影響強(qiáng)化生物除磷的關(guān)鍵因素研究進(jìn)展

1、收稿日期:2005-02-03基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)青年基金支助項(xiàng)目(50408039,國(guó)家863青年基金支助項(xiàng)目(2004A A649330教育部留學(xué)回國(guó)人員基金支助項(xiàng)目。作者簡(jiǎn)介:行智強(qiáng)(1981-,男,山西運(yùn)城人,碩士研究生。影響強(qiáng)化生物除磷的關(guān)鍵因素研究進(jìn)展Advan ces in the Key Factors Affecting En hancedBiological Ph osphorus R emoval行智強(qiáng) 陳銀廣 楊海真(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 上海 200092摘要 磷已經(jīng)成為引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵控制因子之一。本文對(duì)影響生物除磷效果的關(guān)鍵因素的研究進(jìn)展進(jìn)行了分析,

2、并對(duì)在生物除磷研究過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題作了說(shuō)明。關(guān)鍵詞 強(qiáng)化生物除磷 影響因素Abstract T he contro lling o f pho sphor us has been to o ne o f the key facto rs leading to the eutr ophicatio n o f w ater bo dies.T his art icle analy zes the advances in the key facto rs affecting enhanced biolog ical phospho rus r emo val and expla ins the p

3、ro blems pr esent in the study o f biolog ical phospho rus remov al.Key words Enhanced Biological Phosphorus R em oval(EBPR Affecting Factor1 概述當(dāng)前,水體富營(yíng)養(yǎng)化的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。氮和磷流入水體后引起藻類的大量繁殖,水體處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài),魚(yú)類死亡,水體生態(tài)功能退化,最終使水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),更嚴(yán)重的還會(huì)引起水體的水華和赤潮,直接威脅著人類的健康。雖然氮、磷同為水體生物的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但藻類等水生生物對(duì)磷更為敏感。根據(jù)對(duì)全美49個(gè)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化限制因子進(jìn)

4、行調(diào)查的結(jié)果,磷為控制因子的占了67%,氮為控制因子的占了30%1。因此,嚴(yán)格控制出水的含磷量對(duì)控制水體富營(yíng)養(yǎng)化十分重要。2 生物除磷的機(jī)理增強(qiáng)生物除磷過(guò)程是以富集具有聚磷菌(PAO的活性污泥為基礎(chǔ)的,通過(guò)使活性污泥交替處于厭氧和好氧環(huán)境來(lái)完成的。一般認(rèn)為:厭氧條件下,PAO 細(xì)胞體內(nèi)的聚合磷酸鹽分解,溶液中形成大量的溶解性磷,并釋放出能量;同時(shí),糖原也進(jìn)行分解提供部分能量。PAO 利用這部分能量吸收污水中的有機(jī)碳源尤其是短鏈揮發(fā)性脂肪酸(如乙酸、丙酸,同時(shí)合成聚羥基烷酸(PH A,作為碳源和能源儲(chǔ)存在生物體內(nèi)。好氧條件下,微生物體內(nèi)的PH A 被氧化分解,并釋放出能量。PA O 利用這部分能

5、量吸收遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其生理需要的磷,在其體內(nèi)合成聚合磷酸鹽,同時(shí)合成糖原。最后通過(guò)排放剩余污泥達(dá)到除磷的目的。3 生物除磷的影響因素3.1 DO由于EBPR 是使PAO 交替的處于厭氧和好氧環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此對(duì)兩個(gè)階段的DO 有不同的要求。一般厭氧環(huán)境下的DO 應(yīng)該控制在0 2m g/L 以下。好氧環(huán)境時(shí),為了保證將PH A 充分氧化,釋放出足夠的三磷酸腺苷(AT P用以吸收溶解性磷,需要向反應(yīng)器提供足夠的DO 。但是,過(guò)量的曝氣不僅浪費(fèi)資源,而且也不利于磷的去除。Br djamov ic 研究了過(guò)量曝氣對(duì)EBPR 系統(tǒng)的影31 影響強(qiáng)化生物除磷的關(guān)鍵因素研究進(jìn)展 行智強(qiáng)響。結(jié)果表明,過(guò)量的曝氣會(huì)導(dǎo)

