楊名帆，石婷宇，羅國芝,2,3，譚洪新,2,3，劉文暢,2,3

(1上海海洋大學 上海水產(chǎn)養(yǎng)殖工程技術研究中心，上海 201306；2 上海市水產(chǎn)動物良種創(chuàng)制與綠色養(yǎng)殖協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306;3 上海海洋大學水產(chǎn)科學國家級實驗教學示范中心，上海 201306)

目前，國內現(xiàn)階段的污水處理技術主要分為兩大類：生物法和物理化學法[1]。物理化學法分為化學沉淀法[2]、電絮凝法[3]、結晶法[4]、吸附法[5]等。生物法分為微生物法[6]和水生生物法[7]。在日益嚴格的污水排放標準下，生物法和物理化學法相結合的處理方式成為主流。

水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，養(yǎng)殖方式逐漸向著集約化工廠化的養(yǎng)殖方式轉變[8]。養(yǎng)殖魚類所產(chǎn)生的排泄物等都會使水體中的氮、磷等逐漸積累，致使水體惡化[9]。

普通的厭氧/缺氧/好氧(anaerobic/anoxic/aerobic，A2/O)工藝可以實現(xiàn)污水的同步脫氮除磷效果，并且具有運行方便、成本低、水力停留時間(Hydraulic Retention Time，HRT)短等優(yōu)點[10]。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

A2/O工藝流程圖如圖1所示。

自制A2/O-SBR反應器有效體積為77 L，共有4個格室。其中：第1個為厭氧格；第2個為缺氧格，缺氧、厭氧格都分別有一根攪拌電機來進行污泥的充分攪拌，控制厭氧格溶氧(Dissolved Oxygen，DO)約為0 mg/L，缺氧格DO約在0.2 mg/L以下；第3、4格為好氧格，在好氧格中，每個分別由2個曝氣盤來提供微生物所需的氧氣，通過氣體流量計控制好氧池的DO在2～5 mg/L[14]。厭氧、缺氧、好氧格室比例為1∶1∶2。在反應器中加入取自上海海洋大學3號門循環(huán)水養(yǎng)殖工程研發(fā)平臺中的生物絮團替代污水廠處理的厭氧段活性污泥，混合液懸浮固體質量濃度(Mixed Liquid Suspended Solids，MLSS)為2 000～3 000 mg/L，保持反應器的攪拌電機攪拌速率為80～120 r/min，使得反應器中污泥始終不沉降。整個試驗過程通過蠕動泵(UIP WIFI-S183 Kamoer)始終保持進水150 mL/min，保持水力停留時間(HRT)為8.8 h，厭氧、缺氧、好氧、沉淀階段分別為2.6、2.6、5.2、1 h，放出上清液，污泥齡控制在15 d。平時通過便攜式多功能參數(shù)水質分析儀(Multi 3430，WTW，德國)來控制反應器的pH在7.00～8.00，溫度(T)在25 ℃左右，監(jiān)測厭氧/缺氧/好氧格的DO在正常范圍內運行，A2/O-SBR反應器流程簡圖如圖2所示。

1 進水；2 原水箱；3 蠕動泵；4 厭氧格；5 缺氧格；6 好氧格；7 電磁攪拌器；8 曝氣頭；9 羅茨鼓風機；10 氣體流量計；11 出水；12 二沉池；13 剩余污泥；14 內回流；15 外回流

1.2 反應器的啟動

利用A2/O-SBR反應器，以硝酸鹽氮為電子受體富集反硝化聚磷菌，分三階段[15]在上海海洋大學水產(chǎn)與生命科學學院室溫24～30℃進行試驗。

第一階段是聚磷菌的活化，取之前試驗剩下的好氧除磷效果的活性污泥接種到新的BFT中，MLSS控制在 2 500 ～3 500 mg/L之間，以每周期約6.5 h，按照進水時間10 min，絮團厭氧釋磷時間為2.6 h，好氧聚磷時間為2.6 h，沉淀池加上排水時間為40 min方式啟動運行反應器，每天運行3周期，這個階段污泥齡(SRT)控制在15 d左右，厭氧格氧化還原電位(Oxidation-Reduction Potential，ORP)控制在-150～-220 mV，好氧格控制在 80～100 mV，共運行15周期為后面兩個階段的反硝化聚磷菌的富集做好準備。

