反硝化除磷菌驯化培养方式研究

骆燕萍 李 琳 王小翠

随着水体富营养化问题的日益严重,如何更好的去除污水中氮磷等营养性元素是目前污水处理领域的研究热点之一。反硝化除磷技术由于具有碳源需求低、能耗小、污泥产量低等特点,可以解决传统脱氮除磷工艺中的碳源不足等问题,成为生物脱氮除磷领域的研究热点[1]。反硝化除磷工艺能够完整进行的前提是反硝化除磷菌的成功驯养,当前对于反硝化除磷污泥的驯化方式研究较少。本试验采用两种方式分别培养反硝化除磷污泥,以期获得较快的反硝化除磷污泥培养方式。

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验采用SBR反应器直径为 0.29m,高0.3m,有效容积约19.5 L。采用瞬时进水方式,周期进水比为0.67,周期换水量为13.2 L,反应器设有搅拌器。反应器以石英砂块作为微孔曝气头,采用电磁曝气机曝气,以转子流量计调节曝气量。反应器夏季置于室温状态下,冬季时反应器内置恒温加热装置,反应器示意图见图1。

1.2 试验用水和水质

本试验接种污泥来自武汉市某啤酒厂经脱水压滤后的污泥,经活化后配成浓度为3500mg/L的活性污泥。

试验水样采用学校生活污水为基本水样,污水COD,NH4+-N,PO43--P浓度分别为:210mg/L～320mg/L,24 mg/L～36 mg/L和7 mg/L～9 mg/L,同时根据不同阶段试验需要,配置成设定浓度COD,氮和磷的污水。

2 结果与讨论

本试验采用两种不同方式的驯化培养反硝化除磷菌。方式一根据两类聚磷菌理论,采用先富集培养两类聚磷菌,然后筛选出反硝化除磷菌。方式二根据同样的理论,采用四个阶段进行反硝化除磷污泥的培养。

2.1 方式一结果分析

本培养方式的出发点,是在培养初期尽量避免反硝化菌存在,具体试验设计如图2所示。

第一阶段好氧DO控制在3 mg/L～4 mg/L,MLSS为3500mg/L,每天运行两个周期。第二阶段在缺氧段加入含磷20mg/L,不含COD的模拟废水,并根据需要加入20mg/L的硝酸盐溶液。第三阶段在缺氧段加入一定量的硝酸盐溶液。

污泥培养各个阶段监测情况如下:

第一阶段为厌氧/好氧聚磷菌的驯化,从图3可看出,第5 d水中有41%的磷在好氧条件下被吸收,这说明污泥本身就含有一部分好氧聚磷菌。在第30d时水中磷酸盐在好氧条件下能够完全去除,这说明在厌氧/好氧交替运行的刺激下,以氧为电子受体的聚磷菌在活性污泥中已经成为优势菌属。

第二、三阶段是厌氧/缺氧反硝化聚磷菌的驯化。图4(前22 d为第二阶段,22 d后为第三阶段)反映了第二、三阶段对磷的去除效果。在第二阶段前14 d虽然出现了缺氧反应后出水磷浓度高于进水磷浓度的情况,但在各反应周期均能观测到缺氧段的吸磷现象。这也说明了聚磷菌中的一部分的确可以在缺氧条件下利用硝酸盐作为电子受体进行反硝化除磷。

2.2 方式二结果分析

此培养方式的特点是逐步增加缺氧时间,具体试验设计见图5。

各个阶段监测情况如下:

第一阶段是厌氧/好氧聚磷菌的富集,由图6可知,厌氧段结束时释磷量达到了10.2 mg/L,然而好氧末端时的磷酸盐含量仅为0.7 mg/L,磷的去除率已经达到了94%。这表明污泥中的聚磷菌通过驯化培养已经成为了微生物群体中的优势菌种。

第二阶段反硝化污泥的培养由图7可知,缺氧段同时出现了磷的吸收和反硝化脱氮现象,这也表明了一部分反硝化聚磷菌的活性在缺氧条件下得到恢复,只是微生物吸磷和反硝化脱氮的量都不大。此阶段磷酸盐去除率为90%。

第三阶段反硝化污泥的培养由图8可知,随着缺氧段时间的增加,微生物在缺氧段的吸磷量和反硝化脱氮量都同步增加,表明反硝化聚磷菌占全部聚磷菌的比例开始增加。已经可以观测到明显的反硝化除磷现象。

第四阶段反硝化污泥的培养见图9,在本阶段中,缺氧段的磷酸盐吸收量和硝酸盐脱氮量随着运行周期数的增加而增加,并最终分别稳定在5.6 mg/L和8.2 mg/L。该阶段内的磷酸盐去除率在76%左右。

3 结语

本文详细介绍了两种不同类型的反硝化除磷菌的驯化培养方式,并对反硝化除磷菌的培养过程进行了详细研究,得到如下结论:两段式培养方法(A/O+A/A)和四段式培养方法(A/O+A/O/A/O)均能有效的驯化富集反硝化除磷菌,反硝化除磷菌在除磷菌中可达到较高比例,反硝化除磷体系具有良好的反硝化脱氮和除磷性能。

[1]郝晓地.可持续污水—废水处理技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]周康群,刘 晖,孙彦富,等.反硝化聚磷菌的富集及富集污泥活性研究[J].环境科学与技术,2008(4):110-115.