3333A2N连续流双泥系统反硝化除磷脱氮试验研究

除磷脱氮

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第 3 6卷

第 8期

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V0. 6 NO 8 I3 .Au g,2 0 0 4

2004年 8月

J OURNAL OF HARB N I T TUT EC I NS I E OF T HNOL OGY

A N连续流双泥系统反硝化除磷脱氮试验研究，,王亚宜，彭永臻，李探微，王淑莹，李勇智( .哈尔滨工业大学市政环境工程学院，黑龙江哈尔滨 10 9 E malyyw n@ 13 cr; 1 50 0, - i:ai ag 6 .o n

2北京工业大学环境与能源学院，北京 10 2 3 . 0 0 2; .同济大学环境科学与工程学院，海 2 0 9 )上 002

摘

要：研究了基于缺氧吸磷理论开发出的 A N反硝化除磷脱氮新工艺对生活污水氮、的去除，:磷重点考察

了不同 C D T投碳方式及碳源对 D A反硝化吸磷和脱氮的影响.验结果表明： O/ N、 NP O试当进水 C D T在 O/N 39 . 4~7变化时，硝化除磷较好，磷率稳定在 8 . 3~9 . 5,氮率从 8 . 9提高到了 9 . 0; 反除 70% 2 9%脱 09% 2 7%而当 C/ N达到 9 6以后， OD T .系统脱氮效果稳定在 9%以上， 2除磷率却降至 7%以下， P去除量中反硝化吸 4 T磷比率下降，氧吸磷比率升高；外碳源投加在缺氧段，能优先支持反硝化脱氮反应，好将只而对缺氧吸磷有抑制作用.因此，想的反硝化除磷环境为外碳源 (电子供体 ) N 电子受体 )能同时存在于一个体系理和 O一(不中. N双泥系统的建立有利于除磷、氮的稳定和高效. A,脱关键词：反硝化聚磷菌；硝化除磷脱氮； 2反 A N双泥系统； OD T C/N中图分类号： 7 3 X 0文献标识码： A文章编号： 3 7—6 3 ( 0 4) 8—14 4 06 24 20 0 0 6—0

De irf i pho p r e o a n A 2 t n t iy ng de s ho us r m v li wo-l N sudg o e s e pr c sW ANG .,PENG ng z e ,L n we, ANG hu y n,LI Yo g z i Ya yi Yo . h n’ I Ta . i W S . ig n -hr i

0 0,Chn 5 i a,E— i: a i mal y y- ( . c o lo ncp l n n io me tlE gn ei g,Habn Isi t fT c n lg Ha b n 1 0 9 1 S h o fMu iia d E vrn n a n ie r a n r i n t ue o e h oo y t.

,

w n@ 13 cr: .S ho fE v ome t n n ryE gneig B in oyeh i U iest,B in 0 0 2。C ia 3 ag 6 . o 2 c o l n i n n dE eg n ie r, e igP ltc nc nvri n o r a n j y e ig10 2 j hn; S h l fE vrn e tl n ier g T nj U i ri,hn h i 0 0 2, hn ) c o n i m na E gnei,o gi nvs t S a g a 2 0 9 C ia o o n e y

Absr t nv s ia i g t e nir g n a o p o usr mo a iu to fd me tc s wa e u i h pr c s t ac:I e tg tn h to e nd ph s h r e v lst a i n o o si e g sng t e A2 N o e s wh c s b s d o h h o y o e tiyng ph s h r s r mo a . Th x rme t g e t e i h wa a e n t e t e r f d ni f i o p o e v 1 r u e e pe i ntpu r a mph i n t e s a so h

e fc fd f r n a b n l a i g,c r o o r e n ln a b n mo e n t e d n t f i g d p o p o s e - f to i e e tc r o o d n s a b n s u c sa d f i g c r d s o h e i i n e h s h r f e f i o ry u ice c in y.T e e p rme tr s l s o d:wh n COD/TN l t t d fo 3. 4 o 7,t e d nirf i g d p o ph r s h x e i n e u t h we e fucuae r m 9 t h e tiy n e h s o u

