厌氧除磷的影响因素探究

王涛　焦裕馨　王定城

摘 要：目前，有关厌氧除磷的研究很多，大多都是对产磷化氢的环境和磷化氢产生菌进行研究的，而鲜有以AAO工艺厌氧池为原型，对厌氧除磷的影响因素就行的研究。该试验以AAO工艺厌氧池为反应原型，采用控制变量的原理设计工况试验，研究进水TP浓度、悬浮填料投配比、有无活性污泥等情况对厌氧除磷效果的影响，通过试验发现三种因素均在不同程度影响厌氧除磷效率。

关键词：厌氧除磷；进水TP浓度；悬浮填料投配比；活性污泥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.196

1 前言

1923年，Barrenscheen等人通过研究发现存在厌氧还原有机磷和无机磷化合物间的细菌。1927年，Radakov等人发现存在厌氧还原磷酸盐的土壤细菌。1959年，Tsubota等人在水淹土中发现磷酸盐还原反应。1988年，DéVail等人发现湖泊沉积物能释放磷化氢，此外他们还发现污水处理过程混合液TP不守恒。隨后DéVail等通过气相色谱—质谱联用（GC-MS），对污水处理系统的气、液、固三项进行磷平衡分析，发现系统处在气态形式磷流失。1994年，Gassmann等人在港口沉积物、次表层及底层水中也发现了磷化氢的存在。2000年，Jenkins等人配制特定培养基培养接种物，随后在培养基中检测到磷化氢。

在我国，2003年，王晓蓉等人利用硫酸消化和二级冷井富集的技术手段检测到太湖、南京乌龙谭的沉积物也存在磷化氢。2005年，丁丽丽等人以污水处理厂为研究对象，在处理工艺的厌氧污泥、缺氧污泥、好氧污泥沉淀污泥和消化污泥中均检测到磷化氢。2008年，Liu等人研究表明厌氧条件下微生物能还原磷酸盐释放磷化氢，且磷化氢的产量与微生物丰度成正比。2009年，周健等人在榨菜废水处理过程中发现磷酸盐还原现象。2011年，陈垚等人提出pH越高，磷化氢越不容易被污泥吸附，从而释放出来。

本文以模拟生活污水（在实验室用化学物质按生活污水水质配置的人工配水）为处理对象，通过试验研究，对比不同的进水TP浓度、悬浮填料投加比、厌氧池活性污泥存在与否条件下，厌氧池进出水TP浓度差的差异。以此来寻找更有利于厌氧产磷化氢的工况条件。

2 试验装置与方法

2.1 试验装置

试验共设置十八个工况，每个工况初始时刻反应器内的COD、TN、NH4+-N浓度分别为350mg/L、30mg/L、20mg/L左右，TP浓度根据各个工况条件确定。各工况试验条件见下表：

2.2 试验方式

工况试验分为六次完成，每次有三个工况同时进行试验。反应开始时一次性投加营养物质、微量元素等，期间不进行补充，反应过程中分时段取样测定，待测样品均随采随测的测定方式，不做保存，各工况连续采样6小时后，试验结束。

在试验过程中，COD采用哈希测定仪测定，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，NH4+-N采用纳氏试剂比色法测定，TP采用钼酸铵分光光度法测定，NO3--N采用酚二磺酸分光光度法测定。

在取样过程中均取混合液，经30min沉淀后取上清液测定。混合液静置30min，这一静置时间是二沉池水利停留时间的1/3，活性污泥能较好的沉降，得到澄清上清液，同时能有效避免聚磷菌厌氧释磷影响上清液TP浓度。根据预实验中取的7组混合液样品，在经离心后取上清液和沉淀30min后取上清液测得的TP浓度在0.05的置信水平下无显著性差异，这也表明沉淀30min后取上清液进行测定时可行的。另外，工况试验所有样品均采用沉淀30min取上清液测定的方式，保证各样品试验过程一致，从而避免因操作引起的试验误差。

3 结果与讨论

3.1 进水TP浓度的影响

各个悬浮填料投配比和有无活性污泥条件下，不同进水TP浓度工况试验中释磷量随时间变化曲线如下图1所示：（0、10%、20%表示投配比，×表示无活性污泥，√表示有活性污泥，释磷量为正表示厌氧释磷，释磷量为负表示厌氧吸磷）

