SBR反应系统中反硝化除磷的研究

1、第33卷第7期应用科技Vol .33,.72006年7月App lied Science and Technol ogyJul .2006文章编号:1009-671X (200607-0054-03S BR 反应系统中反硝化除磷的研究米海蓉(哈尔滨工程大学建筑工程学院,黑龙江哈尔滨150001摘要:通过试验研究反硝化聚磷菌在厌氧-缺氧和厌氧-好氧2个不同S BR 反应系统中达到了同步脱氮除磷的效果.这一结果说明A 2S BR 反应系统中的聚磷菌能够利用硝酸根代替氧作为最终电子受体.聚磷菌在A /OS BR 中的聚磷速率是30-70mg P /g MLVSS h,在A 2S BR 中是15-32

2、mg P /g MLVSS h .关键词:反硝化聚磷菌;厌氧-缺氧;厌氧-好氧;S BR 中图分类号:T U522.09文献标识码:AResearch on den itri fyi n g phosphorus re movali n sequenc i n g batch reactor syste mM I Hai 2r ong(College of Civil Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China Abstract:I n this study,denitrifying phos phate 2acc

3、umulating bacteria achieved comp lete phos phate re moval effect in t w o different syste m s:an anaer obic 2anoxic sequencing batch react or and an anaer obic 2aer obic sequencing batch re 2act or .This result showed that phos phate 2accumulating bacteria in the A 2S BR could use nitrate as ter m i

4、nal electr on accep t or instead of oxygen .Phos phate 2accumulating bacteria accumulates phos phate with a rate bet w een 30and 70mg P /g MLVSS h in the A /O S BR and bet w een 15and 32mg P /g MLVSS h in the A 2S BR.Keywords:denitrifying phos phorus accumulating bacteria;anaer obic 2anoxic;anaer ob

5、ic 2aer obic;S BR收稿日期:2006-03-13.作者简介:米海蓉(1973-,女,讲师,硕士研究生,主要研究方向:水处理技术,E 2mail:m ihair ong.在废水生物处理中,除磷和脱氮工艺一直是研究热点.生物除磷是指某些微生物能够超量吸收正磷酸盐合成聚磷酸盐,生物脱氮是指通过生物硝化-反硝化反应实现氮素的脱除.脱氮和除磷是2种不同的生化反应,由于生物脱氮和生物除磷过程均需要有机物作为供氢体,所以在同一生物脱氮除磷工艺中因竞争快速降解有机物而相互抑制,影响脱氮除磷效果.但近年来的研究发现1-3,有一种“兼性厌氧反硝化聚磷细菌(denitrifying polyphos

6、 phate accu mulating organis m s ”能在缺氧环境下摄磷,同时利用NO 3-N 为电子受体来氧化污水中的有机物,这就使得摄磷和反硝化这2个不同的生物过程能够借助同一种细菌在同一种环境中统一,这种反硝化细菌的生物摄磷作用被称为“反硝化除磷”.Kuba 4发现反硝化聚磷菌除磷能力与传统工艺中普通聚磷菌相似,同时也具有建立在内源PHB 和糖类物质基础上类似的生物代谢机理.这些聚磷菌能利用NO 3-作为电子受体来氧化细胞内储存的PHB ,然后以氮分子的形式从废水中排除,在吸收磷的同时进行反硝化,完成了同时去除氮、磷元素的目的.这样既可以最大程度地减少碳源需求量,提高脱氮除

7、磷效率,又可简化脱氮除磷工艺,因此应用前景十分广阔.S BR 工艺是按时间顺序脱氮除磷的典型工艺,具有基建投资省、工艺灵活性大、适应面广等优势,具有广阔的应用前景5-7.目前,我国S BR 生物除磷的实践多以传统厌氧释磷,好氧吸磷为基础,遵循厌氧-好氧交替运行的除磷模式.如能利用反硝化聚磷细菌实现同步脱氮除磷,则可进一步减低成本,提高效率.文中研究旨在验证S BR 反应器中反硝化聚磷细菌的存在,并考察厌氧-好氧、厌氧-缺氧2种不同运行方式下S BR 反应器中的除磷效果,找出其规律,为优化S BR 工艺提供科学的试验理论基础.Edited by Foxit ReaderCopyright(C b

8、y Foxit Software Company,2005-2007For Evaluation Only.1试验材料与方法1.1试验设备与试验用水试验采用S BR 序批式生物反应器,为考察厌氧-好氧(A /O 、厌氧-缺氧(A 22种不同运行方式,采用如图1所示的试验装置2组,每个反应器工作容积为1500mL.反应器中的污泥取自哈尔滨文昌污水处理厂.反应器运行所需合成废水的组成成分见表1,微量元素组成成分见表2.反应器的pH 值通过加入1mol/L 的HCl 或1mol/L 的Na OH 调整到7.3 .图1实验装置图表1试验用人工合成废水组成化学药品质量浓度/(g L -1CH 3COOH

9、 0.37K 2HP O 40.049KH 2P O 40.028M gS O 47H 2O 0.6CaCl 22H 2O 0.07NH 4Cl 0.23E DT A0.01表2试验用人工合成废水微量元素组成化学药品质量浓度/(g L -1FeCl 30.900H 3BO 30.150C OC127H 200.150CuS O 45H 2O 0.030KI0.18M nCl 24H 2O 0.06ZnS O 47H 2O0.1201.2试验部分在2个S BR 反应器内同时进行除磷试验.A /O S BR 运行周期为6h,整个周期分为3个阶段:厌氧阶段(2.5h 以200r/m in 的转速搅拌