r mo a s e f c ie h e t t lp o p o s r mo a f ce c h n e ewe n 8 . 3 a d 9 . 5, i h n - e v lwa f t .T o a h

s h r e v le in y c a g d b t e 7 0 n 2 9% s e v u i mu a eo l ir g n r mo a f cen y i r v d fo 8 9 usy n to e e v le i i c mp o e m 0. 9% t . 0% . we e,wh n COD/TN s i h r t a r o 92 7 Ho v r e Wa h g e h n 9 6, h to e e v f c e c s hihe h n 92, tt e tt l h s ho s r mo a f c e c e ln d . t e nirg n r mo a e l i i n y wa g r t a % bu h oa p o p r e v e i n y d c i e u l i

( 4 ) a oi d p op o srt a e u e n h eaind p op o srt oeo vrl T e v 7%,n xc e h sh r i w srd c da dte art e h s hr ai rs f eal P rmo a u ao o u o o lqu n i a tt y.Puti g t e c r o o r e i h no i e c o si a o fd n ti i td d h r t n x c de tn h a b n s u c n t e a x c r a t rwa n fv ro e irf ng bu i a m o a o i - y

p o p o s S mu t n o s p e e c fc r o n i ae wo l e d t me t o p o p o s r mo a . T e t h s h r . i l e u r s n e o a b n a d n t t u d b e r n a t h s h r e v u a r i l u 1 h wo—

sud e s se wa ne ta o i r v i g t e s se’ f c e y a d sa lt l g y t m s be f i t mp o e n h y t m S e f inc n t bii i l i y.

Ke y wor ds:d ni iy n ho p t—a c e t f i g p s hae r c umul tn r a ims;de irf ng de h s o s r mo a;A2 t aig og ns n tiyi p o ph r e v l u wo— N

s u g y t m;COD/ l d e s se TN

目前我国几乎所有污水处理厂脱氮和除磷效

水 C D T比值较低

,源缺乏成为反硝化和除 O/N碳

果不能同时达到最佳状态，其原因主要为：污①收稿日期： 0 3—0 20 5—0 . 9

磷的限制性因素；硝化菌、②反硝化菌和聚磷菌微生物生理习性及要求的环境条件各不相同，污水厂采用的多为单污泥系统，生物呈悬浮混合微生长，法保证它们能同时在各自最佳的环境中无生长 .终导致了氮和磷的去除成为对立矛盾 .最反硝化吸磷理论为解决这一问题提供了新思路 .2 0

基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目( 0 3 A 0 0 0) 20 A 6 1 1 国家自然科学基金重点资助项目( 0 3 0 0) 5 18 1 . 作者简介：王亚宜 ( 9 7一)女，士； 17,博 彭永臻 ( 9 9一),,授，士生导师. 14男教博

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王亚宜，等： A N连续流双泥系统反硝化除磷脱氮试验研究

世纪 9 0年代初，国外就有反硝化除磷的相关报导¨ J本试验研究的 A N(氧/氧和硝化 ) . 厌缺 双泥系统是基于反硝化除磷技术开发出的连续流除磷脱氮新工艺，冲破了原有聚磷菌只能以氧它

2试验材料与方法 2 1试验装置 .

A:系统试验装置用有机玻璃制成，分建 N由式厌氧一生物膜好氧一缺氧一快置曝气反应器和两个竖流式沉淀池组成，氧、物膜好氧、氧厌生缺

作为电子受体的束缚，又建立了“双泥系统”的运行模式，有效解决了除磷和脱氮的矛盾，保证了出水较低的氮磷质量浓度，抑制富营养现象的发生.

