序批式移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器脫氮除磷工藝特性研究

1、序批式移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器脫氮除磷工藝特性研究張寶義1張耀斌2趙雅芝21:大連海事大學(xué)環(huán)境學(xué)院，1160262大連理工大學(xué)環(huán)境與生命學(xué)院大連116024摘要：序批式移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（SBMBBR ）是一種新型的氮磷去除工藝，本文研究了進(jìn)水有機(jī)物和氨氮濃度對(duì)該反應(yīng)器內(nèi)氮磷去除效果的影響，并對(duì)其運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了初探。結(jié)果表明：隨著進(jìn)水COD 濃度增加，脫氮率先提高后降低；厭氧釋磷量也呈先增加后減少的趨勢(shì)（當(dāng)COD 濃度升至800mg/L時(shí)只有極微弱的釋磷量）。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度逐漸增加并超過(guò)一定范圍時(shí)，其脫氮效果開(kāi)始變差；厭氧釋磷量和除磷率也隨著NH 3N 濃度的增加逐漸下降。關(guān)鍵詞：序批式移動(dòng)床生物膜

2、反應(yīng)器；脫氮除磷；同時(shí)硝化反硝化Study on the performance of nitrogen and phosphorus removal in a sequencing batch moving bed biofilm reactorZHANG Yaobin 1, Zhang Baoyi 2, ZHAO Yazhi 21:Environmental Collage of Dalian Maritime University2:School of Environmental &Biological Science &Technology, Dalian Univer

3、sity of Technology, Dalian 116024, China Abstract:Sequencing batch moving bed biofilm reactor (SBMBBRis a new denitrifying phosphors process. The effects of initial COD and NH 3N concentration on the removal of nitrogen and phosphorus were investigated and the mechanism of performance characteristic

4、 was preliminarily discussed in this paper. The results showed that with increase of COD concentration in the feed, the nitrogen removal rate increased in the initial, but it dropped when COD reaching 450mg/L.The amount of phosphorus release also displayed similar tread (fewphosphorus release amount

5、 was discovered as 800mg/Lof COD in the feed. On the other hand, it was found that the nitrogen removal efficiency, phosphorus release amount and the phosphorus removal rate decreased when the feed nitrogen concentration rose.Key words ：Sequencing batch moving bed biofilm reactor; Nitrogen and phosp

6、horus removal; Simultaneous nitrification and dinitrification;前言隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的加劇，污水的脫氮除磷技術(shù)在全球范圍內(nèi)引起廣泛的重視，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的生物脫氮除磷工藝已成為目前污水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器是一種新興的污水處理工藝，因此探討和研究其處理效果的影響因素很有必要。1材料與方法1.1實(shí)驗(yàn)裝置反應(yīng)器用有機(jī)玻璃管制成（Ø110×300），有效容積為2L 。反應(yīng)器內(nèi)部所裝填料為改性聚乙烯填料（Ø10×10的空心圓柱，內(nèi)外表面作紋狀處理，空隙率84%），空床填充率為50%。反

7、應(yīng)器內(nèi)設(shè)有機(jī)械攪拌器和微孔曝氣砂頭，使反應(yīng)器內(nèi)的填料和污泥處于完全混合狀態(tài)。由文獻(xiàn)1，2及經(jīng)過(guò)一系列的試驗(yàn)確立了試驗(yàn)流程及運(yùn)行參數(shù)，使反應(yīng)器具有同時(shí)脫氮除磷的功能。實(shí)驗(yàn)采用間歇進(jìn)水，運(yùn)行工況為厭氧攪拌（2h ）好氧曝氣（7h ）沉淀（0.5h ）排水排泥。1.2實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，在此期間水溫逐漸由15升至27。本實(shí)驗(yàn)研究分為兩個(gè)部分：（1）進(jìn)水COD 濃度對(duì)氮磷去除效果的影響；實(shí)驗(yàn)中保持進(jìn)水NH 3N=40mg/L,PO 43P=10mg/L左右，逐漸增加COD 濃度，在運(yùn)行過(guò)程中測(cè)定反應(yīng)器中NH 3N 、PO 43P 、NO 3N 和NO 2N 的濃度。本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)四個(gè)進(jìn)水COD 濃

8、度200、400、600和800mg/L進(jìn)行了研究。每次改變進(jìn)水COD 濃度，穩(wěn)定一周后再對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)條件運(yùn)行34周。（2）進(jìn)水NH 3N 濃度對(duì)氮磷去除效果的影響。實(shí)驗(yàn)中固定進(jìn)水COD=400mg/L,PO 43P=10mg/L左右，不斷提高進(jìn)水NH 3N 濃度，在運(yùn)行過(guò)程中測(cè)定反應(yīng)器中NH 3N 、PO 43P 、NO 3N 和NO 2N 的濃度。本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)四個(gè)進(jìn)水NH 3N 濃度20、40、60和80mg/L進(jìn)行了研究。每次改變進(jìn)水COD 濃度，穩(wěn)定一周后再對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)條件下運(yùn)行1015d 。1.3實(shí)驗(yàn)水質(zhì)本實(shí)驗(yàn)采用人工模擬廢水，其組成為：CH 3COONa 、KH

