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中国环境科学2015,35(9):2636~2643ChinaEnvironmentalScience进水C/N对富集聚磷菌的SNDPR系统脱氮除磷的影响戴娴,王晓霞,彭永臻*,王淑莹(北京工业大学北京市水质科学与水环境重点实验室,北京100124)摘要:为了解富集聚磷菌(PAOs)的同步硝化反硝化除磷(SNDPR)系统的脱氮除磷特性,采用延时厌氧(180min)/低氧(溶解氧0.5~1.0mg/L)运行的SBR反应器,以实际生活污水为处理对象,通过投加固态乙酸钠调节进水C/N值(约为11,8,4,3),考察其对系统脱氮除磷特性及同步硝化反硝化(SND)脱氮率的影响.结果表明:C/N对系统的除磷性能没有影响,出水PO43--P浓度均稳定在0.3mg/L左右,这是由于系统内聚磷菌(PAOs)含量高,且在低氧段可同时发生好氧吸磷与反硝化吸磷.随着C/N的增大,出水NH4+-N浓度升高,C/N下降时,出水NO3--N浓度升高.此外,随着C/N的减小,厌氧段反硝化所消耗的COD占进水COD的比例增大,SND可利用的内碳源-PHAs储存量减少,但PHV的利用率增加;当C/N为4~8时,SND现象最明显,SND脱氮率达50.8%,而其它C/N条件下,SND脱氮率都有相应程度的减弱.C/N为8时,系统出水综合指标最好,TN去除率高达80.8%.关键词:同步硝化反硝化除磷;聚羟基脂肪酸—PHA;聚磷菌;低溶解氧;C/N中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1000-6923(2015)09-2636-08EffectofinfluentC/Nratioonsimultaneousnitrification-denitrificationandphosphorusremoval(SNDPR)enrichedwithphosphorusaccumulatingorganisms(PAOs).DAIXian,WANGXiao-xia,PENGYong-zhen*,WANGShu-ying(KeyLaboratoryofBeijingforWaterQualityScienceandWaterEnvironmentRecoveryEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China).ChinaEnvironmentalScience,2015,35(9):2636~2643Abstract:Thisstudyfocusedontheelucidationofthemechanismsofnitrogenandphosphorusremovalinsimultaneousnitrification-denitrificationandphosphorusremoval(SNDPR)systemsenrichedwithphosphorusaccumulatingorganisms(PAOs).Anextendedanaerobic(aerationduraction:180min)/lowaerobic(dissolvedoxygen:0.5~1.0mg/L)sequencingbatchreactor(SBR)fedwithdomesticwastewaterwasstudiedforSND(simultaneousnitrification-denitrification)efficiencyofSNDPRunderdifferentC/Nratios(3,4,8,and11)adjustedbyaddingsodiumacetateintothedomesticwaster.TheexperimentalresultsshowedthatthephosphorusremovalefficiencywasnotaffectedbyinfluentC/NratioswithaneffluentPO43--Pconcentrationlowerthan0.3mg/L,whichmightbecausedbytheenrichedPAOscapableofachievingasimultaneousaerobicphosphorusuptakeanddenitrifyingphosphorusuptakeatthelowaerobicphase.Incontrast,effluentNH4+-NconcentrationincreasedwiththeC/NratioandtheeffluentNO3--NconcentrationincreasedwiththedecreaseofC/Nratio.Theconsumptionofchemicaloxygendemand(COD)forexogenousdenitrificationincreasedwiththedeceaseinC/Nratio.ThestoragecapacityofPHAs(poly-hydroxyalkanoates)forSNDwasreduced,butitsutilizationofPHV(Volatilefattyacids)wasincreased.SNDefficiencyreachthepeakvalueof50.8%attheC/Nratioof4~8,andtotalnitrogen(TN)removalefficiencyreached80.8%attheC/Nratioof8.Keywords:simultaneousnitrificationdenitrificationandphosphorusremoval(SNDPR);poly-hydroxyalkanoates(PHAs);phosphorousaccumulatingorganisms(PAOs);lowdissolvedoxygen;C/N强化生物除磷技术(EBPR)主要通过PAOs在厌氧条件下水解细胞内的多聚磷酸盐颗粒和糖原来获得能量,并且把正磷酸盐释放到细胞外,利用这一过程所获得的能量来吸收水体中的可挥发性有机酸,并将之转化为细胞的内碳源聚羟基脂肪酸—PHA.