趙 驥,王曉霞,李夕耀,彭永臻,賈淑媛 (北京工業(yè)大學(xué),國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124)

污水中氮磷的超標(biāo)排放,是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因[1].然而,傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝在處理低碳氮比污水時(shí),往往會(huì)由于碳源不足而造成脫氮除磷效果不能同時(shí)達(dá)到理想的效果.強(qiáng)化生物除磷(EBPR)系統(tǒng)是以厭氧/好氧交替的方式運(yùn)行,在厭氧條件下,聚磷菌(PAOs)水解細(xì)胞內(nèi)的多聚磷酸鹽顆粒和糖原獲得能量,吸收水體中的可揮發(fā)性脂肪酸,并將其轉(zhuǎn)化為內(nèi)碳源-聚羥基脂肪酸(PHA),同時(shí)釋放正磷酸鹽到細(xì)胞外;在好氧條件下, PAOs分解PHA產(chǎn)生能量,一部分用以自身生長(zhǎng)及合成代謝,另一部分用于合成糖原并過(guò)量吸收水中的磷酸鹽[2]. EBPR工藝通過(guò)富集PAOs,提高PAOs所占的比例,可以實(shí)現(xiàn)污水的高效穩(wěn)定除磷.

目前,同步硝化反硝化(SND)現(xiàn)象已被證實(shí)存在于多種生物處理系統(tǒng)中,如流化床反應(yīng)器[3]、生物轉(zhuǎn)盤(pán)[4]、氧化溝[5]、序批式反應(yīng)器(SBR)[6]和CAST[7]等.由于SND現(xiàn)象是發(fā)生在同一個(gè)反應(yīng)器的同一處理?xiàng)l件下,其較傳統(tǒng)脫氮工藝相比具有較為明顯優(yōu)勢(shì),如：工藝流程簡(jiǎn)單、節(jié)省曝氣量和反應(yīng)器容積、減少堿度投加量等.

將EBPR與SND耦合,可在保證系統(tǒng)穩(wěn)定除磷的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)污水的脫氮過(guò)程,且工藝流程簡(jiǎn)單.對(duì)于碳氮比(C/N)較低的城市污水,該耦合系統(tǒng)中 PAOs和聚糖菌(GAOs)可在厭氧段將外碳源儲(chǔ)存為內(nèi)碳源;在低氧段,硝化菌在進(jìn)行硝化反應(yīng)的同時(shí),反硝化菌可利用剩余外碳源進(jìn)行反硝化,而當(dāng)外碳源不足時(shí) PAOs和 GAOs可利用內(nèi)碳源進(jìn)行內(nèi)源反硝化脫氮,有望實(shí)現(xiàn)低C/N污水的高效脫氮除磷[8-9].此外,該耦合系統(tǒng)好氧段需處于微曝氣的狀態(tài),以保證SND的進(jìn)行[9-12],與傳統(tǒng)脫氮除磷工藝相比可節(jié)省 50%以上的曝氣量.目前,有關(guān)將EBPR與SND耦合實(shí)現(xiàn)低碳比污水的脫氮除磷還鮮有報(bào)道[12-14],有關(guān) DO濃度對(duì)EBPR與SND耦合系統(tǒng)啟動(dòng)及脫氮除磷特性的影響還未見(jiàn)報(bào)道.

本文以實(shí)際低C/N生活污水為處理對(duì)象,采用單一厭氧/好氧運(yùn)行的SBR,先通過(guò)調(diào)控反應(yīng)器進(jìn)水C/N,實(shí)現(xiàn)了EBPR系統(tǒng)的啟動(dòng)和PAOs的富集培養(yǎng),同時(shí)研究了EBPR系統(tǒng)的除磷特性;然后,通過(guò)調(diào)控反應(yīng)器好氧段DO濃度,研究了不同DO濃度對(duì)反應(yīng)器的好氧段SND率、總氮(TN)去除率、除磷性能和碳源轉(zhuǎn)化特性的影響,以期為了解耦合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低 C/N污水高效脫氮除磷的可行性及其實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù).