9、 2PO 4、NH 4Cl 、NaHCO 3和微量元素。其中NaHCO 3一方面作為自養(yǎng)菌的碳源，另一方面調(diào)節(jié)系統(tǒng)的pH 值，將反應(yīng)過(guò)程系統(tǒng)的pH 維持在78左右。1.4分析項(xiàng)目及方法COD ：微波消解法；NH 3N ：納氏試劑分光光度法；PO 43P ：鉬銻抗分光光度法；NO 3N 紫外分光光度法；NO 2N ：N-（1-萘基）乙二胺分光光度法；溫度：普通水銀溫度計(jì)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.1進(jìn)水COD 濃度對(duì)脫氮效果的影響經(jīng)過(guò)馴化培養(yǎng)四周，載體掛膜基本完成，實(shí)驗(yàn)進(jìn)入正式運(yùn)行階段。生物脫氮包括硝化、反硝化兩個(gè)過(guò)程。硝化作用通常是由一類(lèi)稱(chēng)為硝化菌的微生物完成，這類(lèi)微生物為自養(yǎng)菌，通常占微生物總量的

10、5%左右，且生長(zhǎng)在生物膜的內(nèi)層。若系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)物濃度較高，異養(yǎng)菌會(huì)大量生長(zhǎng)，削弱自養(yǎng)菌獲得溶解氧能力，從而減弱了硝化作用。而反硝化則是由一類(lèi)異養(yǎng)微生物完成的，是以有機(jī)物為供氫體及營(yíng)養(yǎng)源，若有機(jī)物不足，會(huì)阻礙反硝化的進(jìn)行3。因此要在一個(gè)反應(yīng)器同時(shí)完成硝化反硝化, 控制有機(jī)物濃度顯得尤為重要。 （a ）COD=200mg/LCOD=400mg/L （c ）COD=600mg/L（d ）COD=800mg/L圖1不同進(jìn)水COD 濃度下氮的去除Fig.1Nitrogen removal at various concentration of COD in the feed由圖1，當(dāng)進(jìn)水COD 濃度不同時(shí)

11、，脫氮效果有明顯的變化。TN 和NH 3N 濃度變化趨勢(shì)基本一致，除圖（a ）COD=200mg/L時(shí)，NO 3N 和NO 2N 在反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有積累。NH 3N 濃度曲線在厭氧反應(yīng)開(kāi)始的15min 之內(nèi)迅速下降，隨后變平緩。進(jìn)入好氧反應(yīng)，NH 3N 與TN 濃度逐漸下降，至反應(yīng)結(jié)束。隨著進(jìn)水COD 濃度升高，脫氮效果先提高后降低。進(jìn)水COD 濃度由200mg/L升至400mg/L時(shí)，脫氮率由80%左右升至87%左右，當(dāng)進(jìn)水COD 濃度升高至800mg/L時(shí)，脫氮率降至72%左右。分05101520253035404550m g /lT(hr54045m g /LT(hr4045m g /LT

12、(hr051015202530354045m g /LT(hr析其原因主要是：（1）進(jìn)水COD 濃度為200mg/L時(shí)，NO 3N 有少量積累，有機(jī)物不足限制了脫氮的進(jìn)行；隨著進(jìn)水COD 濃度增加，硝化作用的氨飽和常數(shù)也隨之增加5，異養(yǎng)菌阻礙了硝化菌與氨的接觸，抑制了硝化反應(yīng)，硝化速率成為脫氮的限制因素；（2）反應(yīng)器內(nèi)生物量主要以生物膜的形式存在，生物膜具有一定的厚度（厚約12mm ），具有良好的氧傳遞梯度，內(nèi)層處于缺氧狀態(tài)，可有效進(jìn)行反硝化，即在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了同時(shí)硝化反硝化4。2.2進(jìn)水COD 濃度對(duì)除磷效果的影響傳統(tǒng)的生物除磷理論認(rèn)為生物除磷包括磷的釋放、吸收兩個(gè)過(guò)程，在這兩個(gè)過(guò)程中有

13、機(jī)物濃度是至關(guān)重要的因素。許多研究均已證明6：厭氧段的釋磷取決于可供利用的有機(jī)物濃度，而只有在厭氧段對(duì)磷充分釋放，在好氧段才能充分吸收。 （a ）COD=200mg/L（b ）COD=400mg/L （c ）COD=600mg/L（d ）COD=800mg/L圖2不同進(jìn)水COD 濃度下磷的去除率Fig.2Phosphorus removal at various concentration of COD in the feed36912150102030405060T (dP O 43-P (m g /L 去除率%T (dP O 43-P (m g /L 去除率%102030405060T(d

14、P O 43-P (m g /L 去除率%0369T(dP O 43-P (m g /L 去除率%不同進(jìn)水COD 下，厭氧段結(jié)束時(shí)，磷濃度及磷去除率如圖2所示。COD 濃度對(duì)磷的釋放影響很大。系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)水COD 濃度為200、400和600mg/L時(shí)，厭氧結(jié)束時(shí)磷濃度分別在55、65和50mg/L左右，進(jìn)水COD 濃度為800mg/L時(shí)，幾乎沒(méi)有釋磷現(xiàn)象。分析其原因是：進(jìn)水COD 濃度為200mg/L時(shí)，可供利用的有機(jī)物濃度不足，釋磷量少；隨著溫度（由最初的15左右升至25左右）和COD 濃度的升高，PAOs 不再是微生物種群結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢(shì)菌種，而富集了另外一種優(yōu)勢(shì)菌聚糖原菌（GAOs ）。這類(lèi)微生物在厭氧條件吸收有機(jī)基質(zhì)并在體內(nèi)合成PHA ，但并不釋放磷，在好氧條件下，分解PHA ，并將產(chǎn)生的電子最終傳遞給氧氣，使其還原成H 2O ，但不聚積磷。這種微生物的自然選擇，導(dǎo)致除磷效率變差7。2.3進(jìn)水NH 3N 濃度對(duì)脫氮效果的影響圖3表示了不