6、致EBPR系統(tǒng)的惡化2。因?yàn)殡S著聚- -羥基丁酸(PH B的逐漸消耗,PH B的濃度將逐漸成為限制磷的好氧吸收速率的一個(gè)主要因素,使得好氧條件下磷的吸收不充分,最終影響除磷效果2。一般好氧條件下DO 必須大于2m g/L。3.2 硝態(tài)氮要保證EBPR系統(tǒng)高效運(yùn)行,厭氧環(huán)境下除了不能存在游離氧之外,還不能存在硝態(tài)氮等的結(jié)合氧,以防止厭氧區(qū)內(nèi)發(fā)生反硝化現(xiàn)象。厭氧環(huán)境下存在硝態(tài)氮會(huì)抑制磷的釋放,濃度高時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)磷的吸收現(xiàn)象。因?yàn)橐环矫?硝態(tài)氮可以代替DO作為電子受體氧化微生物體內(nèi)合成的PH A,破壞了釋放磷的厭氧環(huán)境;另一方面,在反硝化菌的作用下硝態(tài)氮優(yōu)先與有機(jī)基質(zhì)發(fā)生反應(yīng),這與PAO合成PH A

7、產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)。所以,厭氧環(huán)境下存在硝態(tài)氮不利于PH A的合成,繼而影響到好氧環(huán)境下PAO對(duì)磷的吸收,最終影響除磷的效果。江田民等研究了進(jìn)水中存在不同濃度的硝態(tài)氮時(shí)對(duì)EBPR的影響。結(jié)果表明當(dāng)進(jìn)水中硝態(tài)氮濃度為25m g/L時(shí),嚴(yán)重抑制了厭氧環(huán)境下磷的釋放;硝態(tài)氮濃度為50m g/L時(shí),厭氧環(huán)境下甚至發(fā)生了吸磷的現(xiàn)象。3.3 pH值pH值對(duì)生物除磷的效果有著極其重要的影響。生物除磷的各個(gè)過(guò)程如厭氧磷釋放,好氧磷吸收等都存在著各自反應(yīng)的最佳pH值范圍。當(dāng)pH 值過(guò)低時(shí),厭氧磷釋放的效果不理想;而pH值過(guò)高時(shí),厭氧環(huán)境下代謝定量的乙酸等有機(jī)基質(zhì)所需要的能量增加。綜合考慮,生物除磷系統(tǒng)的pH值一般控制在

8、中性或略堿性。另外,EBPR系統(tǒng)對(duì)pH值的變化是比較敏感的,EBPR系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)該維持一個(gè)pH值以保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。Liu等人以乙酸為主要碳源,分別研究了活性污泥生物含磷量為12%和8%時(shí)pH值對(duì)厭氧環(huán)境下乙酸代謝的影響。研究結(jié)果表明酸性pH值環(huán)境抑制了乙酸的代謝,堿性pH值環(huán)境下可以釋放更多的磷,但是代謝等量的乙酸需要更多的能量。Liu等認(rèn)為pH為6 80 7之間最適合乙酸的厭氧代謝,因?yàn)樵诖藀H值范圍之內(nèi)吸收同樣的乙酸需要相對(duì)較少的能量6。Pijuan等人以丙酸為碳源研究了pH值在6 5和8 0之間變化時(shí)對(duì)EBPR系統(tǒng)的影響7。結(jié)果表明,厭氧環(huán)境的最佳pH值為8 0;好氧條件下酸性pH的磷吸

9、收率最低,pH值為7 5和8 0時(shí)的磷吸收率最高,并認(rèn)為7.5到8.0之間為好氧的最佳pH工作范圍。綜合考慮,Pijuan等人認(rèn)為以丙酸為碳源的EBPR系統(tǒng)的最佳pH值為7 5左右7。3.4 溫度溫度不僅影響微生物的新陳代謝活動(dòng),對(duì)優(yōu)勢(shì)菌種的選擇和微生物的代謝途徑有影響,而且對(duì)氣體轉(zhuǎn)移速率和污泥的沉降性能等也有影響。由于適合PAO生長(zhǎng)的溫度范圍比較窄,因此控制EB PR系統(tǒng)運(yùn)行的溫度是十分必要的。低溫條件下,EBPR系統(tǒng)容易生長(zhǎng)絲狀菌引起污泥膨脹,而溫度升高可以抑制絲狀菌的生長(zhǎng)。另外,低溫時(shí)回流污泥中硝態(tài)氮濃度比較高,因?yàn)?!時(shí)90%的氮發(fā)生硝化反應(yīng)4,這對(duì)厭氧階段磷釋放和有機(jī)質(zhì)的吸收都是不利

