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1、淹沒序批式生物膜法除磷工藝特性研究摘要:試驗(yàn)結(jié)果表明,軟性載體淹沒序批式生物膜法是行之有效的除磷工藝。在載體裝填密度為30,水力停留時間為9h(其中厭氧3h、好氧6h)、進(jìn)水COD負(fù)荷為0.271.32 kgCOD/(m3d)時,磷的去除率達(dá)90以上。試驗(yàn)中,還就影響除磷的因素作了系統(tǒng)的分析。 關(guān)鍵詞:序批式 生物膜 生物除磷 Study on the Characteristics of Phosphorus Removal in Sequencing Batch Reactorof Submerged Biofilm ProcessAbstract:The study result sho

2、wed that the sequencing batch reactor of submerged biofilm process with fibrous carriers is effective in phosphorus removal.When the carrierpacking percentage is 30%,hydraulic retention time (HRT) is 9 h (including 3 h for anaerobic zone and 6 h for aerobic zone),and influent loading rate is 0.271.3

3、2 kgCOD/(m3d),over 90% of phosphorus removal is achieved.In the test,a systematic analysis was also made for the factors affecting phosphorusremoval.Keywords:sequencing batch reactor;biofilm process;biological phosphorus removal1淹沒式生物膜法除磷工藝選擇1.1淹沒式生物膜法除磷的條件在厭氧條件下,若廢水中沒有DO或氧化態(tài)氮(NO-X),一般無聚磷能力的好氧菌及脫氮菌,

4、不能產(chǎn)生ATP(三磷酸腺苷),所以這類微生物不能攝取細(xì)胞外的有機(jī)物,即不能進(jìn)行主動運(yùn)輸。但是,另一類叫做除磷菌的細(xì)菌卻能分解細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽同時產(chǎn)生ATP,并利用ATP將廢水中的脂肪酸等有機(jī)物攝入細(xì)胞,以PHB(聚羥基丁酸)及糖原等有機(jī)顆粒的形式儲存于細(xì)胞內(nèi);同時將聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸鹽排出胞外,這時細(xì)胞內(nèi)還會誘導(dǎo)產(chǎn)生相當(dāng)量的聚磷酸鹽激酶。一旦進(jìn)入好氧環(huán)境,除磷菌又可利用PHB氧化分解所釋放的能量來攝取廢水中的磷,并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而儲存于細(xì)胞內(nèi)。微生物在增殖過程中,在好氧環(huán)境下所攝取的磷比在厭氧環(huán)境下所釋放的磷多,廢水的生物除磷正是利用了微生物的這一過程,并作為剩余污泥排走1。由

5、生物除磷機(jī)理可見,若想采用淹沒式生物膜法除磷,必須解決四方面的問題:必須滿足除磷菌習(xí)性,使生物膜交替處于厭氧、好氧的狀態(tài),并逐步使除磷菌成為優(yōu)勢菌屬,實(shí)現(xiàn)其增殖;供給必要的有機(jī)碳源(由廢水提供);最后的磷排出必須是以脫落污泥的形式,這就要求除磷菌為優(yōu)勢菌屬的生物膜生長要快,且應(yīng)在好氧狀態(tài)下能脫落,即需有足夠的曝氣強(qiáng)度和選擇合適的生物膜載體;污泥沉淀后應(yīng)及時排出系統(tǒng)。1.2淹沒式生物膜法除磷工藝選擇細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含磷約2%(以質(zhì)量計(jì)),所以傳統(tǒng)的生物膜法最多只能去除污水中約20%的磷。對一般生物膜法來說,無論是A/O(厭氧/好氧)工藝還是A2/O(厭氧/缺氧/好氧)工藝,由于是在空間上造成A或O的狀

6、態(tài),微生物只能持續(xù)地處于A或O的單一狀態(tài),而不能處于A/O交替的狀態(tài),因此,不具備生物除磷的條件,也就達(dá)不到生物除磷的目的2。而序批式生物處理工藝集曝氣、沉淀于一池,運(yùn)轉(zhuǎn)按進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水等幾個階段進(jìn)行,污水間歇而有序地進(jìn)入反應(yīng)池和排出反應(yīng)池。由于序批式工藝的特殊性,設(shè)計(jì)合理,可使生物膜在時間上交替處于A/O狀態(tài),從而有望實(shí)現(xiàn)生物除磷的目的,同時,混合液也可在時間上交替處于A/O狀態(tài),從而有望實(shí)現(xiàn)生物脫氮。2試驗(yàn)方法2.1試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置如圖1所示。由圖2可知,磷釋放主要集中在前3 h內(nèi),之后的9 h,磷釋放現(xiàn)象雖有,但幅度很小。聚磷菌只有充分釋放磷后,才能很好地過量攝取磷,從而達(dá)到生物

7、除磷的目的。另一方面,厭氧時間過長,將導(dǎo)致廢水在整個反應(yīng)器中的停留時間過長,很不經(jīng)濟(jì)。因此,依據(jù)試驗(yàn)曲線,確定厭氧段所需時間為3h。2007-04-29為確定合適的好氧時間段,也將3h厭氧后的好氧段時間延長至17h,并測定了相應(yīng)TP和各種形態(tài)氮濃度的變化曲線(見圖3、4)。由圖3可見,好氧聚磷在好氧開始后2h內(nèi)已近完成,但為保證硝化,筆者將好氧時間定為6h。由圖4知,在6h后的NH+4-N1mg/L,硝化基本完成,此時總氮的去除率達(dá)56.6%。3.2進(jìn)水COD負(fù)荷試驗(yàn)中,采用4種COD進(jìn)水負(fù)荷考察COD、TP的變化規(guī)律(見圖5、6)。由圖5可知,軟性填料序批式生物膜法可承受較高的COD負(fù)荷,且

8、在厭氧段有較高的COD吸收速率。在進(jìn)水負(fù)荷為1.32kgCOD/(m3d)(相應(yīng)進(jìn)水COD濃度為496.8mg/L)時,厭氧段COD吸收值為212.5mg/L;而進(jìn)水負(fù)荷為1 kgCOD/(m3d)(相應(yīng)進(jìn)水COD濃度為375.0mg/L)時,吸收值為203.1mg/L,這說明在進(jìn)水負(fù)荷為1kgCOD/(m3d)時,厭氧段COD吸收值已趨于極大值,并表明了不是所有的有機(jī)物都可以作為細(xì)胞的合成物質(zhì)的。所以,筆者確定該工藝適宜進(jìn)水COD負(fù)荷為0.271.32kgCOD/(m3d)。由圖6可知,COD負(fù)荷越高,磷釋放速率、磷吸收速率也就越快,出水的TP濃度也就越低。無論是低負(fù)荷0.27kgCOD/(m3d)還是高負(fù)荷1.32kg COD/(m3d),該工藝均可使出水TP濃度低于1mg/L。同時,以上試驗(yàn)也說明了磷釋放所能達(dá)到的最大值與有機(jī)物的最大被吸收量有關(guān),磷釋放量隨有機(jī)物吸收量的增加而增加。3.3 基質(zhì)的影響試驗(yàn)比較了在相同進(jìn)水COD負(fù)荷1kgCOD/(m3d)時,分別以蛋白胨、葡萄糖、乙酸為基質(zhì)的TP變化情況(見圖7)。 缺氧開始后3 h內(nèi)吸磷均速為0.70mg/(Lh),約為好氧吸磷均速的1/6,這是由于無氧呼吸的代謝速率和產(chǎn)能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于有氧呼吸。由此可看出,該工藝如果再加上缺氧段

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