不同进水条件对SBR工艺脱氮除磷效果影响的试验研究

孙一铭 于晓谛 李研 韩玉婷 李红艳 安一涵

(哈尔滨石油学院 化学工程学院 黑龙江 哈尔滨 150028)

不同进水条件对SBR工艺脱氮除磷效果影响的试验研究

孙一铭 于晓谛 李研 韩玉婷 李红艳 安一涵

(哈尔滨石油学院 化学工程学院 黑龙江 哈尔滨 150028)

采用人工配水，研究进水在不同pH值、碳源类型、碳氮比条件下，厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)SBR工艺对生物脱氮除磷效果的影响。结果表明：不同的进水条件对反应器的影响较大，当pH为7.2，乙酸钠为碳源，碳氮比为1.6时，反应器运行效果最佳，系统对PO43--P，NH4+-N的去除率分别达到96.6％，99.5％。NO3--N，NO2--N的出水浓度平均为2.8mg/L，0.8mg/L。进水条件良好时，A/O/ASBR反应器适合反硝化聚磷菌的富集，解决了反硝化菌和聚磷菌世代周期不同，争夺碳源等矛盾，能够很好的实现同步脱氮除磷。

SBR工艺；脱氮除磷；反硝化聚磷菌

1 引言

水体中氮、磷含量的超标是导致富营养化的主要原因。传统污水处理工艺对有机物的去除效果较好，但对氮、磷的去除还有待进一步提高。主要原因是水体中的聚磷菌和反硝化菌一直存在着对碳源的竞争，且世代周期不同，这就使得传统的生物脱氮除磷工艺存在着自身难以解决的矛盾。随着反硝化聚磷菌能够以硝酸盐氮为电子受体在反硝化的同时进行吸磷，达到“一碳两用”。本实验依托黑龙江省大学生创新训练计划项目，主要研究厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)SBR在不同进水条件下，系统对工艺脱氮除磷效果的影响，为工程实践提供理论依据，为污水脱氮除磷工艺的创新提供技术支持。

2 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

SBR反应器采用哈尔滨工业大学制造的直径为20cm，高为50cm的圆柱形有机玻璃仪器，型号WT-037。

实验用水采用人工配水，具体成分如下：无水乙酸钠(电子供体)、磷酸二氢钾(可溶性磷)、氯化铵(氮源)、无水氯化钙、硫酸镁，微量元素(硫酸铁、硫酸锰、硫酸铜、氯化钴)。人工配水水质稳定且易于控制，比较适合工艺运行特征和微生物特征的研究。

实验运行参数如下：进水5min，厌氧180min，好氧120min，缺氧150min，沉淀10min，排水5min。好氧段采用微孔曝气头曝气，厌氧、缺氧段采用磁力搅拌器搅拌。实验所取的污泥来自哈尔滨市松浦污水处理厂，MLSS保持在5460mg/L左右，定期进行排泥。污泥龄为8-10d，温度保持在18℃-23℃，水力停留时间为23h，设计为一天一次进水，水力停留时间较长。

2.2 实验方法

通过逐一改变反应器进水的pH值，碳源类型以及碳氮比例，分别得出脱氮除磷效果，探讨不同条件下对SBR工艺脱氮除磷效果的影响。

水质监测方法采用国家环保部颁布的标准分析方法。具体如表1所示：

表1 水质监测方法

3 实验结果与讨论

3.1 pH值对脱氮除磷效果的影响

pH值能够影响SBR反应器的运行，Hesselmann等认为pH值能够直接影响微生物体内乙酸输送过程中对于能量的需求，而且还与代谢过程密切相关，直接反映出生物体内聚磷和糖原的浓度。实验小组成员在维持其他条件恒定的基础上，通过改变进水的pH值，测定系统的脱氮除磷效率。由于在厌氧阶段，微生物除磷系统适宜的pH范围为中性或弱碱性，兼性厌氧阶段，反硝化细菌脱氮适宜在中性的环境中生存。当pH值小于6过于偏酸性时，微生物的酶活性降低会导致细胞结构破裂，影响生化反应的正常进行。而pH过高过于偏碱性时又可能会产生磷酸钙类沉淀。所以实验小组选择进水的pH范围6.8-8.0，如图1所示：三组实验pH取值分别为6.8、7.2、8.0，系统对PO43--P的平均去除率分别为93.6％，97.8％，81.26％。可以看出当pH值为7.2时，系统对PO43--P的去除率最高。当pH为弱酸性时，系统的除磷效果也较好，其原因是系统处于厌氧阶段，细胞内的聚磷在酸性条件下被水解，从而导致磷的快速释放。因此实验结果如下：当pH值为弱酸性或中性时，反硝化聚磷菌细胞内水解充分，吸磷效果好，除磷效率高。同时可以测得系统在三个不同pH值时对NH4+-N的去除效率都能达到97％以上。随着pH值的升高，去除效率越好。当pH为8.0时，NH4+-N的去除效率可以达到99.5％。这是由于水中的氨氮主要以氨离子和游离氨的形式存在，pH值升高时，游离氨所占比例增大，易于从水中逸出，从而使氨氮的去除效率增大。经检测结果可知，系统出水的硝酸盐和亚硝酸盐浓度都很低，说明系统的反硝化作用良好。比较三个pH值的结果可知，反硝化阶段微生物最佳的适宜pH为偏碱性。