池及后置曝气池的容积分别为 6L 1、0L和 、3L 12L; 中沉池和终沉池总容积分别为 7 2L和 4 9 . . L包括泥斗 )生物膜硝化池采用的是新型进口 ( .填料——碳纤维 .氧和缺氧池内安装搅拌器，厌进水、越污泥和污泥回流流量分别用 3台蠕动泵超控制 .统中聚磷污泥的 S T为 1系 R 2~1 (考 4d不虑硝化池生物膜的 S T)生物膜硝化池的 D质 R . O

1 A N工艺 2试验采用生物膜法和活性污泥法相结合的双泥系统，水先进入厌氧池，原反硝化聚磷菌在此吸

收大量的有机底物并以 P HB的形式贮存在胞内， 同时释放出大量的磷 .后泥水混合液经中沉池随

快速分离后，含氨氮和磷的上清液流向好氧生富物膜硝化池，行硝化反应，时也将剩余有机物进同好氧降解完全 .沉淀下来的聚磷污泥超越了生而物膜法硝化池直接进入缺氧池，泥中的 D .污 N PO A s以体内的 P HB为电子供体，硝化池提供以

量浓度设定值为 3~ gL后曝气池的 D 4m/, O质量浓度设定在 2mg L左右 . / 22污水水质和试验方案 .

试验采用某高校生活区排放的污水，据要根

求加适量的自来水稀释或者其他碳源来达到不同的 C D值或要求的 C D T同时投加 N H O O O/ N; aC来控制进水 p在 6 8~水质情况见表 1 H . 8, .

的 N 作为电子受体，成反硝化脱氮和过量 O一完吸磷作用.置快速曝气池的设计主要是用于吸后收剩余的磷：缺氧池中，聚磷菌以硝态氮作为第一电子受体对磷的吸收如果不完全，后置快速曝在

接种污泥为北京高碑店污水厂除磷工艺中的活性污泥， 20自 0 2年 8月上旬起以生活污水进行

气池中它们就以氧作为第二电子受体将余磷吸收尽 .外，快速后曝气池中聚磷菌体内的 P 此在 HB

连续培养 .进水流量为 4 . 4/, 3 2~ 8L d超越污泥和回流污泥流量为 1. 2 9~1./,初系统反 4 4L d 1 1月

能够被氧化完全，而可实现自身的再生恢复作从用.着污泥在厌氧、氧池的交替循环运行，随缺 D A s生物可形成稳定的优势菌属 . NP O微

硝化除磷效果稳态，明系统中 N P O微生物说 DA s驯化成熟，始跟踪测定.验方案见表 2开试 .

表 1进水水质特性项目

/ L ( mg(一—

r C p ( ODc )’ .

P

1

’ ( )

/ mg L·.

( OD ) p ( H4 B 5 N ( ) (.

+

-

N) ( p NO3一

-

-

N)一

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·一) ( ’ ( ,

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·一) ( ’ )

l

/ m L g一

p ( N) T

·一) ( ) .

/ mg L一 ),.

p ( P) T

·一) ’

p1

}

碱度…

Ⅱ阶段 ( 9~10d 8 4 )Ⅲ阶段 ( 4 1 1~16 d 5 )Ⅳ阶段 (5 1 7~16 d 8 ) V阶段 ( 9 1 7~2 6 d 0 )

进水投加葡萄糖缺氧池投加葡萄糖

3 7l 2 5l 3 5 8 5 4 O

0. 0 7 4 0. 0 5 6 0. 77 7 1 0l . 8

6 4 . 9 4 5 . 8 7 0 . 2 9. 4 6

9. 4 9 9. 4 5 8. 7 0 8 28 .

