反硝化脱氮吸磷过程中的影响因子

李宏罡，张 玲，黄民生

（1.黑龙江生物科技职业学院，黑龙江哈尔滨 150025；2.华东师范大学，上海 200062）

玉米深加工企业生产过程排放的废水中含有各种污染物，厂区内生活废水与之混合后，出水中氮、磷含量很高，排放到自然水体中，会加快引起水体富营养化。传统的生物脱氮除磷[1,2]工艺存在自身难以解决的矛盾：聚磷菌和反硝化菌对碳源竞争始终存在；硝化菌、反硝化菌、聚磷菌菌龄不同，各种菌群混合在一起互相制约，难以使系统达到最优的运行条件[3,4]。为此各国水处理专家有针对性地进行大量研究，在工艺形式和工艺流程上进行一系列的革新，尤其是反硝化聚磷菌（denitrification phosphorus removal bacteria，DPB）的发现使脱氮除磷工艺有了更为广阔的发展前景。DPB有着与完全好氧聚磷菌（phosphorus accumulating organism，PAO）相似的除磷机理和潜力，所不同的是DPB利用N而非O2作为电子受体，并通过氧化内碳源（主要为聚-β-羟基烷酸，即PHA）过量吸磷，同时将N还原成N2，使吸磷和反硝化这两个原本对立的过程统一在一起[5-7]。

在反硝化脱氮吸磷实际运行过程中，由于污水浓度随生产时间、规模、生活规律发生变化，如何及时、有效掌控脱氮、吸磷排泥的最佳时机是能否取得良好运行效果的关键，本文主要研究反硝化吸磷和脱氮过程中pH、COD、磷酸盐、N-N、N-N和N-N等参数变化趋势及其相关性，探索变形化性规律，使其在实际工作中发挥指示作用，从而能实时掌握反硝化吸磷和脱氮过程，合理安排排泥除磷和反硝化脱氮时段。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 污泥来源

玉米深加工废水水解酸化+IC+A／O+MBR工艺中反硝化段污泥（阶段性试验证明具有反硝化吸磷脱氮功能）。污泥静置48 h后，采用自来水反复冲洗，测得该污泥上清液各项指标：CODCr为10 mg／L左右，N-N，N-N，N-N，磷酸盐均为 0～1 mg／L。

1.1.2 废水水质

玉米深加工废水水解酸化+IC+A／O+MBR工艺中IC反应器出水，水质指标见表1。

表 1 进水水质指标 ／（mg·L-1）Tab.1 Water Quality Indicators ／（mg·L-1）

1.1.3 回流硝化液

玉米深加工废水水解酸化+IC+A／O+MBR工艺中A段反应器出水，水质指标见表2。

表2 回流硝化液水质指标 ／（mg·L-1）Tab.2The Quality Indicators of Nitrification Liquid／（mg·L-1）

1.1.4 回流比 R=2，回流液流量与进水流量等比等于2，用蠕动泵加入，混合水样体积达到4 L。

1.1.5 间歇反应器内混合水质指标（见表3）

表 3 混合水质指标 ／（mg·L-1）Tab.3 The Quality Indicators of Mixture ／（mg·L-1）

1.2 试验方法

1.2.1 分析项目及方法

1.2.2 试验反应器

序批式反应器（SBR）如图1所示，总容积5 L，有效容积4 L，由有机玻璃制得，反应器内设有搅拌装置，保持泥水混合均匀，外设水浴恒温装置保持系统内恒温。每间隔30 min检测混合液的NN、NN、COD、N-N、磷酸盐浓度，在线监测 pH、水温。采用间歇进水方式，反应时间4 h。

图1 SBR示意图Fig.1 Schematic Diagram of SBR Process

2 结果与讨论

2.1 反硝化脱氮过程中各参数变化趋势分析

图2 pH、N-N、N-N随时间变化趋势Fig.2 Trends of pH,NN,N-N by Time

在硝化回流液中存在硝态氮，同时还存在氧和少量亚硝酸盐，大多数反硝化细菌是兼性厌氧细菌，在有氧时进行好氧呼吸，无氧时进行硝酸盐呼吸，水中有机物做为电子供体，发生以下反应[8]：

由图2可知，O2、N-N还原成NN不产生碱度，pH上升趋势缓慢；N-N还原N2阶段产生OH-，pH上升趋势变快，当试验反应进行到2 h左右，pH曲线上出现拐点B点，此时，系统中NN浓度为0 mg/L，即“硝酸盐弓”，N-N浓度达到最大（图2中A点），又称为“亚硝酸盐峰”。当反应进行到3.5 h左右，NN和NN几乎均被还原，反硝化结束，没有碱度继续产生pH开始下降，即pH曲线出现拐点C（“亚硝酸盐膝”），所以可以看出利用pH曲线第2个拐点可以准确指示反硝化过程的“真正结束点”[9]。

图3 pH、N随时间变化趋势分析Fig.3 Trends of pH,NN by Time

2.2 反硝化吸磷过程中pH、磷酸盐、N-N、N-N变化趋势分析

图4 磷酸盐、N-N、N-N变化趋势分析Fig.4 Trends of P-P,N-N,N-N by Time

2.3 反硝化脱氮吸磷过程中pH、COD随时间变化趋势分析

由图5可知，反硝化脱氮吸磷过程中可以看出反应初期COD下降较快，主要为O2和N提供电子以及吸磷过程中能量消耗，pH曲线B点之后，主要为N-N还原反应，聚磷菌对磷的释放，对电子供体需求量相对减少，COD下降趋势变缓。同时有缺氧反硝化条件下，不溶性有机物被微生物降解，产生小分子有机物，使废水中保持一定的COD值。

3 结论

图5 pH、COD随时间变化趋势Fig.5 Trends of pH,COD by Time

（3）反硝化脱氮吸磷过程中，反硝化细菌对碳源有需求，保持系统中具有一定碳源是十分必要。

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