全 文 ：第 ! 卷第 # 期
$%&& 年 && 月
生"物"加"工"过"程
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fB>;! ,B;#
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收稿日期%$%&& <%1 <&&
基金项目%南京工业大学自然科学基金资助项目"!4%3%%##
作者简介%苏婉琳"&!3(#女$四川成都人$硕士研究生$研究方向%废水的生化处理&韩萍芳"联系人#$教授$0*HGD>%8UCgEP=?;AI=;XE
传统厌氧c好氧生物除磷与厌氧c缺氧反硝化
除磷效能的比较
苏婉琳$韩萍芳
"南京工业大学 环境学院$南京 $&%%%!#
摘"要%采用序批式反应器"Y-e#$对比厌氧2好氧"L2[#和厌氧2缺氧"L2L#$ 种运行模式对模拟生活和工业混合
污水同时脱氮除磷的效能( 结果表明%反硝化聚磷菌完全可以在厌氧2缺氧交替运行条件下得到富集$稳定运行的
$ 种模式对有机物和 9的去除率分别保持在 !%h和 3(h以上$且 L2LY-e具有更强的释磷能力$其释磷量比
L2[Y-e高出 &c$ 倍( 进一步试验表明%磷的释放在有无硝酸盐的情况下效果是不同的( $ 个系统内污泥均有反
硝化除磷能力$L2LY-e中所含反硝化聚磷菌"/9L[#的比例是L2[Y-e的 1c(# 倍( $ 种模式出水水质都能取得
较好的效果$且能实现同步除磷脱氮$而反硝化除磷在生物除磷方面更具优势(
关键词%活性污泥&反硝化除磷&生物除磷&序批式反应器
中图分类号%Q4%c&""""文献标志码%L""""文章编号%$ <#43"$%&&#%# <%%1! <%(
,2I954.12/J0FM00/F45G.F.2/56J.262;.:569-219-243140I2A56JL
5/5042J.:c5042J.:5/GG0/.F4.7L./; 9-219-243140I2A56JL
5/5042J.:c5042J.:
YRSGE>DE$NL,9DEFCGEF
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6G?X8 @AGX?B@
""废水处理中强化生物除磷过程因其具有经济
性的优势而得到广泛的运用( 在强化生物除磷过
程中聚磷菌"9L[#起着关键性作用$这类微生物能
够以氧作为电子受体将废水中的 9聚集在细胞内
以聚磷"UB>V*9#的形式储存*&+ ( 最近的研究表明$
一部分聚磷菌可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为
电子受体进行磷吸收$这类微生物被称为反硝化聚
磷菌"/9-# *$ <1+ ( 反硝化聚磷菌与好氧聚磷菌的
聚
!
羟基烷酸"9NLJ#和糖原代谢机理是相同的$
只是产能效率"92[$以每摩尔 ,L/N生成的 Lb9
摩尔数表示#有所差别( 以,[<
作为电子受体时的
产能效率比以 [
$
作为电子受体时低 1%h$缺氧吸
磷速率比好氧吸磷要慢$但反硝化聚磷菌有着与好
氧聚磷菌同样高的强化生物除磷功能*( <4+ ( 众所周
知$硝酸盐的存在对厌氧阶段释磷有抑制作用*3+ (
因此$在实际中生物除磷常常和反硝化结合使用$
使聚磷和反硝化这 $ 个独立的过程在缺氧环境下有
/9-的参与而同时完成( 与传统好氧生物除磷相
比$可以使 )[/耗量节省 (%h)氧气耗量降低
%h$而且还可使污泥产量减少约 (%h$适合处理
低碳量浓度的污水"进水 )[/小于 1%% HF2.的情
况比较普遍# *! <&%+ ( 影响两者除磷差异不同的主要
因素有)源浓度),[
)UN)溶氧"/[#和污泥停留
时间"Yeb#等(
笔者拟用人工模拟废水在序批式反应器
"Y-eY#的 $ 种不同运行方式下%厌氧2好氧交替
Y-e"L2[Y-e#与厌氧2缺氧交替 Y-e"L2LY-e#
对污染物的去除性能及同时脱氮除磷的特性进行
相关研究$重点考察有无硝酸盐对磷释放的影响及
在好氧和缺氧条件下磷的吸收规律$为反硝化除磷
技术在脱氮除磷的实际工程应用提供理论依据(
D?材料与方法
DND?实验装置
L2[Y-e和L2LY-e并联运行做对比试验研
究$系统装置如图 & 所示( $ 套序批式反应器均为
有机玻璃制成$有效容积为 # .$反应器的柱体内