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)裝置與運(yùn)行工序

試驗(yàn)用反應(yīng)器為序批式反應(yīng)器(SBR,圖 1),采用有機(jī)玻璃制成,為敞口式反應(yīng)器,容積為10L,有效容積為 8L.每天運(yùn)行 4個(gè)周期,每周期進(jìn)水3L.SBR在厭氧/好氧交替的條件下運(yùn)行,運(yùn)行工序?yàn)椋簠捬?50min(包括進(jìn)水10min),好氧180min,排泥 2min,沉淀 20min,排水 5min,靜置 3min.反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度維持在(2500±300)mg/L,SRT為10.9d,好氧段 DO 濃度通過(guò)實(shí)時(shí)控制裝置(PLC)進(jìn)行調(diào)控(表1).

此外,SBR反應(yīng)器中EBPR與SND耦合試驗(yàn)研究主要分為2個(gè)過(guò)程：在過(guò)程1,實(shí)現(xiàn)EBPR的啟動(dòng)及 PAOs的富集,以保證系統(tǒng)的除磷性能;在過(guò)程2,通過(guò)降低DO濃度以實(shí)現(xiàn)EBPR與SND的耦合,進(jìn)而提高系統(tǒng)的脫氮性能.

圖1 SBR試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Experimental device of the SBR

1.2 試驗(yàn)用水和接種污泥

試驗(yàn)用水取自北京市某家屬區(qū)化糞池生活污 水,具 體 水 質(zhì) 為 ：COD 濃 度 為 202.1～288.2mg/L,NH4+-N濃度為49.4～74.2mg/L, NO2--N濃度＜1mg/L, NO3--N濃度＜1mg/L, TN濃度為51.1～76.9mg/L, PO43--P 濃度為 3.9～7.5mg/L, pH值為7.1～7.6,C/N平均為3.8.此外,試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)向生活污水中投加固體乙酸鈉的方式來(lái)提高進(jìn)水COD濃度.試驗(yàn)過(guò)程中SBR進(jìn)水條件和運(yùn)行條件詳細(xì)見(jiàn)表1.

試驗(yàn)用接種污泥取自某大學(xué)處理生活污水的好氧/缺氧(外加乙醇)短程硝化反硝化中試SBR,該污泥具有正常的脫氮除磷和短程硝化反硝化性能,其好氧段亞硝酸鹽積累率約為 92.3%,系統(tǒng)NH4+-N和TN去除率分別平均達(dá)96.4%和92.3%,出水 PO43--P濃度約為 2.3mg/L.接種后SBR 內(nèi)污泥濃度(MLSS)為 3.2g/L,污泥沉降比(SV%)為36%.

表1 SBR運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)水水質(zhì)和工藝運(yùn)行參數(shù)Table 1 Influent and operation conditions of the SBR

1.3 檢測(cè)分析方法

采用熒光原位雜交(FISH)技術(shù)[16]對(duì)活性污泥內(nèi)部功能微生物進(jìn)行定量分析. FISH分析過(guò)程所使用的PAOs探針為PAOmix,是由PAO462、PAO651和 PAO846混合而成.全菌探針為EUBmix,是由 EUB338、EUB338Ⅱ、EUB338Ⅲ組成.GAOs探針為 GAOmix,是由 GAO431和GAO989混合而成[17].相同目標(biāo)探針均以相同比例混合為PAOmix、GAOmix和EUBmix.AOB探針由NSO1225和NSO190混合而成;NOB探針包括 NIT3和 Ntspa662[18].分析過(guò)程中.圖片采用OLYMPUS DP72數(shù)字成像系統(tǒng)采集,每個(gè)泥樣用熒光顯微鏡獲得 60組以上的圖片,然后采用Image plus軟件計(jì)數(shù),得到各目標(biāo)菌占全菌的百分?jǐn)?shù).另外,分析過(guò)程中每個(gè)樣品設(shè)立 3組平行,取均值,以表示目標(biāo)菌的含量.

