活性污泥法除磷影响因素的研究

熊义锋，张书良

（河南工业大学化学化工学院，郑州 450001）

活性污泥法除磷影响因素的研究

熊义锋，张书良

（河南工业大学化学化工学院，郑州 450001）

通过小试试验研究活性污泥除磷的影响因素。碳源是影响活性污泥吸磷的一个重要因素。反应器中加入适量的碳源，在进行反复吸磷时，吸磷浓度平均为16.73mg/L；不添加碳源的活性污泥在进行反复吸磷试验时，吸磷浓度逐渐降低；活性污泥的存放时间能够提高活性污泥的初期吸磷浓度，当活性污泥进行反复吸磷试验时，存放时间越长，吸磷效果越差。

活性污泥；除磷；硝酸盐；硫化物；碳源

长期以来，我国废水排放是以BOD和SS为目标［1］，然而，随着工业化的快速发展，各种合成剂、化肥和农药的广泛使用，导致磷营养物质直接进入水体，过量的磷进入水体，致使水体富营养化严重［2］。由于水中的碳和氮可以从空气中吸取，因此磷成为限制水体富营养化的主要因素，只有当水体中磷的含量很高时，起限制作用的才是氮［3］。可见，废水除磷对于防止水体富营养化有着重要意义。

废水中磷的浓度受水质条件的影响较大，有些废水中不含磷，如皮革废水，主要含有较高浓度的COD和重金属铬。对于普通的生活废水，磷的浓度差别也较大，在某生活污水厂的进水中，磷浓度的监测发现进水总磷浓度在0.92～9.5mg/L之间，差别较大［4］。一些养殖废水的总磷浓度范围101～245mg/L，平均浓度171mg/L［5］。

目前，废水除磷方法主要有利用正磷酸盐与金属盐反应生成沉淀而去除，或者建立人工生态系统除磷，而现在最常用的就是利用微生物在厌氧过程中释磷，在好氧过程中超量吸磷，通过排放剩余污泥，使磷去除，这种方法除磷较经济，不会带来二次污染，这也是这些年来研究的热点。本文主要通过活性污泥试验来探究废水中硝酸盐、硫化物、碳源及活性污泥的存放时间对生物除磷的影响。

1 材料与方法

1.1 试验用活性污泥

试验用的活性污泥取自郑州市某污水处理厂曝气池末端，此污水处理系统运行稳定，其活性污泥的理化性质如表1。活性污泥实验前用纱网过滤两次，将其中不需要的成分过滤掉，然后将过滤后的活性污泥用提前准备的同温蒸馏水淘洗8次，再用同温蒸馏水沉降30min，沉淀后污泥备用。

表1 活性污泥理化性质

1.2 试验方法

1.2.1 活性污泥反硝化吸磷

采用小试试验研究活性污泥反硝化吸磷。首先将取自曝气池末端的活性污泥用同温蒸馏水淘洗8次，将淘洗好的活性污泥沉降30min，去掉上清液，量取活性污泥1500mL；共分两组，每组加泥750mL，然后向一组已曝过氮气的蒸馏水中加入一定量的、COD和，体积1750mL；向另一组同样曝过氮气的蒸馏水中只加等量的， 不加硝酸盐， 体积1750mL；最后将两组均分的活性污泥加入人工配制的污水中，总体积2500mL，搅拌反应，密封，并充氮气保持缺氧环境，取搅拌均匀的混合液测污泥浓度，并在一定的时间间隔，取一定体积的混合液过滤，取滤液测和TP浓度，研究活性污泥反硝化吸磷过程。

1.2.2 不同浓度硫化物对活性污泥释磷的影响

采用小试试验研究不同浓度硫化物对活性污泥释磷的影响。对取自曝气池末端的活性污泥进行预处理后沉降30min，将沉降后的活性污泥平均分成4份，每份加活性污泥750mL，然后再加入配好的含磷营养液1750mL，总体积2500mL，曝气4h，溶解氧控制在1～2mg/L。每组在曝气开始和结束取样测总磷的浓度。曝气结束后，4组分别加入不同浓度梯度的硫化物，硫化物的添加采用滴加方式，硫化物在1h内加完，并在不同时间内，取搅拌均匀的混合液过滤，取滤液测TP，研究缺氧条件下，不同浓度的硫化物对活性污泥释磷的影响。

1.2.3 不同存放时间和碳源对活性污泥的吸磷和释磷的影响

采用烧杯试验研究不同存放时间及有无碳源对活性污泥吸磷和释磷的影响。对活性污泥进行预处理，然后沉降30min，倒去上清液；然后量取活性污泥900mL，加2100mL人工配制的含磷废水，将剩下的活性污泥分别存放24h和48h后继续做吸磷试验。取部分处理过的活性污泥做碳源对吸磷的影响，试验中碳源采用蔗糖，COD浓度为100mg/L，每次试验活性污泥重复5个周期，并在每个周期取一定体积的混合液过滤，取滤液测TP，研究不同存放时间和有无碳源对活性污泥吸磷和释磷的影响。

