低CN对MUCT工艺性能的影响高艳娇

第30卷第1期辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.30,No.12010年2月JournalofLiaoningUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Feb.2010收稿日期：2009-10-30作者简介：高艳娇(1974-)，女，吉林公主岭人，副教授，博士。低C/N对MUCT工艺性能的影响高艳娇1，刘元1，张瑞烽2（1.辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁锦州121001;2.上海景水环境科技有限公司，上海200072）摘要：探讨了碳氮比较低（C/N＜5）时，不同原水进水C/N对MUCT工艺性能的影响。试验结果表明：随着进水C/N的增加，出水TN去除率升高，昀高为84.1%，缺氧区2出水NO3--N浓度从2.76mg/L降低到0mg/L；随着C/N的增加，好氧区的硝化速率下降，好氧吸磷率增加，缺氧区2吸磷常数有所增加，和利用复杂的有机物做为碳源的吸磷速率常数接近。关键词：低C/N；MUCT工艺；反硝化除磷中图分类号：X703.1文献标识码：B文章编号：1674-3261(2010)01-041-03EffectsofLowC/NonPerformancesofMUCTProcessGAOYan-jiao1,LIUYuan1,ZHANGRui-feng2（1.CivilEngineering&ArchitectureCollege,LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121001,China;2.ShanghaiLandscaping-waterEnvironment&TechnologyCo.,Ltd,Shanghai200072,China）Keywords:lowC/N；MUCTprocess;denitrifyingphosphorusremovalAbstract:TheeffectofdifferentinfluentC/NonPerformancesofMUCTprocessunderthelowconditionwasdiscussed.TheresultsshowedthatwheninfluentC/Nraised,effluentTNremovalrateheightenedandmaximalremovalratewas84.1%,NO3_N-concentrationfromanxioczone2variedfrom2.76mg/Lto0mg/L;wheninfluentC/Nraised,nitrifyingvelocityofaerobiczonereduced,Aerobicphosphorusuptakevelocityraised,andanxioczone2phosphorusuptakeconstantraisedandtheconstantreachedphosphorusuptakeconstantbecauseofusingcomplexorganicsascarbonsource.在各种生物脱氮除磷工艺中，MUCT（modifieduniversityofcapetown）工艺由于消除了硝酸盐氮对厌氧释磷过程的影响，而得到较为广泛的研究应用[1]。大量的实践运行结果表明，在采用该工艺的污水处理厂的污泥中存在着一定数量的反硝化聚磷菌（DPB）[2~4]。DPB具有和好氧聚磷菌极为相似的代谢特征[5~7]，它们以硝态氮作为电子受体，利用内碳源（PHB），通过“一碳两用”的方式同时实现反硝化脱氮和吸磷过程，解决了两过程竞争碳源的问题，对处理低碳氮比（C/N）的污水来说意义重大。本试验重点考察了低C/N比（C/N＜5）条件对MUCT工艺性能的影响。1材料与方法1.1试验装置图1工艺流程图MUCT工艺流程如图1所示。试验装置由有机DOI:10.15916/j.issn1674-3261.2010.01.00342辽宁工业大学学报(自然科学版)第30卷玻璃制成，分为厌氧区、缺氧区和好氧区。试验装置总容积90L.厌氧区和缺氧区内设有搅拌器，好氧区采用压缩空气曝气。试验的进水、混合液回流及污泥回流均由蠕动泵控制。试验温度为20±1℃.1.2试验用水试验用生活污水的水质见表1.试验水质指标的检测均采用国家规定的标准方法。表1试验用生活污水的水质水质指标浓度/mg·L-1COD300±10BOD5172±8TKN25~79NH4+-N23~77NO3--N﹤1TN26~80TP7.5±0.5pH值6.9~7.1碱度100~6002结果与讨论2.1原水进水C/N与总氮（TN）去除率的关系原水进水C/N与TN去除率之间的关系实验结果见图2.从图2可知，随着进水C/N从3.6增加到5.0，出水TN浓度由16.4mg/L降低到9.1mg/L，出水TN去除率由79.5%增加到84.1%.这是由于进水C/N比较低时，水中碳源严重不足，缺氧区2反硝化能力小，而进水硝化效果较好，缺氧区2硝酸盐氮（NO3－-N）浓度就会较高，出水总氮浓度主要由硝酸盐氮浓度决定的，也比较高。当进水C/N比增加到5.0后，进水碳源较充足，能够给反硝化菌提供更多的碳源，使反硝化进行的较快，硝化产生的硝酸盐能够被反硝化掉，因此出水硝酸盐氮浓度降低，致使出水总氮浓度降低，总氮去除率增加。图2进水C/N与TN去除率的关系2.2原水进水C/N、缺氧区2的出水NO3－-N浓度及混合液回流比2的关系原水进水C/N比与缺氧区2出水硝酸盐氮浓度及混合液回流比2的关系见图3.