1.4 氮損失?TIN和SND率的計(jì)算方法

?TIN以表示系統(tǒng)好氧段的總無(wú)機(jī)氮損失量,單位為mg/L,其計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)：

SND率用以表示通過(guò)同步硝化反硝化作用去除的 NH4+占進(jìn)水 NH4+的百分比(%)[8-9],其計(jì)算方法見(jiàn)公式(2)：

式中：ΔNH4+、ΔNO2-和 ΔNO3-分別為系統(tǒng)好氧段NH4+-N、NO2--N和NO3--N濃度的變化量,mg/L.

1.5 PAOs在厭氧段內(nèi)碳源PHA儲(chǔ)存中貢獻(xiàn)比例的計(jì)算方法

在系統(tǒng)厭氧段,COD的去除主要是通過(guò)異養(yǎng)菌的反硝化過(guò)程和PAOs與GAOs的內(nèi)碳源儲(chǔ)存過(guò)程[10-11]. PAOs在內(nèi)碳源PHA儲(chǔ)存過(guò)程中的貢獻(xiàn)比例(PPAO,An)的計(jì)算方法見(jiàn)公式(3)～式(4)：

式中： CODintra為厭氧段被PAOs和GAOs儲(chǔ)存為內(nèi)碳源的COD量, mg/L;ΔCOD、和分別為系統(tǒng)厭氧段COD、-N和-N濃度的變化量, mg/L;1.71和2.86分別為單位質(zhì)量濃度的-N和-N被異養(yǎng)菌反硝化時(shí)所消耗的COD濃度, mgN/mgCOD;PRA為厭氧段釋磷量, mg/L;0.5為PAOs厭氧條件下每吸收單位質(zhì)量的有機(jī)碳源所釋放的磷量, molP/molC.

2 結(jié)果與討論

2.1 EBPR系統(tǒng)的啟動(dòng)和PAOs的富集

本試驗(yàn)過(guò)程1中, SBR用于EBPR的啟動(dòng)及PAOs富集培養(yǎng),共運(yùn)行164d.根據(jù)進(jìn)水C/N比和COD濃度變化情況,可以將整個(gè)運(yùn)行過(guò)程劃分為3 個(gè)階段,即階段 1 (1～53d)、階段 2(54～103d)和階段3(104～164d).其中,EBPR啟動(dòng)過(guò)程中COD、TN和PO43--P去除情況見(jiàn)圖2和圖3.

圖2 EBPR啟動(dòng)過(guò)程中COD和TN濃度變化情況Fig.2 Variations of COD and TN concentrations during the start-up process of EBPR

由圖 2、圖 3可知,在階段 1(1～53d),系統(tǒng)進(jìn)水C/N和COD濃度平均為3.2和231.1mg/L.該階段,系統(tǒng)出水COD濃度平均為59.2mg/L,COD去除率達(dá)73.7%;系統(tǒng)進(jìn)、出水PO43--P濃度分別為6.6和3.9mg/L,且PRA和好氧段吸磷量(PUA)僅為3.3和4.3mg/L,PO43--P去除率為39.7%;系統(tǒng)好氧段?TIN 為 1.5mg/L,但 TN 去除率高達(dá)65.1%.說(shuō)明,系統(tǒng)具有較好的脫氮性能,且氮的去除主要是在厭氧段通過(guò)反硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn)的.并且,由于反硝化菌對(duì)原水碳源的優(yōu)先利用,使得PAOs釋磷過(guò)程中碳源不足,導(dǎo)致系統(tǒng)除磷性能較差.