第二階段是反硝化聚磷菌(Denitrifying Phosphate Accumulating Organisms，DPAOs)的富集，將第一階段培養(yǎng)出來的高效的好氧聚磷污泥，用進水10 min，厭氧釋磷2.6 h，沉淀30 min，排水10 min 即先進行(1)厭氧釋磷2.6 h；(2) 40 min沉淀排水；(3)加入不含COD(不添加乙酸鈉)的模擬含磷尾水(表1)，泥水混合后水中的COD質量濃度<40 mg/L，同時向系統(tǒng)投加一定量的硝酸鉀藥品將使N∶P=2∶1，缺氧聚磷2.6 h；(4)40 min沉淀排水。該階段每天運行3周期，污泥濃度控制在2 500～3 500 mg/L，污泥齡為15 d左右，缺氧格ORP控制在-100～-150 mV，厭氧格ORP控制在-150～ -220 mV，共運行20 d。本階段的目的是去除常規(guī)的反硝化菌(僅有反硝化作用而無聚磷作用)，對利用硝酸鹽氮為電子受體的反硝化聚磷菌進行選擇性富集。

第三階段是保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，用進水時間20 min，厭氧釋磷時間為 2.6 h，缺氧聚磷時間為2.6 h沉淀格沉淀時間為30 min，排水時間為10 min的方式運行，即將第二階段富集到反硝化聚磷菌的污泥與人工合成尾水(表2)混合后，進行厭氧釋磷2.6 h，向系統(tǒng)投加一定量的硝酸鉀其濃度為N∶P=2∶1 進行缺氧格聚磷2.6 h，最終經(jīng)30 min沉淀排水。該段污泥濃度為3 500 mg/L左右，泥齡控制在15 d左右，每天運行3周期，共運行15 d，該階段目的是在第二階段反硝化聚磷菌已經(jīng)富集到一定量的基礎上，進一步保持體系的穩(wěn)定性，測定除磷率可達80%以上。

1.3 配置模擬養(yǎng)殖尾水

養(yǎng)殖尾水具有高硝酸鹽氮的特征[16]，試驗用的模擬養(yǎng)殖尾水通過乙酸鈉提供碳源維持碳氮比，硝酸鉀提供氮源質量濃度控制在50 mg/L，磷酸二氫鉀提供磷含量質量濃度控制在10 mg/L，通過鹽酸和氫氧化鈉調節(jié)系統(tǒng)pH，具體配方[17]如表1所示。

表1 模擬養(yǎng)殖尾水配方

1.4 生物絮團廢水和循環(huán)水養(yǎng)殖尾水指標

試驗所用的循環(huán)水尾水和生物絮團尾水取自上海海洋大學3號門循環(huán)水養(yǎng)殖工程研發(fā)平臺正常運行的1號循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的羅非魚養(yǎng)殖槽，利用抽水泵抽取養(yǎng)殖槽水體，取出后沉淀30 min，取出上清液200 L作為試驗用水，其中pH為7.49±0.5，其他指標如表2所示。

表2 水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)尾水指標

生物絮團廢水取自上海海洋大學三號門循環(huán)水養(yǎng)殖工程研發(fā)平臺利用生物絮凝技術的正常養(yǎng)蝦的生物絮團上層清液，具體操作為利用抽水泵抽取絮團至200 L聚乙烯桶中，經(jīng)過30 min沉淀取出上清液，然后重復此過程，直至底層看不到沉淀的大量絮團。取出的上層清液作為試驗用水，具體指標如表3所示。其中pH為7.71。