通过控制循环泵的流量控制混合液回流比。随着进水C/N由3.6增加到5.0，混合液回流比2由4.13增加到4.42，缺氧区2出水NO3--N浓度从2.76降低到0mg/L.这是由于进水C/N低时进水碳源少，反硝化作用弱，硝化作用占优势，硝酸盐浓度较高。随着C/N增加，反硝化菌利用增加的碳源把硝酸盐氮反硝化为氮气，使出水硝酸盐氮浓度降低。另外混合液回流比随着碳氮比的增加而增加，这样才能保证好氧区回流到缺氧区2进水中有足够的硝酸盐氮浓度，以在碳源增加的情况下，能够充分利用缺氧区DPB的反硝化除磷能力。图3进水C/N与硝酸盐氮浓度的关系2.3原水进水C/N比与好氧吸磷速率、硝化速率的关系图4表示进水C/N比与好氧吸磷速率、硝化速率的关系。从图4可以看出，随着C/N比的增加，好氧区的硝化速率下降，好氧吸磷率增加。这是由于C/N低时，整个工艺进水的氨氮在77mg/L左右，浓度较高，硝化菌可利用的底物浓度增加，所以硝化菌生长繁殖速度较快，系统表现出了较高的硝化速率和较好的硝化效果，出水氨氮浓度较低，在3.25mg/L以下。随着C/N比的不断增加，整个工艺进水的氨氮值降低，硝化速率有所下降。随着C/N比的增加，TN浓度减少，缺氧区吸磷率下降（由图5可知），使进入好氧区的磷浓度增加，使好氧聚磷菌生长繁殖速度增加，所以好氧吸磷速率增加。2.4原水进水C/N比与缺氧区2吸磷速率常数的关系本试验不同原水进水C/N比条件下缺氧区2吸磷速率常数见图5.在处理城市污水的过程中，反硝化菌即可利用快速生物降解COD作为碳源（速率常数为0.0318mgNO3--N/mgVSS·h），还可利用颗粒性慢速生物降解COD和复杂的有机物做为碳源（速率常数为0.0045mgNO3—-N/mgVSS·h）[8,9]。如图5所示，本试验的吸磷速率常数随着进水C/N有所增加，在0.0628~0.0645mgNO3--N/mgVSS·h之间，速率常数较低，接近于利用颗粒性慢速生物降解COD和复杂的有机物作为碳源的速率常数。第1期高艳娇等：低C/N对MUCT工艺性能的影响43本试验中采用的污水COD组分虽然多为溶解性可快速生物降解COD（由原水组成表1可知），但是污水首先进入厌氧区经历厌氧释磷过程，大部分COD已被转化为PHB储存在聚磷菌体内，剩余的COD在缺氧区1内经传统反硝化作用已基本被消耗，从缺氧区1流出的混合液中COD含量已很低，所以在缺氧区2内反硝化碳源可能主要为DPB体内储存的PHB，PHB作为碳源性质接近复杂的有机物，因此缺氧区的速率常数较低。图4进水C/N与硝化速率及好氧吸磷率的关系图5进水C/N比与缺氧区2吸磷速率常数的关系3结论(1)随着原水进水C/N的增加，出水TN浓度降低，出水TN去除率昀高为84.1%；随着进水C/N的增加，混合液回流比增加，缺氧区2出水NO3--N浓度从2.760mg/L降低到0mg/L.(2)随着原水进水C/N比的增加，好氧区的硝化速率下降，好氧吸磷率增加；随着进水C/N的增加，缺氧区2吸磷常数有所增加，但仍属较低范围，和利用颗粒性慢速生物降解COD和复杂的有机物作为碳源的吸磷速率常数较接近。参考文献：[1]史忠义,史京华,刘希曾,等.废水工程处理及回用[M].北京:化学工业出版社,2004:585-588.[2]KubaT,VanLoosdrechtMCM,BrandseFA,etal.OccurrenceofdenitrifyingphosphorusremovingbacteriainmodifiedUCT-typewastewatertreatmentplants[J].Wal.Res,1997,31(41):777-786.[3]祝贵兵,彭永臻.生物除磷设计与运行手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005:105-109.[4]KФSTGAARD,MCHRISTENSSON,ELIE,etal.AnoxicBiologecalphosphorusremovalinafull-scaleUCTprocess[J].WatRes,1997,31(11):2719-2726.[5]BortoneG,MarsiliLibelliS,TilcheA,etal.AnoxicphosphateuptakeintheDEPHANOXprocess[J].WatSciTech,1999,40(4~5):177-185.[6]WachtmeisterA,KubaT,vanLoosdrechtMCM,etal.Asludgecharacterizationforaerobicanddenitrifyingphosphorusremovingsludge[J].WatRes,1997,31(3):471-478.[7]MinoT,VanLoosdrechtMCM.Microbiologyandbiochemistryoftheenhancedbiologicalphosphateremovalprocess[J].WatRes,1998,32(11):3193-3207.[8]EBruce,Rittmann,Perry,etal.EnvironmentalBiotechnology:PrinciplesandApplications.MetcalfandEddy[M].Inc.McGraw-Hill,2001.[9]MHenze,CPLGrady,WGujer,etal.GeneralModelforSingleSludgeWastewaterTreatmentSystem[J].WaterResearch,1987,21(4):545-556.责任编校：刘亚兵