圖3 EBPR啟動(dòng)過(guò)程中-P濃度變化情況Fig.3 Variations of -P concentration during the start-up process of the EBPR

為了保證系統(tǒng)厭氧段PAOs釋磷過(guò)程的有效進(jìn)行和系統(tǒng)除磷性能的進(jìn)一步提高,在階段2(54～103d)和階段 3 (104～164d)將進(jìn)水 C/N 分別提高到約5.4和7.5,進(jìn)水COD濃度分別提高到400 和 500mg/L.在階段 2(54～103d),系統(tǒng)出水COD濃度平均為56.9mg/L,COD去除率逐漸提高到 85%左右;系統(tǒng) TN去除率保持在 66%左右,?TIN保持在1.2mg/L,但出水-P濃度逐漸下降至2.4mg/L.PUA和PRA分別逐漸提高到12和14mg/L左右,-P去除率最高達(dá)65.7%.說(shuō)明,進(jìn)水COD濃度的提高,有利于PAOs釋磷過(guò)程的進(jìn)行,進(jìn)而可提高系統(tǒng)的除磷性能.在階段 3(104～164d),隨著進(jìn)水C/N和COD濃度的進(jìn)一步提高,系統(tǒng) COD和 TN去除性能得以穩(wěn)定維持,其去除率分別保持在87%和66%左右,但系統(tǒng)除磷性能得以進(jìn)一步提高.該階段,系統(tǒng) PUA 進(jìn)一步增加到約30mg/L,出水-P濃度逐漸降低,并在第138～164d內(nèi)穩(wěn)定低于0.5mg/L.說(shuō)明,當(dāng)進(jìn)水 C/N約為 8時(shí), EBPR系統(tǒng)厭氧段反硝化、PAOs和其它異養(yǎng)菌均有充足的碳源進(jìn)行厭(或缺)氧代謝.即該進(jìn)水COD濃度條件有利于PAOs的富集和系統(tǒng)除磷性能的提高.碳源缺乏及異養(yǎng)菌對(duì)碳源的優(yōu)先利用,是造成階段 1系統(tǒng)除磷性能較差的主要原因[9].該試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有研究成果[19-21]相一致,即提高進(jìn)水 C/N或 COD濃度可強(qiáng)化 PAOs的釋磷/吸磷特性,進(jìn)而可提高系統(tǒng)的除磷性能.

此外,EBPR系統(tǒng)啟動(dòng)前后的FISH分析結(jié)果顯示：系統(tǒng)內(nèi)PAOs占全菌的比例由第1d時(shí)的(4±2)%提高到第 164d 時(shí)的(38±3)%;同時(shí),GAOs占全菌的比例由(3±1)%提高到(17±2)% (圖4).AOB占全菌的比例穩(wěn)定維持在(13±3)%,但 NOB占全菌的比例有所下降,由第1d時(shí)約6%降低至第164d時(shí)約3%.第164d時(shí),氨氧化β Proteobacteria、Proteobacteria β類(lèi)亞硝酸細(xì)菌、Nitrobacteria和Nitrospira分別占全菌的比例約為(12±3)%、2.9%、1.8%和 1%.說(shuō)明通過(guò)逐步提高進(jìn)水 COD濃度可以實(shí)現(xiàn)PAOs的富集,但 PAOs富集的同時(shí)也伴隨著GAOs的富集.

圖4 EBPR啟動(dòng)過(guò)程中(第1和164d)全菌和PAOs的FISH圖片F(xiàn)ig.4 FISH images of total bacteria and PAOs during the start-up process of the EBPR

2.2 DO濃度對(duì) EBPR-SND耦合過(guò)程中?TIN的影響

圖5 為SBR運(yùn)行過(guò)程2中NH4+-N、NO2--N和NO3--N濃度及好氧段氮損失的變化情況.由圖 5可知,當(dāng) DO濃度分別約為 2.0,1.5,1.0mg/L時(shí),系統(tǒng)出水 NH4+-N濃度均穩(wěn)定維持在較低水平,平均為 0.9mg/L;但當(dāng) DO 濃度降低至約0.5mg/L后, DO濃度的減小導(dǎo)致硝化過(guò)程進(jìn)行不完全,出水 NH4+-N 濃度略有升高,平均達(dá)2.2mg/L.說(shuō)明,DO濃度為1.0～2.0mg/L時(shí), DO濃度的降低幾乎不影響系統(tǒng)的硝化性能;但當(dāng) DO濃度為0.5mg/L時(shí),系統(tǒng)的硝化性能變差.