图1中可以看出，除工况三、工况六、工况九呈现释磷现象外，其余工况组均呈现厌氧“吸磷”现象。工况一、工况四、工况七为悬浮填料投配比10%，不添加活性污泥的工况组，三个工况在不同进水TP浓度的试验中均呈现出厌氧“吸磷”现象，并且在前120min，三个工况的“吸磷”量大体相当，直到反应120min“吸磷”量增大，经统计分析发现三组工况在0.05的置信度水平下不存在显著差异。工况二、工况五、工况八为投配比10%，添加活性污泥的工况组，这三组TP浓度在前60min变化不大，工况二在反应初期略有上升，到反应180min后释磷量在-0.3mg/L左右趋于平稳，工况五在反应初期TP浓度基本不变，直到约反应70min呈现厌氧“吸磷”现象，工况八在反应初期就出现厌氧“吸磷”现象，在试验期间“吸磷”量逐渐增加直到反应结束，对拟合曲线求导发现，这三组工况试验中进水TP浓度偏低或偏高时厌氧“吸磷”速率更快，且三组试验结果在0.05的置信度水平下存在显著差异。工况三、工况六、工况九为悬浮填料投配比0，仅添加活性污泥的工况组，这三组均在反应一开始就出现厌氧释磷现象，随着进水TP浓度升高厌氧“吸磷”速率减小，经统计分析发现三组工况在0.05的置信度水平下也存在显著差异。工况十、工况十三、工况十六为悬浮填料投配比20%，不添加活性污泥的工况组，三组均在反应初始就呈现出TP浓度降低的趋势，且一直持续到反应结束，工况十作为进水TP浓度最低的一组，在反应结束时TP浓度最低，对拟合曲线求导发现，这三组工况试验中进水TP浓度偏低或偏高时厌氧“吸磷”速率更快，且在0.05的置信度水平下工况十与工况十三、工况十六之间存在显著性差异，而工况十三和工况十六之间不存在显著性差异。工况十一、工况十四、工况十七为悬浮填料投配比20%，添加活性污泥的工况组，三组均在反应历时60min后出现明显的厌氧“吸磷”现象，对拟合曲线求导发现，这三组工况试验中进水TP浓度偏低或偏高时厌氧“吸磷”速率更快，且三组试验结果在0.05的置信度水平下存在显著差异。

3.2 可挂膜悬浮填料投配比的影响

各个进水TP浓度和有无活性污泥条件下，不同可挂膜悬浮填料投配比工况试验中释磷量随时间变化曲线如下图2：（6mg/L、9mg/L、12 mg/L表示进水TP浓度，×表示无活性污泥，√表示有活性污泥，释磷量为正表示厌氧释磷，释磷量为负表示厌氧吸磷）

在图2中，工况二、工况三、工况十一为进水TP浓度为6mg/L，添加活性污泥的工况组，在反应初期60min内均呈现出不同程度的释磷量，但是60min后工况二和工况十一的释磷量均开始出现负值，而工况三则持续释磷直到试验结束，通过回归分析可以判断添加填料的工况二和工况十一的释磷速率随着填料投配比的增大略有减小，但是二者在0.05的置信度水平下不存在显著性差异。工况一和工况十为进水TP浓度为6mg/L，不添加活性污泥的工况组，从反应一开始三个工况均呈现出厌氧“吸磷”现象，通过回归分析可以判断该组工况试验的“吸磷”速率随填料投配比的增大而的增大，且二者在0.05的置信度水平下不存在显著性差异。工况五、工况六、工况十四为进水TP浓度为9mg/L，添加活性污泥的工况组，三个工况的释磷量变化分别与工况二、工况三、工况十一相似。工况四和工况十三为进水TP浓度为9mg/L，不添加活性污泥的工况组，两组工况始终呈现出厌氧“吸磷”现象，且在反应开始的前180min内，10%和20%的投配比并未造成明显的释磷量差异，两个工况组的释磷量基本相当，通过回归分析可以判断该组工况试验的“吸磷”速率随填料投配比的增大而的减小，且二者在0.05的置信度水平下不存在显著性差异。工况八、工况九、工况十七为进水TP浓度为12mg/L，添加活性污泥的工况组，三个工况的释磷量变化也分别与工况二、工况三、工况十一相似。工况七和工况十六为进水TP浓度为12mg/L，不添加活性污泥的工况组，也是从反应一开始释磷量就是负值，呈现出厌氧“吸磷”现象，且在反应30min后就出現明显差异，投配比为20%的工况十六的厌氧“吸磷”效果明显优于投配比为10%的工况七，但是随着反应时间的增加，二者的 “吸磷”量差距逐渐保持稳定，通过回归分析可以判断添加填料的工况二和工况十一的释磷速率随着填料投配比的增大而增大，且二者在0.05的置信度水平下不存在显著性差异。

