长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷系统污泥除磷方式的转化

采用交替厌氧/缺氧/好氧运行的序批式活性污泥反应器(SBR),通过梯度投加电子受体NO_3~-,考察长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷(EBPR)系统的性能及除磷方式的转化。结果表明,当进水COD为300～450mg/L、PO_4~(3-)(以P计,下同)和氨氮分别为8、14mg/L时,驯化期间TN去除率均保持在75%以上,长期缺氧吸磷驯化对COD和氨氮的去除没有影响。硝态氮投加量为5mg/L时,EBPR系统因电子受体投加不足除磷性能迅速恶化,增加硝态氮投加量至10mg/L,经过近30d的恢复,缺氧吸磷率最高可达97.67%,进一步提高硝态氮投加量至15mg/L,系统内硝态氮的积累导致缺氧吸磷率下降。污泥吸磷小试结果表明,经缺氧吸磷驯化后,即使除磷性能欠佳的低浓度电子受体系统污泥也具有良好的反硝化吸磷能力,可见经NO_3~-长期驯化的缺氧吸磷系统有利于筛选以NO_3~-为电子受体的反硝化聚磷菌。     

不同运行模式下改良型CAST工艺处理生活污水的除磷性能

实验采用改良型CAST工艺,以生活污水为研究对象,考察了C/P、回流比及温度等不同运行模式对系统除磷性能的影响.结果表明,常温条件下进水C/P由50升至100,系统除磷率均值从15%迅速升至95.6%,除磷性能显著提高;继而降低C/P至75,除磷性能因进水碳源不足再度下降,除磷率均值为51.4%,且长期投加易降解碳源引发系统污泥膨胀并导致污泥大量流失.C/P较低情况下,回流比由25%降低至12.5%,除磷性能提高2.3倍,继续降低回流比至0,除磷性能反而下降;温度实验研究则表明,低温系统(14℃±1℃),除磷率稳定维持在90%以上,而高温短程硝化系统(27℃±1℃)除磷率仅为14.1%,可见低温更有利于系统磷的去除.吸磷小试发现,常温系统污泥以O_2、NO_3~-和NO_2~-为电子受体均能进行吸磷,而低温系统污泥能以O_2、NO_3~-为电子受体进行吸磷,高温系统污泥则仅能以O_2为电子受体进行少量吸磷.此外,实验还发现,系统短期闲置导致的污泥"饥饿"有利于系统除磷率的提高.     

不同运行模式对同步脱氮除磷CAST工艺快速启动及其稳定维持的影响

以实际生活污水为处理对象,考察了传统进水/曝气和改良型分段进水的交替缺氧-好氧(A/O)2种运行模式对CAST工艺的快速启动及脱氮除磷性能稳定维持的影响。结果表明,传统进水/曝气运行模式下,系统达到最佳营养物去除性能所需启动时间30 d,稳定运行阶段TN平均去除80.66%,磷的去除率维持在66.30%左右;采用改良型交替运行模式,反应器达到稳定运行状态仅需18 d,系统稳定运行时TN平均去除81.36%,磷去除率稳定维持在90%以上,出水磷浓度在0.3 mg/L以下,出水水质达到国家污水综合排放标准一级A(GB8978-2002)。研究还发现,传统运行模式下,由低温引起的污泥沉降性能变差导致系统污泥严重流失,反应器几乎丧失污染物去除性能;而低温对交替运行模式下的反应器除磷性能几乎没有影响,总氮去除则因氨氮不完全硝化而大大降低。     

CAST工艺高温短程硝化的实现及其除磷性能

以模拟废水为研究对象,考察了22、25、28℃这3个温度下CAST反应器内短程硝化的实现及其除磷性能.结果表明,不同温度下系统的TN去除均稳定在80%以上,且NH_4~+-N去除良好.当温度为22℃和25℃时系统内未观察到亚硝积累,除磷率为94. 3%和86. 9%,升高温度至28℃,反应器内亚硝积累率为87. 2%,实现稳定的短程硝化.此外,高温短程硝化阶段(28℃),系统释、吸磷能力较22℃和25℃均有所下降,且厌氧段释磷量/COD消耗量(P/C)比明显低于前两个阶段.然而,该温度条件下反应器除磷性能并未恶化,除磷率为68. 9%,说明进水碳源充足不仅能保证CAST工艺对TN的去除,同时可用于解毒NO_2~-以减弱其对聚磷菌的抑制.不同温度条件下的污泥吸磷小试发现,O_2、NO_3~-、NO_2~-均可作为电子受体进行吸磷,其中好氧吸磷速率高于以NO_3~-和NO_2~-为电子受体的反硝化吸磷速率,且以O_2和NO_3~-为电子受体的吸磷速率与温度呈负相关.     