径为 &( XH$高度为 1% XH$反应器顶盖上开有进料
口( 缺氧段根据需要加入硝酸盐溶液( Y-e运行
的每个周期进)排水量都保持在 .$即排水后反
应器中还剩余 .泥水混合物( 在反应器中间与
靠近底部有取样"兼排水#和排泥口$另有曝气装
置供氧$电动搅拌器保持污泥混合均匀$微电脑定
时控制器实现进水)搅拌)曝气)沉降)排水的自动
控制(
&进水箱&$空压机&气体流量计&1微孔曝气头&
(搅拌机&#进药箱&4加热棒&3出水口&
!排泥管&&%Y-e反应器&&&电磁阀
图 D?试验装置流程示意
O.;=D?!:-0I5F.:G.5;45I270Z904.I0/F56942:011
DNB?接种活性污泥
接种污泥取自某石化水厂净一车间污水处理
厂传统活性污泥法装置中二沉池的回流活性污泥$
其混合液挥发性悬浮固体质量浓度"T.fYY#2混合
液悬浮固体质量浓度"T.YY#为 %c4#( 前期在 & 个
反应器中驯化培养至 # F2.后$均分至 $ 个反应器$
使污泥性状完全一致$注入试验用的人工合成废
水$进行污泥的连续驯化培养(
DNQ?实验水质
实验用水采用人工模拟配制的生活和工业混
合污水$向配水中投加乙酸钠",GLX#和 N^
$
9[
1
以
获得不同浓度的 )[/和总磷 "b9#$硝酸盐氮
",[
<
*,#由 ,^[
提供( 同时加入,N
1
)>%c&%1 F2.$
TFY[
1
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$
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$
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$
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素溶液>H>2.( 水温保持在$% k% l$UN4c% i%c&(
最终的8")[/#p8",#p8"9#为 1%%p%p!( 微量元
素溶液成分为"F2.#%]A)>
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$
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#N
$
[%c&((
DNV?反应器的运行
$ 套系统每天均运行 个周期$每个周期 3 8$
分别按照厌氧2好氧和厌氧2缺氧交替模式连续运
行$系统在厌氧前 &% HDE 进水( 具体运行工况见
表 &(
%( 生"物"加"工"过"程"" 第 ! 卷"
表 D?!8_反应器运行工况
E5J60D?+9045F./; :2/G.F.2/1./!8_
反应器 驯化方式 厌氧时间28
好氧
时间28
缺氧
时间28
沉淀排水
时间28
&v 厌氧 好氧 1 &
$v 厌氧 缺氧 1 &
""系统泥龄控制在 &( I左右$好氧过程中溶解氧
"/[#控制在 & k HF2.$反应器中的 T.YY 控制在
F2.( 随着驯化时间的延长$Y-e反应器的出水水
质均逐渐变好$9[<
1
*9浓度明显降低$当反应器磷
和氮的去除率均连续 & 周均稳定在 3(h以上$基本
检测不到 9[<
1
*9和亚硝酸盐氮",[<
$
*,#存在$表
明实现了同步脱氮除磷*&&+ $认为好氧聚磷菌和反硝
化聚磷菌诱导成功(
DNW?分析方法
UN))[/) 氨氮 ",Nj
1
*,#) ,[
<
$
*,) ,[
<
*,)
9[
<
1
*9)T.YY 和 Tf.YY 的 分 析 均 采 用 标 准
方法*&$+ (
B?结果与讨论
BND?*c+!8_与 *c*!8_系统对 ,+U的去除
效果比较
"")[/是污水处理中用来表征污水有机物含量
的常用指标$所以是否对 )[/有较好去除效果直
接影响反应器的除污性能( 反应器对)[/的去除
效果见图 $( 由图 $ 可知%L2[Y-e和 L2LY-e
出水平均 )[/分别为 11c&( 和 (%c$$ HF2.$平均
去除率分别为 !&c(1h和 33c#1h$可见 $ 套系统
对 )[/的去除是稳定且高效的$且两者去除效果
相差不大$L2[Y-e略好( 在试验过程中发现
)[/的去除基本是在厌氧段$即在厌氧条件下吸
收挥发性脂肪酸"乙酸钠#$并将其运输到细胞内$
同化成胞内 )源储存物质聚
!
