富集聚磷菌的EBPR耦合同步硝化反硝化系统脱氮除磷性能研究

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水体中较高的氮、磷含量,是引起水体富营养化的主要原因。在污水处理厂,磷的去除效果总是不理想。因此,在传统污水处理工艺中采用新型的脱氮除磷技术及有效的运行控制技术,对于实现其高效、稳定、低能耗的运行显得尤其重要。本研究采用一种新型的脱氮除磷技术,即富集聚磷菌的同步硝化反硝化除磷(Simultaneous Nitrification Denitrification and Phosphorus Rremoval system,SNDPR)技术,并基于序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor,SBR)工艺的基础上,在较低的溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)条件下通过将强化生物除磷(Enhanced Biological Phosphorus Removal,EBPR)与同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification Denitrification,SND)耦合用于污水的脱氮除磷。但是,在SNDPR-SBR系统中,SND性能会随着环境因素的改变而存在不同的表现形势。本文通过研究不同控制因素对SNDPR-SBR系统中脱氮除磷性能的影响,以期为SNDPR-SBR工艺的稳定运行以及应用推广提供理论支持。  (1)采用实际生活污水为处理对象,实现了强化生物除磷系统的启动与稳定运行。通过考察不同DO浓度(2.0mg/L、1.5mg/L、1.0mg/L和0.5mg/L)条件下强化生物除磷系统中同步硝化反硝化特性的变化情况,获得了实现SNDPR-SBR系统快速启动的DO浓度。试验结果表明,采用实际生活污水可以实现聚磷菌的富集,并且当DO浓度为1.0±0.2mg/L时,可实现富集聚磷菌的EBPR系统与同步硝化反硝化作用的耦合,同步硝化反硝化率达到50%以上;当DO浓度约为0.5mg/L时,系统除磷性能与硝化性能均较差;当DO浓度约为2.0mg/L时,系统的同步硝化反硝化性能较差。  (2)为进一步了解SNDPR-SBR系统处理低C/N生活污水时的碳源代谢情况,本研究通过改变进水C/N(C/N分别为11、8、4、小于4)考察了SNDPR-SBR系统的脱氮除磷特性、内碳源贮存特性、及内碳源利用特性。此外,还通过观察挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acides,VFA)、糖原等的变化情况,了解了系统碳源的转化利用途径,并推测了该系统内各菌群的代谢情况。试验结果表明:当进水C/N为11,系统的硝化性能较差,说明过高的C/N会影响系统的硝化性能,并容易引起异养菌大量生长;但当进水C/N为8时,系统在好氧段同步硝化外源反硝化作用最为明显。  (3)厌氧/低氧运行的SNDPR-SBR系统处理较低C/N生活污水时,碳源的储存与转化是关乎其系统脱氮除磷效果以及SND率的重要因素之一,但系统内碳源的贮存主要发生在厌氧阶段。本研究通过考察不同厌氧时间(3.5h、3h、2h、1.5h)对系统内碳源贮存的影响,获得了SNDPR-SBR系统实现高效、稳定运行所需的最适厌氧时间。试验结果表明:在一定范围内延长厌氧时间有助于厌氧段内碳源的贮存和好氧段同步硝化反硝化的发生。同时聚糖菌(Glycogen Accumulating Organisms,GAOs)虽然不参与磷酸盐的代谢,但是具有一定的反硝化脱氮能力。  (4)不同厌氧时间下SNDPR-SBR系统的反硝化除磷速率(电子受体分别为O2以及不同溶度下的NO3-、NO2-)测量试验结果表明:在厌氧时间为3h时,在低氧条件下,SNDPR-SBR系统以NO3-、NO2-为电子受体,反硝化除磷速率最大,其系统内聚磷菌(Phosphorus Accumulating Bacteria,PAOs)的活性最强。  (5)磷元素是影响富集聚磷菌的SNDPR-SBR系统中,聚磷菌和聚糖菌活性的主要因素之一。通过调控进水磷酸盐浓度(PO43--P)的方式,研究了不同进水C/P对系统的脱氮除磷效果及各功能菌群活性的影响。试验结果表明:当C/P为60时,聚糖菌的竞争力大于聚磷菌,系统的脱氮性能较好,分析其原因可能在于聚糖菌可以利用体内储存的内碳源聚羟基脂肪酸(Polyhydroxyalkanoate,PHA)进行内源反硝化脱氮。当进水C/P为15~30时,SNDPR系统中聚磷菌比较容易富集,并且系统除磷效果稳定。当进水C/P为5时,SNDPR系统最终会导致异养菌大量滋生,而丧失了脱氮除磷性能。
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