3.2 不同碳源种类对脱氮除磷效果的影响

在污水处理过程中，普遍的理论认为是：活性污泥中的一些微生物在厌氧阶段能够快速的吸收短链挥发性脂肪酸，以PHA的形式贮存在生物体内。当好氧阶段营养匮乏时，聚磷菌能够利用贮存的PHA作为碳源和能量维持细胞生长，同时吸收体外的磷酸盐，贮存在生物体内。基于以上理论，实验小组成员分别以乙酸钠、丙酸钠、丁二酸钠为碳源，对系统的脱氮除磷效果进行比较。得到的结果如图2所示：除磷效率和反硝化效率均为：乙酸钠最高，丁二酸钠次之，丙酸钠最差。经分析可知，活性污泥中的微生物细胞吸收乙酸时不是依靠主动运输方式，而是通过被动运输或是扩散作用，整个过程不需要消耗能量。而且在厌氧条件下，乙酸的活化作用不需要酶的参与。所以以乙酸钠为碳源，系统的效率更高。

3.3 不同碳氮比对脱氮除磷效果的影响

传统理论认为：要达到脱氮除磷的目的，城市污水中碳氮比至少应为4.5，当低于此要求时，需要额外投加碳源。实验小组成员通过改变碳氮比，发现随着碳氮比的增加，脱氮除磷效率逐渐降低。如图3所示：通过比较发现，当C/N为1.6时，处理效果最好。PO43--P和NH4+-N的去除率分别可达到96.6％和99.5％。NO3--N和NO2--N的出水浓度分别为2.8mg/L和0.8mg/L。这与杨菲菲等做的结果一致，与传统的文献结果不太相同。主要原因是本实验采用的A/O/ASBR工艺，系统内占优势的反硝化聚磷菌以硝态氮为电子受体，在反硝化的过程能够同步除磷。从而解决了聚磷菌与反硝化细菌对碳源的争夺，以及生长阶段世代周期不同的矛盾。使得在碳氮比较低的条件下，只要碳源充足，就能达到很好的脱氮除磷效果。

图1 pH值对系统脱氮除磷效果的影响

图2 不同碳源对系统脱氮除磷效果的影响

图3 不同碳氮比对系统脱氮除磷效果的影响

4 结论

本实验通过改变pH值、碳源类型以及碳氮比等不同的进水条件，探讨对A/O/ASBR工艺脱氮除磷效果的影响。得到结论如下：

⑴碳源类型对SBR工艺的影响最大。当碳源为乙酸钠时，系统的脱氮除磷效果最佳。

⑵当pH值为7.2，碳源为乙酸钠，碳氮比为1.6时，反应器运行效果最佳，系统对PO43--P和NH4+-N的去除率分别可达到96.57％和99.5％。

⑶A/O/ASBR工艺能够从根本上解决聚磷菌与反硝化细菌对碳源的争夺，以及微生物生长阶段世代周期不同的矛盾。使得在碳氮比较低的条件下，只要碳源充足，就能达到很好的脱氮除磷效果。

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〔6〕杨菲菲，马放，魏利等.不同进水条件对SBR工艺脱氮除磷效能的影响〔J〕.环境科学与技术，2011，34(6)：127-131.

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Experimental Study on Effect of Different Influent Conditions on Nitrogen and Phosphorus Removal by SBR Process

SunYiming(College of Chemical Engineering，Harbin Institute of Petroleum Harbin HeiLongjiang 150028)

Effects of different pH value，carbon source，C/N ratio of flow on nitrogen and phosphorus removal of A/O/A SBR process were investigated by using synthetic domestic wastewater as feed.The result showed that the reactor was influenced by different flow conditions greatly.When pH value was kept as 7.2，sodium acetate as carbon source，and C/N ratio was kept as 1.6，the highest nitrogen and phosphorus removal efficiency was achieved.Removal rate of PO43--P and NH4+-N were 96.57％and 99.5％respectively.Effluent concentrations of NO3--N and NO2--N were followed as 2.8 mg/L and 0.8 mg/L respectively.Denitrifying polyphosphate-accumulating bacteria were enrichment in A/O/A SBR reactor，whicn can solve the problem of competition for carbon and different bacteria generation time between denitrifying bacteria and polyphosphate-accumulating bacteria.So nitrogen and phosphorus removal were achieved simultaneously in A/O/A SBR reactor.

SBR Nitrogen and phosphorus removalDenitrifying polyphosphate-accumulating bacteria

X703.1

A

1674-263X(2016)04-0056-04

2016-12-20

项目来源：黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(201613299004)。

孙一铭(1993-)，女，本科，主要研究污水的深度处理技术。