进水投加乙酸钠

增大进水葡萄糖投加量

2 3检测方法 .

p和 O P为 wT l e 2型. H R都 w vl e

C D r铬酸钾法；氮：氏试剂分光光度 O c重氨钠法；态氮：香草酚分光光度法； N:硫酸钾硝麝 T过

3结果与讨论 在系统运行过程中，氧池和缺氧池的 ML S厌 S维持在 400~ 0 / T 0 47 0mg L,N和 T P的平均负荷分别为 0 15k/(· ) 0 0 2k/(·, . g m d和 . 1 g m d) 1

氧化一外分光光度法； P氯化亚锡还原光度紫 T:法；解性磷酸盐：化亚锡还原光度法； S:溶氯 ML S

滤纸称重法； O、 D温度： w O测定仪及探头； wT D

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C D负荷在各阶段的变化见表 2 O .31 C . OD的去除图 1给出了 I~V阶段各反应器中 C OD的质

增大到了后期的 10 8k/(·d但是系统对 . 1 g m ), C D的去除一直很稳定.水 C O出 OD质量浓度为 7 5~3 . /平均为 2 / C D去除率为 . 7 6mg L, 6mg L; O8 .%~9 .%,均已达到 9%以上 . 57 77平 4

量浓度变化.图中可以看出，然进水 C从虽 OD波动幅度较大，机负荷从初期 0 4 9k/(· )有 .7 g m d

一

, 阶段 I l

V阶段’I阶段 I

、.. ◆.一 .

岬.

/’1 .d一^ l.

8

^-^·— .

.

.

一

…

.

反应时 d

图 1 A N系统对 C D的去除 : O

32氦磷的去除 .

mgL,/电子供体 ( HB)对于电子受体 ( O, P相 N一一

图 2、别为 I 3分~V阶段系统氮

、的去除及磷在各反应池的变化情况 . 3 2 1 C D T对反硝化吸磷脱氮的影响 . . O/ N反硝化吸磷需要以硝态氮作为电子受体，以有机物作用电子供体，以， OD T对 A N工所 C/N 艺的脱氮除磷效果有重要影响 .I段 ( OD T=3 9:图 3中可以看阶 C/N .4)从

N)乏，缺导致缺氧段 N O一一N有剩余 .阶段出 I 水 N N含量较其余阶段高， O一一主要原因是该阶段进水有机物较少，尤其到了后曝气段有机物含量更低，之系统聚磷菌的 S T较长，利于提加 R较

高悬浮污泥系统硝化菌比例，故后曝气池的硝化能力较好，本上能将超越污泥带人缺氧池的基N H一一N完全硝化 .

出，I阶段的除磷效果较好，均去除率为平 9.7, 2 8%出水 T P平均值为 0 4 g L已达到国 . 1m/,家一级综合排放标准.常规工艺 ( O、/ 在 A/ A O和 U T中， C D T C )当 O/ N低于 7~ 9时，因碳源会缺乏使生物除磷法无法发挥除磷作用 J但 A N . 工艺因以缺氧吸磷理论为基础，统内反硝化聚系磷菌以 N,作为吸磷和降解 P O一 HB过程中的电子

Ⅱ阶段 ( O/ N=6 4 ) C DT . 9:I阶段的脱氮效

果不是很理想，以，所Ⅱ阶段在进水中投加碳源葡萄糖， C D值提高到 3 1m/将 O 7 g L左右， O/ N C D T提高到 64 . . 9由于首段厌氧段的有机负荷提高， 聚磷菌合成的 P B量充足， H释放出的磷较 I阶段有所增加 ( 3 8/,时，续缺氧段的吸 3 . 3mg L)同后磷率也随之增大，氧段 T缺 P质量浓度降至 2 5 .3 mg L, O一一N质量浓度降为 0 1/最后/ N, . 2mg L,出水 T P质量浓度为 0 1 g L,N质量浓度为 .2m/ T