长期侧流提取对EBPR系统除磷及其磷回收性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)运行模式的SBR反应器,考察310 d内分3个批次提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及相应的磷回收性能.结果表明,整个实验阶段系统对COD和氨氮的去除较为稳定,出水均能满足《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,总氮去除因厌氧阶段反硝化不断增强有所提升,达标率由88.2%显著上升至98.6%.然而,随着厌氧上清液提取次数的增多,系统释磷能力整体下降,但前两个批次中系统除磷均稳定高效,去除率在90%以上,相应地出水磷达标率大于75%,仅第3批次实验中侧流比为1/2时系统除磷率出现大幅波动,最低降为54.2%,并贡献该批次出水磷不达标率的60%,说明长期提取1/2侧流比不利于主流工艺出水稳定维持.研究还发现,长期进行侧流磷回收实验有利于污泥减量,且对污泥沉降性能影响不大.因此,在EBPR系统内长期提取适当侧流比的厌氧上清液以进行磷回收与主流工艺同步高效脱氮除磷具有可行性.     

超低溶解氧条件下的EBPR系统除磷性能

实验采用两个交替厌氧/好氧(An/O)模式运行的SBR反应器,对不同溶解氧(DO)浓度梯度下EBPR系统除磷效果及工艺性能进行了为期127 d的研究.在未控制DO的对照组反应器R1中,好氧段DO≥6 mg·L~(-1),运行的前65 d内工艺除磷性能稳定,除磷率95.9%,出水总磷0.5 mg·L~(-1),但由于系统长期处于过曝气状态,65 d后除磷性能逐渐恶化,直至97 d后系统彻底失效,整个运行阶段(1~127 d)出水总磷一级A达标率为39.4%.对于实验组反应器R2,控制好氧段DO浓度分别为2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L~(-1),各工况初期除磷性能均有小幅波动,但除磷率迅速回升,继而反应器达到稳定运行.统计发现,实验组反应器R2在整个运行阶段出水总磷一级A的达标率为94.6%,127 d内仅有6 d不达标,工艺性能远优于R1.DO=2 mg·L~(-1)系统的比吸磷速率接近最大值,而低DO条件对比吸磷速率影响较大.实验还发现,尽管由超低DO(0.1 mg·L~(-1))引起的有机物降解速率低导致系统发生污泥微膨胀,但出水总磷仍能100%达标排放,微好氧EBPR的节能除磷具有可行性.     

侧流磷回收对低溶解氧EBPR系统性能的影响

实验采用交替厌氧/好氧(An/O)模式运行SBR反应器,考察控制DO=1 mg·L~(-1)条件下提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的厌氧放磷上清液后EBPR系统的脱氮除磷效果及其对应的磷回收性能.整个实验阶段中NH_~+4-N去除率较为稳定,但系统后期COD出水的残余量达到81.3 mg·L~(-1).在未提取侧流比阶段中,平均除磷率为89.4%,提取1/4、1/3侧流比后除磷率不断上升,分别为98.5%、99.0%,但在1/2侧流比之后,除磷性能开始波动,除磷率最低为65.4%.提取侧流比各阶段中,1/3侧流比条件下仅实验初期第一天出水磷浓度未达到一级A标准,该阶段出水达标率93.3%远远大于1/2侧流比的45.5%,但侧流磷回收率随着侧流比的增大而不断升高.实验还发现,提取1/2侧流比后,TN去除率迅速下降至50.9%.因此,提取放磷上清液强化低好氧EBPR系统除磷性能的最优值为1/3侧流比,此时低好氧EBPR系统与侧流磷回收结合可以大大提高经济与环境效益.     

