陳正洋，羅 迪

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

磷是自然界生命體維持正常生命的基本元素，磷作為營養(yǎng)源，不同生命體對廢水中磷的攝取量是不相同的，每一菌種對其攝取的濃度都有最適范圍，超出或低于這一范圍該生物的生長及生理性能會受到或多或少的影響或抑制[1]。2000年，丁峰等[2-8]通過石油化工廢水缺乏氮、磷的試驗，首次證明進水底物中缺少N、P將會引起絲狀菌污泥膨脹，同時通常伴隨著底物去除率的下降。然而在后續(xù)的試驗中發(fā)現(xiàn)，雖然在單獨磷缺乏的狀態(tài)下，活性污泥系統(tǒng)容易發(fā)生非絲狀菌膨脹，但是在多數(shù)情況下此類營養(yǎng)物質(zhì)缺乏引起的污泥膨脹可通過添加足夠營養(yǎng)物質(zhì)來恢復和控制，適當提高有機負荷有助于控制N、P缺乏引起的污泥膨脹。王建芳等[3]發(fā)現(xiàn)通過提高BOD5/P比，同時增加曝氣量的方式，可以改善污泥的沉降性能。據(jù)有關(guān)資料報道，微生物正常生命活動最佳營養(yǎng)物質(zhì)比例為C/N/P為100 : 5 : 1，在實際污水中，磷富余的情況比較常見，眾多學者對C/P小于100 : 1的情況研究的比較多。2011年，Xiao等[7]報道了在恒定的C/N比條件下，TN去除效率會隨著進水中磷濃度的降低而降低。低磷濃度對NH4+-N和總氮的去除效率有著明顯的負面影響，甚至導致污泥膨脹。

在現(xiàn)有的研究中，已經(jīng)探究過的最低的C/P為1000 : 1[1-2,4,7]，沒有嘗試對更低磷濃度的探究。因此嘗試通過試驗在極低的BOD5/P條件下，探究水利停留時間對缺氧-好氧工藝的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗采用序批式活性污泥反應器（SBR），采用缺氧-好氧運行方式。反應器材質(zhì)為有機玻璃，高1m，內(nèi)徑0.14m，側(cè)壁垂直方向每隔0.1m設(shè)定排水口。裝置底部為圓弧形并裝有閥門，便于定期排泥。同時，底部裝有微孔曝氣盤，采用空氣泵對系統(tǒng)提供曝氣氣體來保證曝氣階段的進行，空氣管路上設(shè)有流量計調(diào)節(jié)曝氣量的大小。裝置內(nèi)部設(shè)有攪拌器及加熱裝置，機械攪拌速率為60r/min以保證缺氧階段活性污泥能夠混合均勻。通過原水水箱內(nèi)裝有連接時控開關(guān)的潛水泵自動給反應器進水。

1.2 進水水質(zhì)

試驗用水采用人工模擬污水。模擬污水水質(zhì)pH值 7.2～8.0，COD 320mg/L左右 ，氨氮20mg/L左右，TP 0.056mg/L輔以微量元素液。用葡萄糖提供碳源，NH4Cl提供氮源，KH2PO4提供P源，MgSO4和CaCl2提供對鈣、鎂離子的需求，NaHCO3提供水中所需堿度。模擬污水水質(zhì)如表1

表1 模擬污水成分及水質(zhì)參數(shù)

1.3 檢測分析方法

COD：快速密閉消解法（光度法）；NH4+-N：納氏試劑分光光度法；NO3--N：紫外分光光度法；NO2--N：N-（1-萘基）-乙二胺光度法；pH值：玻璃電極法；SV：30min靜沉法；MLSS/MLVSS：標準重量法。TP ：過硫酸鉀氧化-銻抗分光光度法；

1.4 試驗方法

缺氧-好氧反應器使用時控開關(guān)自動控制完成進水、攪拌、曝氣及排水過程，實現(xiàn)反應器自動運行。反應器每天運行三個周期，每周期運行8h。每周期包括10min進水，2h缺氧攪拌，4h好氧曝氣，1h沉淀，10min排水及閑置1h，六個階段。每周期進水及排水均為3L，水力停留時間（HRT）為32h。污泥濃度穩(wěn)定在4000mg/L左右。溫度20～25℃，溶解氧5mg/L左右。

2 結(jié)果與討論

2.1 對COD的去除效果

圖1為反應器一個周期內(nèi)COD的濃度變化。COD進水濃度為320mg/L左右，經(jīng)過水泵定時給反應器補充水量。污水進入到反應器里面跟未排放的水混合，進水COD被稀釋，COD從320mg/L降低到126.63mg/L左右。反應周期前2h為缺氧階段，在反硝化作用下碳源被快速消耗，1h以后COD降低到了58.17mg/L，缺氧階段結(jié)束以后COD含量已經(jīng)小于50mg/L，降低到34.20mg/L。隨后在好氧階段，COD緩慢的降低，反應周期結(jié)束時COD含量為16.07mg/L，COD去除率達到了94.97%。這說明在HRT為32 h，P/COD為1：5000的條件下缺氧-好氧運行方式對COD有很好的去除效果，出水COD達到了城鎮(zhèn)污水處理廠污水排放標準（GB18918-2002）一級A標準。在進水磷缺乏狀態(tài)下，活性污泥系統(tǒng)去除COD的能力并未受到明顯的影響，這與于振波等[6]的研究結(jié)果相一致。