2 分析项目与方法

用于监测污水和污泥特征的分析项目和方法主要包括：MLSS、MLVSS采用称重法测定；总磷采用钼锑抗分光光度法，硝酸盐氮采用紫外分光光度法［7］。

2.1 活性污泥反硝化吸磷

当温度为25℃，活性污泥浓度3126mg/L时，反应器中和TP的变化如图1，在缺氧状态下，污水中硝酸盐氮开始为21.95mg/L，8h后降到0.3mg/L，污水中的总磷开始为68.74mg/L，反应8h后总磷降到60.20mg/L，总磷减少了8.54mg/L。有研究表明，缺氧阶段，在缺少外碳源的情况下，当有硝酸盐的存在时，同样会有吸磷现象的发生，因为微生物可以利用内碳源作为碳源和能量，完成过量吸磷任务，并以聚磷的形式贮存在生物体内［8-12］。这一过程和好氧吸磷基本相同，不同的是所利用的电子受体是硝酸盐，而不是氧［13］。图2对比了活性污泥中有无硝酸盐，反应器中总磷的变化情况，很明显在整个过程没有加入硝酸盐那组，活性污泥中出现了少量的释磷，总磷浓度由初始的68.56mg/L，8h后为72.14mg/L，增加了3.58mg/L。这是由于活性污泥在缺氧过程中发生了释磷现象，导致总磷浓度增加。

图1 硝酸盐氮和总磷随时间变化曲线

图2 不同浓度硝酸盐对总磷的影响

2.2 不同浓度硫化物对活性污泥释磷的影响

活性污泥先进行曝气吸磷，总磷浓度由初始的23.6mg/L，曝气4h后降到0.81mg/L，活性污泥吸磷结束后分别滴加不同浓度的硫化物。由图3可见，加入硫化物浓度分别为280，50，20，0mg/L，4h释磷浓度分别为23.25，10.95，4.97，0.5mg/L。试验中采用人工模拟废水，由于废水中没有添加碳源，导致不加硫化物这组试验中磷的释放量较少，添加不同浓度硫化物的反应器中都出现了不同量磷的释放，说明硫化物对微生物的活性有较大影响，尤其是硫化物浓度280mg/L，对微生物的影响较大，微生物的正常结构遭到破坏，导致微生物失去活性，好氧阶段吸收的磷被全部释放［14-15］。硫化物浓度低于50mg/L时，对微生物的活性影响较小，但仍有不同量磷的释放。

图3 不同浓度硫化物对总磷的影响

2.3 存放时间及有无碳源对活性污泥好氧吸磷的影响

碳源是活性污泥好氧吸磷的一个重要影响因素。由图4可见，对活性污泥进行不同存放时间，在第一个周期存放24h和48h的活性污泥的吸磷量为28mg/L，较不进行存放活性污泥22mg/L多6mg/L，这是由于活性污泥在存放过程中出现厌氧环境，活性污泥能够将反应器中存在的小分子有机物，同化成胞内贮存物（PHB），同时将细胞原生质中的聚磷释放出来，使整体的除磷效果提高［16-18］。由图5可见，添加碳源的几个周期对磷的吸收量较大，后面的几个周期活性污泥的好氧吸磷量平均为16.73mg/L，吸磷量较稳定；不添加碳源的活性污泥第一个周期有较好吸磷量，为16mg/L，这是由于微生物能够利用内碳源进行好氧过量吸磷，随着重复进行活性污泥好氧吸磷，由于碳源的缺少影响微生物的生存和活性，导致活性污泥的吸磷量逐渐减少，与存在碳源的情况下吸收量相差较大。随着重复进行好氧吸磷周期时，发现存放时间越长后期活性污泥的吸磷量减少，而没有存放活性污泥的吸磷量较稳定。这是因为存放较长的活性污泥进行反复吸磷后，由于营养物质的缺乏导致活性污泥中微生物的代谢较慢，降低了微生物的活性，使微生物好氧吸磷量较第一个周期差，后期的吸磷量较不存放活性污泥的吸磷量少，但仍有很好的吸磷效果。研究表明，适当延长活性污泥的静置时间，能够延长微生物体内磷酸激酶的活性，使除磷效率较高［19-21］。

图4 不同存放时间对活性污泥吸磷的影响

图5 碳源对活性污泥吸磷的影响

3 结语

（1）在氧化沟水处理工艺中存在部分聚磷菌能以硝酸盐作为电子受体，能在反硝化时同时进行吸磷，但这种聚磷菌的吸磷效率较低。

（2）在缺氧过程中，反应器中硫化物的存在会对反应器中微生物的活性产生抑制，浓度越高这种抑制作用越明显，尤其是浓度为280mg/L时，微生物的结构遭到破坏，微生物失活会出现大量释磷现象。因此，适当控制反应器中硫化物的浓度，保持微生物活性有利于生物除磷。

（3）碳源是影响活性污泥除磷的一个重要因素，反应器中适量的碳源能够进行反复吸磷，而且后期的吸磷量较稳定，碳源的匮乏，会使活性污泥的吸磷量逐渐降低。同时在碳源存在的条件下，延长活性污泥的存放时间对前期活性污泥的吸磷效果较好，随着活性污泥反复吸磷过程的进行，这种吸磷效果会降低，因此，活性污泥适当的存放时间，会有利于活性污泥的过量吸磷。

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（责任编辑：王艳肖 姜彤宇）

Study on influencing factors of phosphorus removal by activated sludge process

XIONG Yi-feng，ZHANG Shu-liang
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

Pilot tests were carried out investigate the influential factors of phosphorus removal by activated sludge.Adding carbon source in the reactor，in repeated P when P concentration was 16.73mg/L，without adding carbon source of activated sludge in repeated phosphorus uptake test，P concentration decreased；activated sludge storage time can improve the phosphorus concentration at the early stage of activated sludge，when activated sludge was repeatedly phosphorus absorption test，the longer the storage time，phosphorus absorption effect is worse.

activated sludge；phosphorus；nitrate；sulfide；carbon source

X703

B

1672-9900（2017）01-0086-04

2016-01-04

熊义锋（1990-），男（汉族），河南信阳人，硕士，主要从事工业废水处理研究，（Tel）18738136325。