10、;好氧阶段(2125h 的通氧率保持1vv m;静沉阶段(1.25h 包括静沉、放水和进水3个操作过程.A 2S BR 运行过程好氧段被缺氧段代替,并在缺氧阶段以15.6mL /h 的速率向反应器中加入质量浓度为19g/L 的K NO 3溶液,持续1.5h .液体样品在4下1200r/m in 离心0.25h .将上清液根据不同分析方法的需要进行稀释.在2个反应器中,P O 3-4-P 、NO -3-N 、NH 4的浓度采用标准方法进行测定8.T OC 用Dohr manDC80仪器用UV 氧化法分析.总悬浮固体和易挥发悬浮固体通过离心法测定8.2结果与分析2.1厌氧-好氧S BR 反应器的除

11、磷效果在厌氧阶段,除磷菌吸收短链脂肪酸把它们转化成为胞内贮存的惟一碳源PHB.这一转变过程所需的能量来自于聚磷酸盐的水解,它水解成磷酸释放到胞外介质中 .图2A /O S BR 反应器中硝基氮、氨基氮、磷酸根和总碳的变化接种相同污泥后厌氧-好氧S BR 反应器连续操作的周期为127d .在整个周期运行的第42d,A 2S BR 出水中的硝基氮、氨基氮、磷酸根和总碳质量浓度列于图3中.从反应器运行的第1天起,在缺氧段的起始阶段向A 2S BR 反应器中加入180mg 的硝酸盐.尽管加入这个剂量,但是在缺氧段的末尾并不是所有的磷酸都能够被去除,结果,为了确保去除所有的磷必55第7期米海蓉:S BR

12、 反应系统中反硝化除磷的研究须向反应器中加入更多的硝酸盐.因此,反应器经过1个月的运行后,硝酸盐的投入剂量被增加到238mg .图3显示了在缺氧的末尾阶段,磷酸被以0.03P /g MLVSS h 的速率被完全去除.像检测A /O 系统一样,在A 2S BR 的系统的缺氧阶段并没有检测到亚硝酸盐.大约5mg/L 的氨氮在缺氧阶段被除磷菌生物同化.A 2S BR 中细菌消耗掉54%的总碳.A 2S BR 中磷浓度每天的变化表明了当向反应器中加入180mg 的硝酸盐时可以在A 2S BR 的出水中检测出磷的存在.一旦硝酸盐的剂量被增加到238mg (从第31天起出水中的磷含量就快速降低,直到再也检

13、测不出来.这表明细菌对磷的吸收随着硝酸盐浓度的升高而上升.这一结果被A 2S BR 中磷酸盐的消耗和硝酸盐的利用之间的线性关系证实了.在试验缺氧段仅仅提供NO 3-为电子受体,随着硝酸盐浓度的降低,磷浓度也随着降低,硝酸盐与磷浓度变化趋势相同,出现反硝化聚磷.即在以厌氧-缺氧方式运行的系统中,完全用NO 3-取代O 2作为电子受体来完成聚磷.因为硝酸盐的电子轨迹非常类似于氧的电子轨迹,因而硝酸盐很容易代替氧作为最终电子受体,其差别在于细胞色素的电子传输,特定的还原酶被硝酸盐还原酶置换.这种硝酸盐还原酶能催化电子,使其最终传输的为硝酸盐而不是氧.图4中磷酸消耗的化学计数值大约是1.5mg 磷酸/

14、mg 硝酸盐.厌氧阶段释磷完成后磷的最大质量浓度在A 2S BR 和A /O S BR 中分别是300mg/L 和350mg/L.同时测得A /O S BR 中磷吸收率的最大值是70mg P /g MLVSS h,是A 2S BR 吸磷率的2倍.在A /O S BR 中磷的释放活跃性增强,达到最大值30mg P /g MLVSS h,然而在A 2S BR 中磷的最大释放率为24mg P /g MLVSS h .图3A 2S BR 反应器中硝基氮、氨基氮、 磷酸根和总碳的变化图4A 2S BR 反应器中磷与硝基氮的关系3结论在A /O 、A 22种不同运行方式下,S BR 反应器中均可实现生物除

15、磷.同时在A 2S BR 反应器中聚磷菌可以利用NO 3,达到除磷目的.在A /O S BR 反应器中磷的吸收率为70mg P /g MLVSS h,而在A 2S BR 反应器中是30mg P /g M 2LVSS h,可能有以下原因:1缺氧条件下由PHB /PHV 释放的能量比在好氧条件下少;2以硝酸盐为电子受体时比以O 2为电子受体时,PHB 的利用率低;3在好氧条件下比在缺氧条件下聚磷速度快,这是因为在好氧下全部的聚磷菌都可以参与聚磷,而在缺氧条件下只有部分除磷菌可实现聚磷.为提高同步脱氮除磷的效率,还需进一步研究A 2S BR 工艺中分离出的反硝化除磷菌,对高效菌种进行分离富集.参考文

16、献:1高廷耀.城市污水生物脱氮除磷工艺评述J .环境科学,1999(1:110-112.2M I N O T .M icr obi ol ogy and bi oche m istry of the enhanced bi 2ol ogical phos phate re moval p r ocess J .W at Res,1997(32:3193-3207.3邹华,阮文权,陈坚.硝酸盐作为生物除磷电子受体研究J .环境科学研究,2002,15(3:38-41.4K UBA T,S MOLDER G,MC M V L,et al .B i ol ogical phos 2phorus re moval fr om wastewater by anaer obic 2anoxic sequen 2cing batch react or J .W ater Sci Technol,1993,27(5-6:241-252.5赵耘挚,刘振鸿.S BR32艺脱氮除磷研究进展J .工业用水与废水,2002,33(4:7-10.6W I L DERER P A,I RV I N E R L,DOE LLERER J,etal .Se 2quencing batch react or technol ogyJ .J I nte