圖5 不同DO濃度條件下EBPR耦合SND過(guò)程中氮去除情況Fig.5 Nitrogen removal performance of the SBR during the combination of EBPR with SND at various DO concentrations

從?TIN 的變化情況來(lái)看,當(dāng) DO 濃度約為2.0mg/L時(shí), ?TIN穩(wěn)定在2.6mg/L左右;當(dāng)DO濃度降至約1.5和1.0mg/L后,?TIN逐漸升高至9.4和 13.7mg/L;當(dāng) DO 濃度繼續(xù)降至約 0.5mg/L后,?TIN穩(wěn)定在13.5mg/L.隨著DO濃度的降低,好氧段氮損失越大.但當(dāng)DO濃度低至約0.5mg/L時(shí),由于系統(tǒng)硝化性能變差,氮損失量沒(méi)有持續(xù)增加,而是維持在DO濃度為1.0mg/L后期(96～110d)的水平.此外,當(dāng)DO濃度約為0.5mg/L時(shí),系統(tǒng)出水亞硝酸鹽積累較為明顯,不排除在好氧段發(fā)生了短程硝化反硝化作用.

王曉霞等[10]在研究 SNDPR系統(tǒng)的脫氮特性時(shí)同樣發(fā)現(xiàn),低 DO濃度(0.5mg/L)會(huì)引起硝化細(xì)菌硝化速率的降低,從而降低系統(tǒng)的硝化性能(NH4+-N去除率由 96.8%降低至 92.0%);Zeng等[22]在研究DO濃度對(duì)SND脫氮過(guò)程的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)DO濃度由2.5mg/L逐漸降低至0.5mg/L時(shí),硝化速率由6.7mg/L逐漸降至4.3mg/L,但TIN由 3.4mg/L逐漸升高至 4.2mg/L;支霞輝等[23]在研究厭氧-好氧-缺氧短程硝化同步反硝化除磷工藝的啟動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn),較高的DO濃度(1.5～2.5mg/L)有利于氨氮的去除,低 DO濃度(0.5mg/L)會(huì)引起氨氧化菌(AOB)和亞硝酸鹽氧化菌(NOB)硝化速率的同時(shí)受限,造成氨氮去除效果變差.上述試驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)了本試驗(yàn)過(guò)程中,DO濃度對(duì)系統(tǒng)硝化特性的影響機(jī)制.

2.3 DO濃度對(duì) EBPR-SND耦合過(guò)程中 SND率和TN去除率的影響

圖6為不同DO濃度條件下SND率、TN去除率及TN濃度的變化情況.由圖6可知,不同DO濃度條件下, SND率變化幅度較大.并且隨著DO濃度的逐漸降低,SND率和TN去除率均逐漸升高.當(dāng)DO濃度約為2.0mg/L時(shí), SND率最低,僅為11.1%左右;系統(tǒng)TN去除率平均為65.8%,接近于EBPR系統(tǒng)啟動(dòng)階段的水平(66%,見(jiàn)2.1).說(shuō)明,該DO濃度條件下,系統(tǒng)內(nèi)TN的去除主要是通過(guò)硝化反硝化過(guò)程實(shí)現(xiàn)的.

圖6 不同DO濃度條件下EBPR耦合SND過(guò)程中SND率和TN去除率的變化情況Fig.6 Variations of SND efficiency and TN removal efficiency of the SBR during the combination of EBPR with SND at various DO concentrations

當(dāng)DO濃度降至1.5,1.0mg/L后,SND率迅速增加到38%和57%左右,同時(shí)伴隨著TN去除率和好氧段TN去除量的提高.TN去除率由第38d時(shí)的66.5%逐漸升高到第110d時(shí)的82.6% (圖6).當(dāng)DO濃度降至0.5mg/L后,SND率緩慢增加到65%左右,同時(shí) TN 去除率提高到約 85%.因此,DO濃度的降低有利于 EBPR系統(tǒng)內(nèi)同步硝化反硝化的進(jìn)行,即有利于EBPR與SND的耦合過(guò)程,并可提高耦合系統(tǒng)的脫氮性能;但當(dāng)DO濃度低于0.5mg/L時(shí),系統(tǒng)硝化過(guò)程受阻,會(huì)引起出水 NH4+-N濃度升高,進(jìn)而影響系統(tǒng)的脫氮性能的進(jìn)一步提高.

