双污泥SBR工艺反硝化除磷特性的研究★

张 爽 刘春花 李向红

(1.黑龙江工程学院，黑龙江 哈尔滨 150050； 2.黑龙江大学，黑龙江 哈尔滨 150040； 3.哈尔滨供排水集团，黑龙江 哈尔滨 150040)

1 概述

20世纪70年代实验人员在研究硝酸盐浓度对生物除磷的影响时发现反硝化菌对除磷有明显作用，自此，各国研究人员对反硝化除磷工艺的机理和影响因素都做了深入研究。双污泥SBR工艺是在传统生物脱氮除磷工艺基础上发展起来的，该工艺实现了“一碳两用”，有效的解决了传统脱氮除磷中一直存在的反硝化菌和聚磷菌的泥龄矛盾的问题。本实验通过双污泥SBR反应器在不同碳源及COD浓度条件下的处理效果，为该工艺在实践中的运用提供技术数据。

2 实验条件

2.1 实验装置

有机玻璃实验装置总有效容积为40 L，有机玻璃板将其分隔成四部分：厌氧反应器、静置池、好氧反应器、缺氧反应器，所占有的有效容积分别为10 L,3 L,13 L,14 L，沉淀池的体积为20 L。

反应器可内置在线监测温度探头、DO探头、pH探头及搅拌器和曝气装置。搅拌浆设置在厌氧区和缺氧区，充分搅拌以保持污泥处于均匀悬浮状态。好氧区通过曝气头供氧，使用空压机提供氧气，流量用流量计控制。反应器温度通过加热棒控制。实验过程中，进水、排水、排泥、污泥跨越和污泥回流均有蠕动泵控制。实验过程中所用人工合成废水采用110 ℃高温灭菌1 h后使用，以防细菌在进水罐中滋长。

2.2 实验用水与接种污泥

实验用水为合成废水，模拟城市污水水质，水质指标见表1。实验接种的污泥取自城市污水处理厂反应池曝气末端混合液。将混合液静置1 h，弃去上清液及沉降性差的污泥，剩下的污泥作为实验接种污泥。

表1 原水水质参数 g/L

2.3 聚磷菌的培养驯化

本实验的反硝化聚磷菌的培养驯化主要分为两个步骤：首先，通过厌氧/好氧条件下培养出具有高效的除磷性能的聚磷菌。好氧反应器中加入合成污水，并将从污水厂取回的活性污泥闷曝后倒入。搅拌器启动，将泥水混合均匀，使厌氧/好氧反应交替进行。运行周期包括厌氧3 h及好氧3 h，温度25 ℃左右时好氧曝气量控制在0.3 L/min。连续曝气进行驯化20 d，期间不断通过镜检来观察污泥接种和挂膜的状况。其次，通过厌氧/缺氧环境对反硝化聚磷菌进行培养富集强化。在富集强化阶段，将一定量的亚硝酸钠加入原水中，用以提高以NO2-N作为电子受体的反硝化聚磷菌含量。

3 结果与分析

3.1 不同碳源对反硝化除磷的影响

将合成废水加入3个反应器中，温度保持在25 ℃，用稀盐酸或氢氧化钠将合成废水pH调至7.0。分别选择乙酸钠、乙醇、丙酸钠作为合成废水的碳源，以硝酸盐为电子受体，COD保持在200 mg/L左右，在厌氧/缺氧的条件下运行。经过驯化反硝化除磷效果比较稳定，连续监测了稳定运行50 d，采用不同碳源的各个反应器中上清液磷的浓度变化及去除情况，如图1～图3所示。

3个反应器进水磷浓度相同，以乙酸钠、乙醇、丙酸钠为碳源驯化的反应器稳定运行50 d，期间各项指标对比情况见图4。其中，以乙酸钠、乙醇、丙酸钠为碳源的反应器，对总磷的去除率分别为92.8%,58.9%,81.3%，平均出水TP分别为0.31 mg/L,1.85 mg/L,0.82 mg/L。说明以乙酸钠为碳源驯化的污泥，总磷的去除率最高，其次是丙酸钠驯化的污泥，以乙醇为碳源驯化的污泥的除磷效果较低。实验结果表明乙酸钠是更利于反硝化除磷系统利用的碳源。

3.2 不同COD浓度对反硝化除磷的影响

从图5可以看出，三个厌氧反应器都发生了厌氧释磷现象，反应开始后1 h内释磷量分别在75%,81%和86%，2 h和3 h时释磷量趋于平缓，说明厌氧释磷现象在初期明显，之后随着时间变长变化不大。COD浓度为80 mg/L左右时，释磷量为7.98 mg/L，随着进水COD浓度的增加，释磷量有显著增加，COD浓度为220 mg/L左右时最大释磷量达到了13.12 mg/L。说明随着COD浓度的增加，足够的碳源提供能量分解并释放多聚磷酸盐。

在厌氧释磷结束后，经好氧反应器进入缺氧反应器，进行缺氧吸磷，图6为3 h后测得各个反应器吸磷结果。

从图6可以看出，实验中3个缺氧反应器都出现了吸磷现象，经测定COD浓度为80 mg/L,150 mg/L和220 mg/L时，TP浓度3 h后分别为2.81 mg/L，1.09 mg/L，4.9 mg/L。由此可见，缺氧吸磷的效果最好COD浓度为150 mg/L，此时，磷去除率高达92%。当COD浓度为220 mg/L时，吸磷效果并不好，分析有两个原因：首先，虽释磷菌过量释磷，但水中的磷酸盐远超出了其吸磷负荷；其次，当COD浓度供大于需时，剩余的有机物进而在缺氧吸磷阶段被反硝化菌优先利用，进行了反硝化作用，从而抑制了缺氧吸磷。当COD为80 mg/L时，吸磷能力下降的原因主要是由于有机物浓度不足，导致厌氧释磷不充分。

4 结语

双污泥SBR反硝化除磷系统处理模拟城市生活污水的研究结果表明，在初始情况相同情况下，选择乙酸钠、乙醇、丙酸钠为碳源总磷的去除率对比，结论是乙酸钠是更利于反硝化除磷系统利用的碳源，总磷的去除率为92.8%。进水COD浓度为150 mg/L反硝化除磷效果最佳，磷去除率达到92%，整个过程运行稳定。