(tài)氮從而進(jìn)行后續(xù)反硝化，所以進(jìn)水中的氨氮在經(jīng)過(guò)氧化階段后去除率高達(dá)95%以上。雖然碳源不足難以完全將氧化氨氮得到的硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化，但是由于微生物的適應(yīng)性，使得在這種特殊系統(tǒng)的馴化下，培養(yǎng)出了反硝化聚磷菌和厭氧氨氧化菌等菌種，這些菌種很少利用碳源進(jìn)行反硝化，可以協(xié)助氮素的去除，而且因?yàn)橛袡C(jī)物的持續(xù)降低，在缺氧段沒(méi)有外加碳源的條件下，污泥中的微生物被迫進(jìn)行內(nèi)源呼吸，這時(shí)微生物將氧化自身碳源，利用氧化自身碳源得到的能量進(jìn)行反硝化，這種內(nèi)源呼吸造成的脫氮對(duì)總氮的去除率有輔助作用。隨著有機(jī)物濃度的降低，工況Ⅲ到工況Ⅳ，雖然氨氮和COD的去除率依然很高，但是總氮和總磷的去除率受到了影響，到C/N在2.5時(shí)，即工況Ⅵ，總氮和總磷去除率都最低，可見碳源不足時(shí)，氮、磷去除效率顯著下降。

從圖14中可以看出C/N值從3.6降至3.0時(shí)TP的去除率逐漸降低，但變化很小，直到C/N值為2.8時(shí)TP的去除率有了較明顯的變化，可見C/N值對(duì)TP的去除有一定的影響，當(dāng)C/N值降低時(shí)TP的去除率也隨之降低，但去除效果依舊能在93%以上；TN的去除率在C/N值降低的過(guò)程中變化明顯，C/N值從3.6降至2.5時(shí)，TN的去除率不斷降低，降至2.5時(shí)TN的去除率只能達(dá)到73.19%?？梢?，C/N值對(duì)SBR新型運(yùn)行方式下脫氮效果的影響較大。

2.4 葡萄糖對(duì)生物除磷機(jī)理的探討

由表1中前4個(gè)工況可以看出，這4個(gè)工況只有COD濃度的不同，其他指標(biāo)則相當(dāng)，所以可以比較出不同COD濃度對(duì)生物除磷的影響。同時(shí)，由表1也可以看出，隨著COD濃度的降低，生物除磷的效率也降低了，因?yàn)橛绊慍OD濃度的主要是葡萄糖，所以這里可以看出葡萄糖對(duì)生物處理的影響。

聚磷菌在生物除磷系統(tǒng)中，主要是通過(guò)其在厭氧的條件下特殊新陳代謝活動(dòng)，優(yōu)先于非聚磷菌進(jìn)行吸收有機(jī)基質(zhì)并且快速同化和貯存這些有機(jī)物為自身體內(nèi)的胞內(nèi)碳能存貯物。在厭氧條件下，聚磷菌對(duì)葡萄糖的吸收還是其主要的新陳代謝活動(dòng)，可以通過(guò)一系列的生物化學(xué)模式來(lái)進(jìn)行描述，并且假設(shè)在厭氧條件下，所有被利用的外碳源有機(jī)物質(zhì)都被合成為微生物胞內(nèi)碳能存貯物，而且沒(méi)有發(fā)生微生物的增殖[8]。

3 結(jié)論

1）在最佳工況下，COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別是94.00%、82.08%、76.78%和95.47%，出水基本達(dá)標(biāo)。

2）新型SBR反應(yīng)器的曝氣階段只發(fā)生在反應(yīng)器上部，也就是只對(duì)一半的反應(yīng)液曝氣，降低了曝氣強(qiáng)度，減少了能源消耗，節(jié)約了成本。曝氣的同時(shí)反應(yīng)器的下部處于厭氧狀態(tài)，為缺氧狀態(tài)的形成提供了條件，縮短了好氧反應(yīng)液中氧氣對(duì)缺氧狀態(tài)形成的影響時(shí)間，加速了反硝化除磷反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)一步縮短缺氧時(shí)間和整個(gè)運(yùn)行周期的時(shí)間。而總磷在好氧吸磷和缺氧段的反硝化除磷共同作用下都有很好的去除。

3）高濃度的污泥負(fù)荷提供了大量的微生物，這樣在小水量高污泥負(fù)荷的條件下，則可以縮短整個(gè)運(yùn)行周期的時(shí)間，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間，相當(dāng)于提高水的處理量，并且由于缺氧、厭氧和好氧的時(shí)間變化，則縮短了好氧時(shí)間，曝氣量也減少了，所以減少了能源消耗，節(jié)省了成本。

4）在處理低碳源污水中，C/N值的不同對(duì)新型SBR中的最佳工況下反硝化除磷的效率有影響，雖然影響不是很明顯，但是還是可以看出隨著C/N值的降低總氮和總磷的去除率有降低的趨勢(shì)。

5）C/N=3.4時(shí)通過(guò)反硝化除磷對(duì)總氮總磷的去除率相較于其他C/N值好，即低碳源污水中C/N=3.4系統(tǒng)的脫氮除磷效果最好，當(dāng)C/N值低于3時(shí)，系統(tǒng)中總氮和總磷的去除率明顯下降。

6）不同的C/N值時(shí)SBR新型的運(yùn)行方式均能顯示出穩(wěn)定的COD去除效果，C/N值對(duì)SBR新型運(yùn)行方式下脫氮效果的影響較大。

7）葡萄糖作為主要碳源除磷時(shí)會(huì)減少磷的厭氧釋放量，從而降低除磷效果，減少污泥中的聚磷菌含量。通過(guò)提高COD的濃度則能較好地實(shí)現(xiàn)生物除磷。

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