Wang等[9]在DO濃度為1.0mg/L的條件下啟動(dòng) EBPR時(shí)發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)好氧段存在較明顯的SND 現(xiàn)象,SND 率為(30～40)%;而苗志加等[24]在DO濃度為2～4mg/L時(shí)啟動(dòng)EBPR時(shí),并未發(fā)現(xiàn)較明顯 SND 現(xiàn)象(?TIN＜2mg/L).其結(jié)合本試驗(yàn)研究結(jié)果均可說(shuō)明,低 DO濃度有利于強(qiáng)化EBPR系統(tǒng)的SND脫氮過(guò)程,從而可提高系統(tǒng)的TN去除率.

2.4 DO濃度對(duì)EBPR-SND耦合過(guò)程中除磷性能的影響

圖7為SBR運(yùn)行過(guò)程2中不同DO濃度條件下 4 個(gè)典型周期內(nèi)(32d： DO 2.0mg/L; 70d： DO 1.5mg/L; 107d： DO 1.0mg/L; 153d： DO 0.5mg/L)PO43--P去除情況.由圖 7可知,當(dāng) DO濃度由約2.0mg/L逐漸降至約 0.5mg/L時(shí),系統(tǒng)出水PO43--P濃度分別為 0.32,0.30,0.36,0.42mg/L,均低于0.5mg/L.不同DO濃度條件下,系統(tǒng)PO43--P去除率得以穩(wěn)定維持,均在94%左右.說(shuō)明DO濃度對(duì)系統(tǒng)除磷性能的影響不大.但不同 DO濃度條件下PRA和PUA均隨著DO濃度的降低呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì).當(dāng) DO濃度約為 2.0,1.5mg/L時(shí),PRA和PUA分別保持在26,29mg/L左右;當(dāng)DO濃度降至約1.0mg/L時(shí),PRA和PUA均下降約3mg/L,其分別下降至22.1,24.6mg/L;但當(dāng)DO濃度降至約0.5mg/L時(shí),PRA和PUA均再次下降約4mg/L,分別為17.2,20.1mg/L.

說(shuō)明當(dāng)DO濃度為2.0～1.5mg/L時(shí),DO濃度的降低幾乎未對(duì)系統(tǒng)的除磷性能產(chǎn)生影響,系統(tǒng)釋磷和吸磷性能均得以穩(wěn)定維持;而當(dāng)DO濃度為1.5～0.5mg/L時(shí),系統(tǒng)釋磷和吸磷性能均隨著DO濃度的降低而逐漸降低,分析其原因可能在于低DO濃度條件下SND作用的增強(qiáng)(見(jiàn)2.3),使得厭氧段更多的 COD被 GAOs儲(chǔ)存并用于好氧段SND脫氮,而 PAOs用于釋磷過(guò)程的 COD減少,進(jìn)而在好氧段用于吸磷過(guò)程的PHA分解量減少,表現(xiàn)為PRA和PUA值的同時(shí)降低[11].

圖7 不同DO濃度條件下典型周期內(nèi)磷去除情況Fig.7 P removal characteristics in typical operation cycles at various DO concentrations

此外,本研究EBPR耦合SND過(guò)程中DO濃度約為0.5mg/L時(shí),系統(tǒng)的釋磷性能要高于低DO條件下(DO 濃度為 0.5～1.0mg/L)啟動(dòng)及優(yōu)化的SNDPR 系統(tǒng)[10,19,25]的釋磷性能(PRA： 17.2mg/L＞14.7,8.3,15.7mg/L),說(shuō)明本研究高濃度富集的PAOs有利于保證系統(tǒng)的釋磷性能(PAOs占全菌的比例： (38±3)%＞ (29±3)%、14.7%和(34±3)%),進(jìn)而保證系統(tǒng)出水 PO43--P濃度穩(wěn)定低于0.5mg/L以下.