受体，免了常规工艺中反硝化菌和聚磷菌对有避机碳源的竞争，因此，水 N 质量浓度较常规出 O一

工艺低；时，:回流比通常比传统工艺小得同 AN多，实验中回流比仅为 3%,大减小了回流本 4大

4 1 gL且大部分是以 N .8m/, H一一N形式存在.可见提高了 C/

N,统对氮、的去除效果随 OD T系磷之提高，已分别达到 9 .%和 9 .5 . 27 79%

污泥中 N,进入厌氧池的含量 .些因素有助 O一这于降低 N,对聚磷菌放磷的不利影响，强系 O一增统对反硝化聚磷菌的选择能力，当进水 C D 故 O/ T N比值仅为 3 9 .4时，也可保证除磷系统的高效 . 低 C DT O/ N对系统脱氮率影响较大，阶段 T I N去除率为 8 .9, 0 9%出水总氮平均值为 1 .7 g L 4m/, 1且 8%是以 N, N形式存在， H一一N含量 0 O一一 N较低.阶段脱氮不完全是 C N过低引起的： I/ I阶段进水 C D较低，氧段合成的 P B量相对较 O厌 H少，而硝化池提供的 N, O一一N质量浓度高达 3 6

V阶段 ( O/ N=96 )继续增大葡萄糖 C DT .4:投加量，进水 C D增大到 50mg L以上，机使 O 0/有负荷提高到 10 8k/(· )右， OD T . 1 g m d左 C/ N提

高到 9 6,时除氮率为 9 . 9, .4此 2 9%出水的硝态氮很低 (为 0 1/ )进水 C D的升高反而造仅 .3mg L . O成了缺氧吸磷效果的变差，氧池 T缺 P质量浓度

明显高于其他阶段 (平均值为 1.4 m/ )出水 32 g L, T P为 16 g L T .9 m/, P去除率平均值为 8 . 2, 02% 较其他各阶段低，出现这种结果的原因有两个：①

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王亚宜，: N连续流双泥系统反硝化除磷脱氮试验研究等 A2

·14 0 9·

系统提供的电子受体量有限，无法满足完全反硝化吸磷的需用；进水 C D质量浓度高，污泥② O被表面吸附的有机物质多，污泥进入缺氧段后，当表

N 量缺乏，终还是会导致除磷效果的不彻 O一最

底，Ⅳ阶段符合这类情况.3 3 N P Os泥的沉降性 . D A污

面吸附的外碳源抢先利用硝态氮实现反硝化作用，限制了硝态氮用于吸磷的量，该阶段的缺氧故吸磷不完全 .V阶段相当一部分磷是通过后曝气，池好氧吸收去除的，此，理高 C D T比污因处 O/N

通过镜检观察到 N P s泥絮体凝聚较好 D AO污

且颗粒较大，有良好的沉降性，整个运行过程 具在

中 N P O污泥的 S I一直稳定在较低范围 DA s V值内，持在 7维 2~16ml .于在 A N系统中， 2 Mg由 各

水，设置后快速曝气池是很必要的，它可避免氮源不足引起的吸磷不完全.另一个角度分析，从类似于 v阶段高 C D T比的除磷运行模式，可能 O/N将导致聚磷污泥中反硝化聚磷菌比例的减少，好而氧吸磷聚磷菌比例增高 . 32 2不同投碳方式对反硝化除磷脱氮的影响 ..

反应器有机物的梯度分布很明显，同时 N P O DA s悬浮污泥呈厌氧/氧循环运行，相当于前置有缺这一

个厌氧生物选择器，效抑制了污泥膨胀的发 有

生，因此，即使在 I阶段进水 C D负荷较小时污 O泥沉降性保持良好，有出现污泥膨胀 .没

在完成上述Ⅱ阶段进水中投加碳源来提高脱氮效果的研究外，又尝试改变投加碳源方式，通过在缺氧池投加有机物的方法来提高系统的脱氮除磷效果 .I I I阶段用蠕动泵控制流量在缺氧池加入