10、的,最終會(huì)影響磷的去除效果。Pansw ad等人認(rèn)為適合PAO生長(zhǎng)的溫度范圍比較窄,PA O的最佳生長(zhǎng)溫度在20C左右;25 30C是PAO的最佳生長(zhǎng)溫度范圍;當(dāng)溫度達(dá)到30C以上時(shí),普通的異養(yǎng)微生物將成為主要菌種8。隨著溫度的變化,優(yōu)勢(shì)菌種是在變化的。20 0!時(shí)PAO占了V SS(揮發(fā)性懸浮物的47% 70%,30 0!時(shí)PAO占了VSS的64%75%,而溫度升上到35 5!時(shí),普通的異養(yǎng)微生物占了VSS的90%。因此,EBPR系統(tǒng)的溫度也不易過(guò)高8。3.5 有機(jī)物濃度因?yàn)镻AO是異養(yǎng)型微生物,所以生長(zhǎng)繁殖需要有機(jī)物做碳源。COD濃度比較低時(shí),不能滿足PAO生長(zhǎng)對(duì)碳源的需求,合成的PH A

11、量少,影響好氧階段對(duì)磷的吸收,除磷的效果比較差。如果增加COD濃度,對(duì)除磷效率有明顯的改善。當(dāng)COD 濃度增加到一定程度,已經(jīng)完全滿足了微生物對(duì)碳源的需要,繼續(xù)增加COD效果不是很明顯,甚至?xí)?dǎo)致除磷效率的降低。其原因是PAO沒(méi)有利用的COD進(jìn)入好氧階段會(huì)導(dǎo)致非聚磷菌的大量繁殖,使PAO不再是優(yōu)勢(shì)菌種。江田民等人5對(duì)此做了分析,結(jié)果表明COD 值從100m g/L到300mg/L到500mg/L的過(guò)程中磷的去除效率顯著增加,而當(dāng)COD達(dá)到800m g/L32環(huán)境保護(hù)科學(xué) 第32卷 第1期 2006年2月時(shí)磷去除效率同COD為500mg/L時(shí)差不多。榮宏偉等10也對(duì)此做了研究,對(duì)不同的COD 負(fù)

12、荷下的除磷效果做了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,COD負(fù)荷小于1 36kg COD/m3#d時(shí),總磷的去除率隨著COD負(fù)荷的增加而增加;而當(dāng)COD負(fù)荷大于1 87kg COD/m3#d時(shí),總磷的去除率隨著COD 負(fù)荷的增加而減小。3.6 碳源有研究表明VFA(揮發(fā)性脂肪酸是引發(fā)PAO釋磷的主要基質(zhì),而COD、BOD5只反映了污水的有機(jī)物濃度和其可生化性。Randall和Liu分別以葡萄糖、乙酸、丙酸、丁二酸等為碳源,對(duì)好氧階段磷的吸收量和厭氧階段PH A的合成量以及合成成分之間的聯(lián)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,當(dāng)乙酸做碳源時(shí),微生物在厭氧環(huán)境下主要合成PH B,而當(dāng)丙酸做碳源時(shí),則主要合成PH V11。M.Pij

13、uan以丙酸為碳源研究發(fā)現(xiàn)合成的PH A中有90%PH V(聚羥基戊酸,而PH B 只占10%7。這表明以丙酸為碳源時(shí)合成PH A 的成分主要為PH V,PH B相對(duì)比較少。這與Randall和Liu的結(jié)果相吻合,但是Randall和Liu 的結(jié)果是64%PH V和36%PH B11。Chen等研究了低比例的丙酸、乙酸(SBR1和較高比例的丙酸、乙酸(SBR2做碳源對(duì)EBPR系統(tǒng)處理效果的影響。研究結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化之后SBR2的處理效率在SBR和批式實(shí)驗(yàn)中都高于SBR1,這是因?yàn)閰捬蹼A段釋放一定量的溶解性磷,SBR2在好氧階段吸收磷的能力要高于SBR1。這說(shuō)明經(jīng)過(guò)較高丙酸、乙酸比例的碳源

14、長(zhǎng)期馴化之后,EBPR系統(tǒng)具有良好的處理效果,而短期馴化的處理效果卻是較差的12。4 展望EBPR是目前一種有效、可行的生物除磷方法。為PAO創(chuàng)造最好的生長(zhǎng)、代謝環(huán)境是得到最佳除磷效果的必然條件。影響活性污泥生物除磷的因素眾多,而且每個(gè)因素對(duì)生物除磷的每個(gè)階段的影響也有所不同,只有找出各個(gè)因素的最佳組合才能達(dá)到最好的處理效果。參 考 文 獻(xiàn)1.俞棟.污水除磷技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展J.重慶工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2004,19(1:912.2.D.Brdjanovic,A.Slamet,M.C.M.Van Loos drecht,C.M.H ooij man s,G.J.Alaerts,J.J.Henj

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