2.5 DO濃度對(duì)EBPR-SND耦合過(guò)程中碳源轉(zhuǎn)化特性的影響

圖8為SBR運(yùn)行過(guò)程2中,不同DO濃度下4 個(gè)典型周期內(nèi)(32d： DO 2.0mg/L; 70d： DO 1.5mg/L; 107d： DO 1.0mg/L; 153d： DO 0.5mg/L)COD去除情況、PHA儲(chǔ)存情況及PPAO,An的變化情況.由圖8可知,當(dāng)DO濃度為2.0mg/L時(shí),反應(yīng)器厭氧末COD濃度最低,其消耗量最多,但PHA儲(chǔ)存量較少.分析其原因在于好氧段硝化過(guò)程進(jìn)行完全,使得進(jìn)入下一反應(yīng)周期厭氧段的硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度較高,反硝化過(guò)程消耗了一部分COD.說(shuō)明在厭氧段反硝化菌較 PAOs和 GAOs會(huì)優(yōu)先利用外碳源.

圖8 不同DO濃度條件下典型周期內(nèi)COD和PHA濃度與PPAO,An變化情況Fig.8 Variations of COD and PHA concentrations and PPAO,An in typical operation cycles at various DO concentrations

當(dāng)DO濃度降至1.5和1.0mg/L時(shí),厭氧末COD濃度維持在較低水平,但 PHA儲(chǔ)存量大幅升高.說(shuō)明系統(tǒng)厭氧段反硝化消耗 COD量減少,而PAOs和GAOs用于儲(chǔ)存內(nèi)碳源消耗的COD含量升高.當(dāng)DO濃度為0.5mg/L時(shí),厭氧末COD濃度最高,但 PHA 濃度依然維持在較高水平.因此, DO濃度為1.0～1.5mg/L有利于系統(tǒng)厭氧段內(nèi)碳源PHA的合成.

此外,當(dāng) DO濃度由 2.0mg/L逐漸降至0.5mg/L時(shí), PPAO,An由30.3%逐漸降至20.2%.說(shuō)明低DO濃度條件下, GAOs較PAOs在厭氧內(nèi)碳源儲(chǔ)存中的貢獻(xiàn)大,其也解釋了 2.4中系統(tǒng)釋磷和吸磷性能降低的原因.

3 結(jié)論

3.1 以實(shí)際低C/N(3.5)生活污水為處理對(duì)象,采用厭氧/好氧運(yùn)行的SBR,通過(guò)調(diào)控進(jìn)水C/N可以實(shí)現(xiàn) EBPR的啟動(dòng),通過(guò)進(jìn)一步調(diào)控好氧段 DO濃度可以實(shí)現(xiàn) EBPR 與 SND的耦合.耦合系統(tǒng)中TN和PO43--P去除率分別高達(dá)85%和94%.

3.2 DO濃度為1.0～1.5mg/L,SBR好氧段SND現(xiàn)象較為明顯,過(guò)高或者過(guò)低的 DO濃度均不利于EBPR與SND的耦合,但低DO條件(0.5mg/L),亞硝酸鹽積累較為明顯,耦合系統(tǒng)中存在同步短程硝化反硝化現(xiàn)象.

3.3 DO濃度對(duì)SBR出水PO43--P濃度影響較小,但DO濃度降低(由2.0mg/L降至0.5mg/L)會(huì)引起厭氧釋磷量和好氧吸磷量變小,且 PAOs較GAOs在厭氧內(nèi)碳源儲(chǔ)存中的貢獻(xiàn)減弱, PPAO,An由30.3%降至20.2%.

3.4 DO濃度幾乎不影響SBR的COD去除性能,不同DO濃度條件下,COD去除率穩(wěn)定維持在85%左右.但DO濃度為1.0～1.5mg/L有利于厭氧內(nèi)碳源(PHA)的合成.

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