摘要：試驗(yàn)結(jié)果表明，軟性載體淹沒(méi)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(shí)間為9h（其中厭氧3h、好氧6h）、進(jìn)水COD負(fù)荷為0.27～1.32 kgCOD/（m3·d）時(shí)，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 Reactor of Submerged Biofilm Process
Abstract：The study result showed 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 0.27～1.32 kgCOD/（m3·d），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 removal
1 淹沒(méi)式生物膜法除磷工藝選擇
1.1 淹沒(méi)式生物膜法除磷的條件
在厭氧條件下，若廢水中沒(méi)有DO或氧化態(tài)氮，一般無(wú)聚磷能力的好氧菌及脫氮菌，不能產(chǎn)生ATP（三磷酸腺苷），所以這類(lèi)微生物不能攝取細(xì)胞外的有機(jī)物，即不能進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸。但是，另一類(lèi)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(shí)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—β—羥基丁酸）及糖原等有機(jī)顆粒的形式儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)；同時(shí)將聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸鹽排出胞外，這時(shí)細(xì)胞內(nèi)還會(huì)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(lái)攝取廢水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)。微生物在增殖過(guò)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(guò)程，并作為剩余污泥排走[1].
由生物除磷機(jī)理可見(jiàn)，若想采用淹沒(méi)式生物膜法除磷，必須解決四方面的問(wèn)題：①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(shì)菌屬，實(shí)現(xiàn)其增殖；②供給必要的有機(jī)碳源（由廢水提供）；③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(shì)菌屬的生物膜生長(zhǎng)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；④污泥沉淀后應(yīng)及時(shí)排出系統(tǒng)。
1.2 淹沒(méi)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(duì)一般生物膜法來(lái)說(shuō)，無(wú)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(gè)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(shí)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(shí)，混合液也可在時(shí)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。
試驗(yàn)用反應(yīng)器是有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為15cm，反應(yīng)器內(nèi)有效容積為18L，其中沉淀池容積為2L.其試驗(yàn)進(jìn)水的TP平均為10.0mg/L，COD為370.0mg/L，溫度為25℃，好氧狀態(tài)的DO平均為5.5mg/L.
裝填密度是指生物膜與載體所占容積與整個(gè)反應(yīng)器容積之比。在分別做了裝填密度：37.5%、實(shí)用裝填密度：30%以及較低裝填密度：22.5%的對(duì)比試驗(yàn)后，確定較適宜的裝填密度為30%.此時(shí)，反應(yīng)器中的纖維載體的比表面積為2.66m2/L.
生物膜培養(yǎng)采用A/O交替運(yùn)行方式歷時(shí)3個(gè)月，菌種取自一般活性污泥工藝。在之后的工藝參數(shù)和影響因素的試驗(yàn)中，取運(yùn)行條件改變后2周的水樣進(jìn)行測(cè)定。
2.2 原水和主要分析方法
原水用自來(lái)水加蛋白胨配制，同時(shí)還投加少量氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉等，配制后水質(zhì)如表1所示。
表1 原水水質(zhì)表 水質(zhì)指標(biāo)COD（mg/L）TN（mg/L）NH+4-N（mg/L）NO-3-N（mg/L）NO-2-N（mg/L）測(cè)定值250～40030～6010～200.20.1水質(zhì)指標(biāo)TP（mg/L）SP（mg/L）pH堿度（mg/L）BOD5（mg/L）測(cè)定值8～107～97.3380～440180～300 注：COD為重鉻酸鉀法；TN為過(guò)硫酸鉀—紫外分光光度法；NH+4-N為納氏試劑光度法；NO-3-N、NO-2-N為離子色譜法；TP為過(guò)硫酸鉀氯化亞錫還原光度法。
關(guān)鍵詞：序批式 生物膜 生物除磷
Study on the Characteristics of Phosphorus Removal in Sequencing Batch Reactor of Submerged Biofilm Process
Abstract：The study result showed 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 0.27～1.32 kgCOD/（m3·d），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 removal
1 淹沒(méi)式生物膜法除磷工藝選擇
1.1 淹沒(méi)式生物膜法除磷的條件
在厭氧條件下，若廢水中沒(méi)有DO或氧化態(tài)氮，一般無(wú)聚磷能力的好氧菌及脫氮菌，不能產(chǎn)生ATP（三磷酸腺苷），所以這類(lèi)微生物不能攝取細(xì)胞外的有機(jī)物，即不能進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸。但是，另一類(lèi)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(shí)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—β—羥基丁酸）及糖原等有機(jī)顆粒的形式儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)；同時(shí)將聚磷酸鹽分解所產(chǎn)生的磷酸鹽排出胞外，這時(shí)細(xì)胞內(nèi)還會(huì)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(lái)攝取廢水中的磷，并把所攝取的磷合成聚磷酸鹽而儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)。微生物在增殖過(guò)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(guò)程，并作為剩余污泥排走[1].
由生物除磷機(jī)理可見(jiàn)，若想采用淹沒(méi)式生物膜法除磷，必須解決四方面的問(wèn)題：①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(shì)菌屬，實(shí)現(xiàn)其增殖；②供給必要的有機(jī)碳源（由廢水提供）；③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(shì)菌屬的生物膜生長(zhǎng)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；④污泥沉淀后應(yīng)及時(shí)排出系統(tǒng)。
1.2 淹沒(méi)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(duì)一般生物膜法來(lái)說(shuō)，無(wú)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(gè)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(shí)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(shí)，混合液也可在時(shí)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。
試驗(yàn)用反應(yīng)器是有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑為15cm，反應(yīng)器內(nèi)有效容積為18L，其中沉淀池容積為2L.其試驗(yàn)進(jìn)水的TP平均為10.0mg/L，COD為370.0mg/L，溫度為25℃，好氧狀態(tài)的DO平均為5.5mg/L.
裝填密度是指生物膜與載體所占容積與整個(gè)反應(yīng)器容積之比。在分別做了裝填密度：37.5%、實(shí)用裝填密度：30%以及較低裝填密度：22.5%的對(duì)比試驗(yàn)后，確定較適宜的裝填密度為30%.此時(shí)，反應(yīng)器中的纖維載體的比表面積為2.66m2/L.
生物膜培養(yǎng)采用A/O交替運(yùn)行方式歷時(shí)3個(gè)月，菌種取自一般活性污泥工藝。在之后的工藝參數(shù)和影響因素的試驗(yàn)中，取運(yùn)行條件改變后2周的水樣進(jìn)行測(cè)定。
2.2 原水和主要分析方法
原水用自來(lái)水加蛋白胨配制，同時(shí)還投加少量氯化銨、硫酸鎂、磷酸二氫鉀、氯化鈣、氯化鈉等，配制后水質(zhì)如表1所示。
表1 原水水質(zhì)表 水質(zhì)指標(biāo)COD（mg/L）TN（mg/L）NH+4-N（mg/L）NO-3-N（mg/L）NO-2-N（mg/L）測(cè)定值250～40030～6010～200.20.1水質(zhì)指標(biāo)TP（mg/L）SP（mg/L）pH堿度（mg/L）BOD5（mg/L）測(cè)定值8～107～97.3380～440180～300 注：COD為重鉻酸鉀法；TN為過(guò)硫酸鉀—紫外分光光度法；NH+4-N為納氏試劑光度法；NO-3-N、NO-2-N為離子色譜法；TP為過(guò)硫酸鉀氯化亞錫還原光度法。