羟丁酸"9N-#(
L2LY-e由于采用间歇式培养$厌氧段结束时$只
有小量剩余有机物进入缺氧段$不会造成电子供
体与电子受体共存$保证了系统中反硝化聚磷菌
的富集(
图 B?*c+!8_与*c*!8_系统对,+U去除效果的影响
O.;=B?#70:F127*c+!8_5/G*c*!8_2/,+U40I2A56
BNB?*c+!8_与 *c*!8_系统对 X+Qd
V
HX去除
效果比较
""反应器除磷能力变化规律见图 ( 由图 可知%
L2[Y-e和L2LY-e在接种相同污泥后运行的初期
除磷能力都较弱$除磷率均低于 #%h( 随着驯化时
间的延长以及对系统运行条件的优化$L2[Y-e厌
氧结束时的最大释磷量逐渐增加$稳定期厌氧结束时
系统最大释磷量为 (%c&$ HF2.$出水9[<
1
*9质量浓
度达到 & HF2.以下$9[<
1
*9去除率平均为 33c#h(
L2LY-e中在缺氧段连续加入 % HF2.硝酸盐形成
缺氧环境$随着驯化时间的延长$出水水质逐渐变好$
厌氧结束时系统最大释磷量为 #%c&1 HF2.$是 L2[
Y-e的 &c$ 倍$出水 9[<
1
*9质量浓度平均为 &c#!
HF2.$在相同驯化时间内系统9[<
1
*9去除率平均为
3!c(!h( 结果表明%在进水9[<
1
*9浓度相差不大的
情况下$由于缺氧吸磷速率比好氧吸磷速率低$导致
厌2缺氧末出水中9[<
1
*9浓度高于L2[Y-e( 在试
验中还发现$厌氧 &c( 8内表现出的释磷量随厌氧时
间的延长快速增加$在此后的厌氧段释磷曲线较平
缓$增加的释磷量有限$可以认为在低)源的情况下$
厌氧 $ 8内聚磷微生物释磷效率较高$在工程中可适
当减少厌氧时间$同样也能取得较好的厌氧释磷效
果$这对反硝化除磷用于实际工程具有一定的实际指
导意义(
&("第 # 期 苏婉琳等%传统厌氧2好氧生物除磷与厌氧2缺氧反硝化除磷效能的比较
图 Q?*c+!8_与*c*!8_系统对X+Qd
V
HX去除效果的影响
O.;=Q?#70:F127*c+!8_5/G*c*!8_2/X+
Qd
V
HX40I2A56
BNQ?有)无硝酸盐对释磷的影响
取驯化成熟的 L2[Y-e和 L2LY-e污泥$考
察在乙酸钠",GLX#存在的条件下有)无硝酸盐时两
系统的释磷规律"图 1#(
由图 1 可知%$ 种不同运行模式下的污泥在厌
氧条件下表现出同样的生化代谢特征( 两反应器
中的污泥在厌氧条件下的释磷能力逐步提高%
L2[Y-e系统在厌氧 $ 8 内 9[<
1
*9质量浓度由
(c&$ HF2.上升为 (#c(! HF2.$释磷速率为 3c(3
HF2"F!8#( 且在前 & 8 释磷速率最快$而L2LY-e
污泥在 $ 8内的释磷量由最初的 4c4 HF2.提高至
14c&! HF2.$释磷速率为 #c# HF2"F!8#$这与
YBHDVG等*&+研究结果一致( 从图 1"6#可以看出%
尽管存在硝酸盐$在乙酸钠存在的条件下$L2LY-e
反应器中还是会释放一定量的磷$这是因为在这些
条件下乙酸钠会合成 9N-*&1+ $这个与图 1"G#没有
硝酸盐的情况是相同的( 在缺氧条件下 "图 1
"6##$有硝酸盐存在时磷的释放量 "L2[ Y-e
4c( HF2.和 L2LY-e$$c#& HF2.#比没有硝酸
盐时释放量少"L2[Y-e(#c(! HF2.和 L2LY-e
14c&! HF2.#( 试验中还发现当乙酸钠完全消耗
时$在缺氧条件下发生磷的吸收$而且传统好氧聚
磷菌和反硝化聚磷菌吸磷速率几乎相同$这种现象
与 =^6G等*&(+的研究相一致(
图 V?在乙酸钠存在时硝酸盐对磷浓度的影响
O.;=V?#70:F127/.F45F02/9-219-2431M.F-$5*::2/:0/F45F.2/
BNV?反硝化聚磷菌在污泥中比例
为了区分聚磷菌 "9L[# 与反硝化聚磷菌
"/9L[#以及量化反硝化吸磷量$在聚磷菌的富集过
程中$笔者在稳定时期分别对 $反应器中/9L[占总
9L[的比例进行考察"图 (#( 按照/9L[在缺氧及
好氧条件下具有相同的吸磷速率的假设*#+ $根据
.