3.3 活性污泥的影响

各个进水TP浓度和可挂膜悬浮填料投配比条件下，不同有无活性污泥工况试验中释磷量随时间变化曲线如下图3：（6mg/L、9mg/L、12 mg/L表示进水TP浓度，10%、20%表示投配比，释磷量为正表示厌氧释磷，释磷量为负表示厌氧吸磷）

在图3中可以看出，每一张释磷量变化图中均是前一工况从反应一开始就呈现厌氧“吸磷”现象，而后一工况均在反应60min左右才呈现出明显的厌氧“吸磷”现象，并且前一工况的厌氧“吸磷”量始终大于后一工况。通过回归分析判断，工况一和工况二、工况十和工况十一、工况四和工况五、工况十六和工况十七均表现为无活性污泥添加的工况组的厌氧“ 吸磷”速率大于添加活性污泥的工况组，而工况十三和工况十四、工况七和工况八则相反，表现为无活性污泥添加的工况组的厌氧“ 吸磷”速率小于添加活性污泥的工况组。这可能是因为如下原因导致的：一方面，进水TP浓度较高且反应器采用全混流厌氧反应器，使得混合液与聚磷菌胞内TP浓度差偏低，抑制了聚磷菌的厌氧释磷作用，从而厌氧“吸磷”左右会更显著；另一方面，污泥与填料长期共存后污泥中也会有部分能厌氧还原磷酸盐的微生物，这些微生物与填料微生物一起还原混合液中的磷酸盐，从而加速了厌氧“吸磷”速率。通过SPSS对同一进水TP浓度和投配比的工况的释磷量进行方差分析，结果显示在0.05的显著性水平下，活性污泥的有无对厌氧释磷量影响显著。

4 结论

本试验以厌氧为试验条件，探究了不同进水TP浓度、不同可挂膜悬浮填料投配比，以及有无活性污泥工况条件下，厌氧释磷量的变化情况。通过控制变量试验的结果对比，得出如下结论：

（1）当可挂膜悬浮填料投配比相同时，在无活性污泥条件下，进水 TP 浓度对厌氧“吸磷”量不存在显著影响；在有活性污泥条件下，不投加可挂膜悬浮填料的工况组的厌氧释磷速率随着进水TP浓度的升高而减小，投加可挂膜悬浮填料的工况组在进水浓度偏高或偏低时厌氧“吸磷” 速率更快。

（2）当进水TP浓度相同时，在无活性污泥条件下，投配比为10%的工况组的|△TP|小于投配比为20%的工况组，投配比越大厌氧“吸磷”速率越大；在有活性污泥条件下，进水TP浓度相同时，不投加可挂膜悬浮填料的工况组与投加悬浮填料的工况组之间存在显著差异，前者表现为厌氧释磷，后者表现为厌氧“吸磷”，但是对于投加可挂膜悬浮填料的工况组而言，投配比对厌氧“吸磷”量不存在显著影响。

（3）在进水TP浓度和可挂膜悬浮填料投配比都相同的条件下，有无活性污泥对厌氧释磷量存在显著影响，微生物反应不受TP浓度和活性污泥限制时，无活性污泥的工况组厌氧“吸磷”速率明显大于有活性污泥的工况组，微生物反应受TP浓度和活性污泥限制时，可能出现无活性污泥的工况组厌氧“吸磷”速率小于有活性污泥的工况组的情况。

参考文献：

[1]王晓蓉，丁丽丽，牛晓君.磷化氢在湖泊磷生物地球化学循环中的作用[D].2003.

[2]丁丽丽，梁瀚文，朱益新.结合态磷化氢在污水深度处理系统中的源[J].科学通报，2005，50（10）：1050-1051.

[3]周健，刘俊，陈垚.ASBBR处理榨菜废水的生物还原除磷效能研究[J].中国给水排水，2009，25（19）：8-11.

[4]陈垚，周健，甘春娟.始pH值对磷酸盐还原除磷的影响研究[J].环境工程学报，2011，5（11）：2428-2432.

*为通讯作者