在好氧条件下PAOs分解厌氧条件下生成的PHA产生能量,一部分用以满足自身的生长及合成代谢,另一部分用于糖原的合成并吸收水中的磷酸盐,以达到除磷的目的[1].同步硝化反硝化(SND)是指在空间上没有明显缺氧收稿日期:2015-02-06基金项目:国家”863”计划项目(2011AA060903-02);北京市教委资助项目*责任作者,教授,pyz@bjut.edu.cn9期戴娴等:进水C/N对富集聚磷菌的SNDPR系统脱氮除磷的影响2637和好氧分区或者在微溶解氧的条件下,硝化和反硝化反应在空间和时间上同步进行的生物脱氮过程[2].将EBPR耦合SND系统(即SNDPR系统)进行污水的脱氮除磷,可在保证系统稳定除磷的基础上实现污水的脱氮过程.当SNDPR系统采用延时厌氧时,有利于强化内碳源的储存;且其好氧段采用低氧曝气(DO在0.5~1.0mg/L)时,与传统硝化反硝化脱氮过程相比可节省50%以上的曝气量[3-8].但目前将EBPR与SND耦合实现低碳比污水的强化脱氮除磷还很少有报道,有关进水C/N比对该耦合系统脱氮除磷特性的影响还没未见报道.本实验研究进水C/N比对SNDPR系统脱氮除磷特性和同步硝化反硝化特性的影响,并为SNDPR系统在不同C/N比废水的实际应用提供依据.1材料与方法1.1试验装置与运行方式试验用反应器为序批式反应器(SBR),采用有机玻璃制成,为敞口式反应器,总容积为12L,有效容积为8L,进水体积为3L,充水比为0.375.反应器采用延时厌氧搅拌/低氧曝气搅拌的运行方式,每天运行4周期,每周期为6h,其中进水30min,延时厌氧180min,好氧150min,沉淀20min,排水10min.采用机械搅拌方式,搅拌速度为120r/min.反应器内污泥浓度为维持在2500~3000mg/L,污泥龄(SRT)为10d.反应器内温度通过PLC系统反馈调节控制在(25±1)℃,低氧曝气段溶解氧(DO)浓度控制在(0.7±0.2)mg/L.沿反应器有机玻璃壁的垂直方向设置一排取样口,用于取样和排水.1.2试验用水水质试验用水取自北京市某家属区化粪池生活污水,具体水质为:COD为150~230mg/L,NH4+-N浓度为58~75mg/L,NO2--N浓度1.0mg/L,NO3--N浓度0.1~1.4mg/L,P浓度5.6~8.6mg/L,pH7.3~7.6.试验过程中,通过向生活污水中投加不同质量的无水乙酸钠来调控进水C/N比(乙酸钠的投加量根据进水C/N比确定,且在C/N比为1~3时不投加外碳源).922PLCD/A12341112141357621161920108151718图1SBR试验装置示意Fig.1Diagramofthesequencingbatchreactor(SBR)1.进水水箱;2、10.蠕动泵;3.搅拌桨;4.搅拌器;5.气泵;6、8、19.电磁阀;7.气体量计;9.曝气盘;11.排泥池;12.排水水箱;13.PH、DO测定仪;14.ORP测定仪;15.ORP探头;16、20.取样口;17.PH探头;18.DO探头;21.PLC控制箱;22.电脑1.3试验用泥试验用接种污泥为本实验室处理生活污水的SNDPR-SBR反应器,该系统已稳定运行120d,且具有较好的脱氮除磷性能.系统出水P浓度稳定维持在0.5mg/L以下;系统NH4+-N去除率平均达95%,TN去除率达65%以上.通过荧光原位杂交技术(FISH)结果显示该系统内PAOs约占全菌总数34%±3%.本实验FISH分析过程中采用的聚磷菌探针为PAOmix,是由PAO462,PAO651和PAO846按相同比例混合而成.全菌探针为EUBmix,是由EUB338,EUB338Ⅱ,EUB338Ⅲ按相同比例组成.聚糖菌探针为GAOmix,是由GAO431和GAO989按相同比例混合而成[6].1.4SND率的计算方法SND率是指通过同步硝化反硝化作用去除的NH4+占进水NH4+的百分比;其计算方法见式(1):2638中国环境科学35卷SND(%)=4NOproduced1NHremovalx−+⎛⎞−⎜⎟⎝⎠×100(1)式中:NOproducedx−为系统进、出水NOx-的差值,mg/L;4NHremoval+为系统进、出水中氨氮变化量减去同化和细胞衰减共同作用的氨氮变化量,mg/L[4-5].1.5检测方法水样经过中速滤纸(最大孔径15~20µm)过滤后测定以下各参数:NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TP采用LACHAT-8500型流动注射仪测定;COD采用联华5B-3(B)COD多元快速测定仪测定;MLSS与MLVSS采用重量法测定;pH值、温度与DO值采用WTWpH/Oxi340i测定;PHA及其组分、挥发性脂肪酸(VFA,volatilefattyacids)采用Agilent6890N型气相色谱仪测定[3].2结果与讨论2.1C/N对SNDPR系统硝化性能的影响由图2可知,当C/N为3~1和4时,系统硝化性能较好,出水NH4+-N浓度在1.3~1.7mg/L,NH4+-N去除率在97%以上.当C/N11时,出水NH4+-N浓度最高,平均值达12.5mg/L;NH4+-N去除率最低,仅为81.3%.有文献指出,在高的C/N下,随着有机碳源的增加,异养菌会优先利用氨物质进行合成代谢,大量消耗DO,从而抑制自养好氧型硝化菌的活性,并阻碍硝化作用的顺利进行[9-11].但同化作用去除的氨氮与进水BOD的比例仅为2%~5%[12],因此氨氮的去除主要还是通过硝化反硝化作用.在本实验中C/N11时,出水NH4+-N浓度最高,但NO3--N、NO2--N浓度含量较低,这是由于C/N11时碳源充足,在好氧地溶解氧段反硝化细菌利用外碳源将NO3
本文标题:N对富集聚磷菌的SNDPR系统脱氮除磷的影响
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