/9L[
mM
GE
2M
GA
来计算.
/9L[
$式中%.
/9L[
为/9L[占总
9L[的比例&M
GE
为缺氧吸磷速率$HF2"F!8#&M
GA
为好
氧吸磷速率$HF2"F!8#(
由图 (可知%聚磷菌富集过程中$L2[Y-e稳定
时期好氧吸磷速率为 &&c&3 HF2"F!8#$相应的缺氧
吸磷速率为 &c& HF2"F!8#$/9L[占总9L[的比例
为 &%c&&h( 与 L2[Y-e相比$稳定时期 L2LY-e
的缺氧吸磷速率为 1c!& HF2"F!8#$好氧吸磷速率为
&%c(3 HF2"F!8#$相应的 /9L[占总 9L[比例为
1#c1%h$接近于 SGX8?HADJJ?A@等*#+ 研究的结果
$( 生"物"加"工"过"程"" 第 ! 卷"
"(%h#( 两者相比$L2LY-e所含 /9L[的比例是
L2[Y-e的 1c(#倍$这说明采用缺氧段投加硝酸盐
能够诱导反硝化聚磷菌的生长$而厌氧2好氧的模式
明显更利于传统好氧聚磷菌的生长$较低的/9L[比
例主要是由较高的好氧吸磷速率导致的(
图 W?*c+!8_和*c*!8_工艺对UX*+的影响
O.;=W?#70:F127*c+!8_5/G*c*!8_2/U*X+942924F.2/
Q?结论
&# L2[与L2L$ 种运行模式下 Y-e对有机物
和磷均有良好的去除效果( 系统平均去除率分别
在 !%h和 3(h以上( )[/基本在厌氧段去除$出
水)[/不受污泥膨胀的影响( 出水水质效果好(
$# 有)无硝酸盐时释磷实验结果表明%在 L2[
工艺中厌氧 $ 8 内 9[<
1
*9质量浓度由 (c&$ HF2.
上升为 (#c(! HF2.$释磷速率为 3c(3 HF2"F!8#$
而在L2L工艺中 9[<
1
*9质量浓度 $ 8 内由 4c4
HF2.提 高 至 14c&! HF2.$ 释 磷 速 率 为 #c#
HF2"F!8#( 而且有硝酸盐存在时磷的释放量比没
有硝酸盐时少(
# L2LY-e系统内污泥的反硝化除磷能力高
于L2[Y-e( 其 /9L[占 9L[的比例是后者的
1c(# 倍( 反硝化除磷能力提高是 /9L[数量增加
及9L[体内反硝化吸磷酶经诱导而增强双重作用
的结果(
参考文献%
* & +")8=GEFY N$[=VGEF)];b8A6DBHGJJC@GX?DBE BC?8A8A?A@B*
?@BU8JGEI U8BJU8G?A*GXX=H=>G?DEFB@FGEDJHJDE GED?@BFAE GEI
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IA@GEB`DXGEI GA@B6DXXBEID?DBEJ*++;SG?eAJ$ &!!$ $4%
#&4*#$1;
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X8G@GX?A@D7G?DBE GJJGVCB@GA@B6DXGEI IAED?@DCVDEFU8BJU8B@=J@A*
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监测分析方法*T+;1 版;北京%中国环境科学出版社$$%%$;
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GX?DBE GEI B@FGEDXJ=6J?@G?A6A8GaDB@DE 6DB>BFDXG>U8BJU8B@=J
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("第 # 期 苏婉琳等%传统厌氧2好氧生物除磷与厌氧2缺氧反硝化除磷效能的比较