表3 生物絮團廢水指標

1.5 試驗設計

在探究A2/O工藝試驗裝置處理模擬養(yǎng)殖尾水效果時，利用成功富集反硝化聚磷菌的生物絮團作為底泥，試驗保持連續(xù)性進和排模擬養(yǎng)殖尾水一個周期(8.8 h)，停止進水，內循環(huán)3周期，目的是為了消耗掉富集過程中殘存的碳源，提高試驗的準確性。其間下午3點用50 mL量筒進行對系統(tǒng)進水、厭氧、缺氧、好氧、沉淀、出水的取樣，樣品均為混勻水體后取出。在取完TN、TP樣品后，利用0.45 μm針頭濾器(Collins MCE，上海)過濾，剩下水質指標取沉淀后的上清液進行監(jiān)測。取樣結束后，用便攜式多功能參數(shù)水質分析儀(Multi 3430，WTW，德國)測定反應器水體中厭氧、缺氧、好氧格的DO、溫度、pH。下午4∶00取好氧格50 mL的混合水樣和1 000 mL混合水樣進行MLSS和SV30的測定。晚上分別取進水、厭氧、缺氧、好氧、沉淀、出水的10 mL水樣用重鉻酸鉀法進行化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)的測定和利用TOC分析儀(Multi N/C 2100，德國)進行總有機碳的測定。在探究A2/O工藝試驗裝置處理生物絮團廢水和循環(huán)水養(yǎng)殖尾水效果時，期間進行3次試驗。 (1)未添加額外碳源直接進行對循環(huán)水尾水的處理效果； (2)按照碳氮比為3.4∶1[18]添加額外碳源進行循環(huán)水尾水的處理； (3)額外添加碳源進行對生物絮團廢水上清液的處理。每個反應格室取3組水樣， 結果取平均值。

1.6 試驗裝置參數(shù)

反應器的啟動參數(shù)關系著整個反應能否正常進行，內回流是指污泥從最后一個好氧格到缺氧格的回流過程，蠕動泵(UIP WIFI-S183 Kamoer)數(shù)值調整為450 mL/min，外回流是指從沉淀池到缺氧格的回流過程，蠕動泵(UIP WIFI-S183 Kamoer)數(shù)值調整為150 mL/min。運行期間裝置參數(shù)如表4所示。

表4 運行期間裝置參數(shù)

1.7 水質指標分析方法

主要水質分析指標及方法如表5所示。

表5 主要水質分析指標及方法

1.8 污泥指標測定方法

使用差重法測定反應器的好氧格的混合液懸浮固體濃度：定量濾紙過濾50 mL水樣后，在105℃電熱鼓風干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)中約2 h烘干后減去定量濾紙質量，單位為 mg/L；SV30沉降比測定：取水體混合均勻的情況下取反應器好氧格水體1 L于英霍夫管，待其靜置30 min后記錄沉淀的絮團體積，以mL表示。

1.9 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)由Excel軟件進行數(shù)據(jù)的錄入和結果統(tǒng)計分析，由Origin 2021、Excel軟件進行相關圖表的繪制。

2 結果與分析

2.1 運行期間模擬養(yǎng)殖尾水水質變化情況

運行期間CODCr的去除情況如圖3所示。

圖3 運行期間CODCr的去除情況

2.2 試驗前后循環(huán)水養(yǎng)殖尾水指標的去除效果

圖5 試驗前后循環(huán)水養(yǎng)殖尾水指標的去除效果

2.3 試驗前后添加碳源的循環(huán)水養(yǎng)殖尾水指標的去除效果

試驗前后添加碳源的循環(huán)水養(yǎng)殖尾水指標的去除效果如圖6所示。

表6 三組尾水進出水TOC的去除效果

2.4 試驗前后添加碳源的BFT廢水指標的去除效果

試驗前后添加碳源的BFT廢水指標的去除效果如圖7所示。

圖7 試驗前后添加碳源的BFT廢水指標的去除效果

3 討論

3.1 A2/O工藝對模擬養(yǎng)殖尾水的處理效果探究

3.2 添加碳源對反硝化脫氮除磷技術處理循環(huán)水養(yǎng)殖尾水效果的影響

3.3 不同養(yǎng)殖水體對反硝化脫氮除磷技術處理效果的影響

相比較而言，利用反硝化脫氮除磷技術處理兩種水產(chǎn)養(yǎng)殖養(yǎng)殖尾水中，反硝化脫氮處理效果顯著，但是除磷效果只有去除率為32.57%±0.04%和22.22%±0.03%，效果不顯著。對于水體TOC的去除效果顯著。

4 結論

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