4结论 1反硝化聚磷菌 ( D A s可以 N,作为 ) N PO) O一电子受体进行反硝化脱氮和过量吸磷 .们利用它厌氧段体内贮存的有机颗粒于缺氧环境进行反硝

相当于 10m/ O 0 g LC D的葡萄糖溶液.出水 N 3 O一一

化和吸磷，由于两个反应是同时发生的，避免了两者就底物问题产生的竞争关系，污水中的易降使解有机物最大程度地被用于反硝化和吸磷作用 . 2 A N反硝化除磷系统适合于处理 C D T ) O/N为 4~ 7的生活污水，比值较符合我国生活污水 该C N比值 ./

N质量浓度较 I I阶段有所下降，和 I但是缺氧

池反硝化除磷效果较 I段反而变差 (氧池 T 阶缺 P

质量浓度为 7 9 gL, . 8m/ )这说明将碳源投加在缺氧段可能对反硝化除磷产生了负面作用 .这是因为在缺氧段外加碳源，优先支持反硝化，少了会减缺氧吸磷所需的硝酸盐量，硝化除磷受到了抑反

3外碳源对反硝化有利， )但是对缺氧吸磷无益，要提高系统脱氮除磷效果，将碳源投加在厌应氧段 (

进水端 )而不应投加在缺氧段，否则，导将致系统除磷效果的下降 . 4 A N反硝化脱氮除磷工艺为双泥系统， )硝

制，以，所系统脱氮效果升高，而缺氧吸磷效果反而下降.

3 2 3碳源种类对反硝化除磷脱氮的影响 ..

I和 I阶段都以葡萄糖作为有机碳源， I I I在

I阶段用乙酸钠代替葡萄糖投入进水中，究葡 V研萄糖和乙酸钠两种碳源对系统脱氮除磷的影响. 大量资料表明，在厌氧段投加葡萄糖、乙酸钠等简单有机物都易诱发磷的释放，以乙酸类效果最但佳，消耗单位乙酸钠合成的 P B量大于单位葡萄 H糖合成的 P B量，验结果也验证了这一点. H试当在进水中投加乙酸钠将 C D提高到 3 4m/ O 8 g L左右时，放磷效果明显好于 I阶段，氧池释放的 I厌 T P质量浓度高达 4 . 1m/,由于诱导出的 0 8 g L但T P质量浓度过高，体内有机物贮存量超过了系其统提高的 N,量，时，曝气池反应时间又较 O一同后短，能将余磷吸收完全，以，水的 T不所出 P质量浓度为 0 5/较 I阶段偏高 .同于以好氧 .9mg L, I不

化菌和聚磷菌在各自最佳的环境中生长，化反硝应已不是工艺运行的限制性因素，有利于除磷、更

脱氮系统的稳定性和高效性，可控制性也高

参考文献：[] O T E G,MA SL ,TL HE A, t 1 n xc 1 B R ON R IILS IC e a.A oi

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t n i atosu g ytm[] Wa R s 9 6, 2 1 i n —ld ess o w e J t e,19 4 ( —

2:1 0 ) 7 2—1 1 . 7 0

[]O 3 S RM R,B T E G,S T R L

IR, ta.P o— OR ON AL A E L e 1 hs p a e u tk n e n x c c n i o sa d f e . l n t . h t p a e u d ra o i o d t n n x d. m i i i i i f r.

吸磷为基础的传统除磷工艺，只要进水 C D充 O分，氧段放磷量高，续好氧吸磷效果就可得到厌后保证； 工艺以缺氧吸磷技术为基础，碳源充 AN在足的前提下除磷效果还受 N,电子受体量的限 O一

i t ur n e o a a t t ld ess f aini n te trm v cia dsug ytm[] c o n i l ve e J.Wa R s 9 6, ( 0:17 t e,19 7 3 ) 5 3—1 8 . 5 4

[] 4沈耀良，宝贞.王废水生物处理新技术一理论与应用

[ .京： M]北中国环境科学出版社， 9 . 1 9 9

制，即使碳源充足放磷充分，如果后续缺氧段但

(辑编

刘

彤，向红 )姚

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