基于磷回收的低温微氧EBPR系统的表观与微观特性

在低溶解氧(DO = 1mg/L)条件下启动2个厌氧/好氧交替运行的SBR(A/O-SBR),中温(22±1)℃SBR1和低温(14±1)℃SBR2,考察侧流磷回收工艺对低耗主流强化生物除磷(EBPR)系统污染物去除性能､微生物种群结构和磷回收潜能的影响.结果表明,SBR1和SBR2的脱氮及COD去除性能未受磷回收操作的影响,但是在除磷方面,SBR1的EBPR性能更稳定,对侧流磷剥夺更耐受,平均除磷率达90.7%,而SBR2在侧流磷回收阶段的平均除磷率为78.4%.此外,基于侧流磷回收的微氧EBPR系统可在低温下保持较为稳定的生物质浓度(VSS),但实施侧流磷回收后SVI值由104.6mL/g升至216.8mL/g,系统发生污泥膨胀.基于16S rRNA的高通量测序结果表明,主流系统的微生物种群结构在侧流磷回收阶段发生了较大变化,Candidatus Competibacter､Flavobacterium(黄杆菌属)和Dechloromonas(脱氯单胞菌属)骤增,Candidatus Accumulibacter的相对丰度从12.5%降至6.4%.经计算,在1/3侧流比前提下SBR1与SBR2的磷回收潜能分别为68.8%和69.4%.总的来说,微氧EBPR系统的运行温度是保证侧流磷回收稳定进行所要考虑的重要因素之一.     

苯酚对EBPR系统除磷性能的抑制作用

采用SBR反应器考察了投加不同浓度苯酚(5、10、30、50、100、150、200 mg·L~(-1))对强化生物除磷工艺(EBPR)系统除磷性能的影响.结果表明,苯酚浓度≤50 mg·L~(-1)时,COD及PO3-4-P的去除率均在85%以上,系统具有较好的污染物去除性能;而投加高浓度苯酚(≥100 mg·L~(-1)),反应器除磷性能大幅降低;当苯酚浓度为200 mg·L~(-1)时,系统仅经过22个周期便丧失除磷性能,COD平均去除率降至61.3%,且在短期内难以恢复.同时发现,长期投加苯酚导致EBPR系统污泥除磷性能受到抑制,且对好氧吸磷的抑制作用大于厌氧释磷.此外,低浓度苯酚条件下(≤50 mg·L~(-1)),因污泥对苯酚毒性逐渐适应,系统污泥微膨胀现象逐渐消失,而由高浓度苯酚引发的污泥膨胀却难以恢复.短期冲击实验表明,由投加苯酚导致的出水COD和磷浓度的波动可随着苯酚撤去而逐渐恢复,由此可知,苯酚冲击对系统除磷性能的抑制可逆.     

溶解氧对EBPR主流除磷及侧流磷回收性能的影响

采用交替厌氧/好氧(An/O)模式下运行的SBR,考察不同溶解氧(DO)浓度(1.0、0.5、0.1 mg·L~(-1))对同步侧流磷回收的强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)主流系统除磷及侧流磷回收性能的影响。结果表明,整个实验阶段主流系统对COD、NH_4~+-N及TN的去除均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,其中TN因出水NO_3~--N浓度的降低而降低,故TN去除率升高。DO为1.0 mg·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1)时对磷的去除率分别为99.0%和95.4%,主流系统出水磷达标率分别为96.0%和84.0%。而当DO浓度过低(0.1 mg·L~(-1))时,硝化与吸磷对有限电子受体的竞争及吸磷时间不足导致反应结束时系统内平均磷残留量达1.02 mg·L~(-1),除磷率降至87.2%。鉴于侧流磷回收是对主流系统的磷剥夺,会影响污泥的好氧吸磷能力,继而厌氧阶段释磷量因侧流提取降低。与此同时,DO为1.0 mg·L~(-1)时,侧流磷回收率较其余2个工况高,且此工况下主流系统的厌氧释磷及好氧吸磷能力均最高,考虑到主流工艺的可靠运行及出水稳定性,认为DO=1.0 mg·L~(-1)为最优工况。