圖1 COD周期內(nèi)變化情況

在HRT為32h，P/COD為1：5000的條件下，反應器進水COD濃度在290～320mg/L之間，出水COD 濃度雖然有微小的起伏，也是基本穩(wěn)定在18mg/L左右，COD去除率都達到了92%以上。肖靜等[4]在P/COD分別為1：500、1：250、1：156，HRT 等于 7h的情況下反應器COD的出水濃度分別為70.86mg/L，40.47mg/L，14.81mg/L。張靜雅等[5]在HRT為8.5 h，其中缺氧段停留時間為5h，好氧段停留時間為3.5 h時，出水COD基本穩(wěn)定，出水小于30mg/L，去除率達到86%。相比之下，反應器在磷濃度極低，HRT 為32h的條件下COD也能幾乎完全去除。這說明反應器COD中是比較容易被去除的，消耗COD的途徑比較多是一個原因，還有反硝化比迅速，一般在2h之內(nèi)就能完成全過程，所以在缺氧時間為2h時，碳源的消耗的比較完全的。

圖2 HRT =32h時COD進水、出水變化情況

圖3 氨氮周期內(nèi)變化情況

在反應周期前2h為缺氧階段，反應器內(nèi)主要進行反硝化反應，此時消耗了碳源，而氮源的消耗很少。2h以后主要發(fā)生硝化反應，隨著曝氣時間的增加，反應器內(nèi)溶解氧含量增大，氮源的消耗速率也逐漸增加。通常情況下，在C/N比一定的情況下，TN的去除會隨著磷濃度的下降而降低。通常低碳水平對氨氮的去除幾乎沒有影響，低磷濃度對氨氮和TN的去除效率有明顯的負面影響，甚至導致污泥膨脹[7]。如圖4所示，反應器在HRT為32h的條件下一共運行了19d。反應器進水氨氮濃度大概19～21mg/L之間，出水氨氮濃度一直都保持在5mg/L以下。達到了國家規(guī)定的排放標準。第2天出水氨氮濃度為0.46mg/L，之后的氨氮濃度都低于0.3mg/L，硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮積累量分別有5.86mg/L和0.059mg/L，存在有少量的硝酸鹽積累。而且在運行期間并未出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。此結(jié)果出現(xiàn)的原因有可能是較高的溶解氧含量加速了硝化作用的進行，使亞硝化菌和硝化菌在短時間內(nèi)就能夠把氨態(tài)氮轉(zhuǎn)變成硝酸鹽。還有一個可能的原因是氮負荷太低，試驗周期內(nèi)氮的容積負荷（Nv）在15.45(KgN/m3·d)，較低的氮負荷能夠被活性污泥內(nèi)豐富的菌種快速的消耗殆盡。在磷濃度極低的條件下，反應器出水中仍然能夠檢測到極少的磷，進水磷濃度為0.056mg/L，出水磷濃度0.0013mg/L。說明仍然有剩余的極少量的磷存在污水中。據(jù)此猜測活性污泥的必需磷（生命活動所必需的的磷）含量是極少的，活性污泥中的磷循環(huán)是一個連續(xù)的過程，死去的細菌中分解出來的磷和重新外加的磷足夠供給活細菌的生命活動，以此使反應器中的磷含量達到一個穩(wěn)定的水平。

圖4 HRT=32時氨氮進水、出水變化

2.3 微生物以及污泥性狀

圖5 污泥濃度、SV和SVI值情況

試驗期間一直保持著對污泥濃度的檢測，由圖5可以看出污泥濃度一直保持在4000mg/L左右。試驗期間活性污泥的沉降性非常好，試驗期間并未發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，這與王建芳[3]等的研究成果相似，30min沉降SV值在11mL左右，而且沉降非常迅速。SVI值在25左右，低于正常的SVI范圍。出現(xiàn)這個現(xiàn)象可能是由于曝氣量很足，導致污泥比較松散，污泥的粒徑比較小的原因。但是并沒有影響出水效果，經(jīng)過長時間的馴化，活性污泥內(nèi)存在鐘蟲，輪蟲等以及甲殼類的小動物，說明活性污泥對污水的處理效果良好。

圖6 物種豐度餅圖2D圖

由圖6所示，A/O工藝的活性污泥系統(tǒng)中按family（科）水平物種豐度及占比為：Aeromonadaceae（氣單胞菌科7.5%）、Saprospiraceae（腐螺旋菌科7.07%）Phyllobacteriaceae（葉桿菌科5.01%）、Planctomycetaceae（浮霉狀菌科4.18%）Burkholderiales_incertae_sedis（3.37%）、Acetobacteraceae（醋酸菌科3.04%）、Chitinophagaceae（3.07%）等。

其中Aeromonadaceae（氣單胞菌科）為需氧或兼性厭氧菌，能夠發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)酸。Phyllobacteriaceae（葉桿菌科）好氧微生物化能異養(yǎng)菌，利用各種糖或有機酸鹽作為碳源。Acetobacteraceae（醋酸菌科）好氧微生物在氧氣充足，糖源充足時，可以直接將葡萄糖分解成醋酸。

3 結(jié)論

（1）在較高水力停留時間以及低磷的情況下，反應器進水COD為320mg/L左右，進水NH4

+-N濃度20.65mg/L左右。活性污泥對COD，氨氮的去除基本不受低磷濃度的影響，出水COD的濃度為18.07mg/L、去除率為92%。反應器出水NH4+-N濃度為0.31mg/L，去除率98.47%，污水的處理效果非常好。

（2）在磷濃度極低，較高溶解氧的條件下，活性污泥沉降性非常好，30min沉降值為11左右，SVI值25左右，低于正常水平70～150?；钚晕勰嘣谶\行期間不發(fā)生污泥膨脹現(xiàn)象，活性污泥內(nèi)存在鐘蟲，輪蟲等以及甲殼類的小動物，說明活性污泥對污水的處理效果良好。

（3）污水中磷的質(zhì)量濃度對COD的去除基本沒有影響，在低負荷的條件下，磷的質(zhì)量濃度對氨氮的去除影響也不大。