藻菌比对低碳氮生活污水处理效能的影响

马兴冠,宁惠婕,刘金金,简文浩

(沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁 沈阳 110168 )

目前我国污水处理厂进水的碳氮比普遍比较低，导致现有污泥系统对氮磷的去除效果差，污水处理厂通常采用投加碳源的方法来提高污水的处理效果，增加了购买碳源药品的成本。因此，低碳氮比污水处理氮磷的难题成为近些年的研究热点[1-4].小球藻作为光合自养型生物,具有良好的脱氮除磷的效果，作为绿色能源具有很好的应用价值[5-13]。樊杰等[14]利用由水生藻类和活性污泥组成的藻菌共生体系来处理生活污水。研究发现不同藻菌比对生活污水中氮、磷的去除率具有很大的影响，对COD的去除率没有显著影响。合适的藻菌比有利于改善藻菌共生体系的去除效果[15-17]。刘乐然[18]在柱状光生物反应器中构建的藻菌共生系统处理二级出水的最佳运行条件为藻泥比例为5∶1。笔者探究藻菌共生培养体系中最佳的藻菌接种初始质量比，达到对低碳氮比污水较好的去除效果。

1 试 验

1.1 试验用水与接种污泥

试验进水模拟低碳氮比生活污水水质条件，将乙酸钠作为碳源，NH4Cl为氮源，K2HPO4为磷源，按照微生物的生长需求，添加微量元素0.1 mg/L。试验用水主要水质指标如表1所示。

表1 试验用水主要水质指标

反应器在初次启动时所接种的好氧活性污泥来自辽宁省抚顺市三宝屯污水处理厂，连续运行一个月，完成好氧活性污泥的驯化的过程，污泥容积指数SVI为120，好氧活性污泥活性良好。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 水质检测方法

水质指标根据《水和废水监测分析方法》操作方式进行检测。测定项目及分析方法如表2所示。

表2 测定项目及分析方法

1.2.2 生物质干重的测定

干重法:将称量瓶与滤纸于烘箱中105 ℃烘干2 h，称量质量为m0，取10 mL小球藻与100 mL活性污泥通过真空泵于滤纸表层抽干后放于烘箱中105 ℃烘干2 h，称得质量为m1。生物量干重为

V=(m1-m0)/v.

<1)，且各件产品是否为不合格品相互独立．

(1)

式中：V为生物量干重，g/L;m0为称量瓶和滤纸烘干至恒重的质量，g;m1为取样后样品和称量瓶和滤纸烘干至恒重的质量，g;v为取样的体积，L。

1.3 试验过程

试验装置采用6个1 L三角烧瓶，小球藻购于国家藻种中心，于BG11培养基中进行光照富集培养。6个反应器内接种的初始生物质量浓度为0.45 g/L，小球藻与活性污泥的接种质量比为6∶1，3∶1，1∶1，1∶3，1∶6，0∶1于恒温光照培养箱中进行培养，温度为26 ℃，光暗比为12∶12，pH为6.5到7，反应后取上清液化验COD、氨氮、总磷指标，确定小球藻与活性污泥构成的处理效果最好的藻菌比。

2 试验结果与分析

2.1 各反应器变化及去除效果

图1 各个反应器的去除效果

从氨氮的变化规律来看，单独的活性污泥体系对氨氮的处理效果不是很明显，添加小球藻构成的藻菌共生体系对氨氮的去除效果明显优于纯污泥反应器。因为小球藻通过光合作用产生氧气供给好氧微生物进行呼吸作用，同时微生物产生的CO2可以为微藻吸收,达到互利共生的状态。活性污泥中硝化细菌通过硝化作用将氨氮转化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，同时小球藻吸收利用氨氮合成生物质，达到了对氨氮很好的去除效果。

2.2 各反应器COD变化及去除效果

各个反应器对COD的去除效果如图2所示。反应第2天藻菌共生体系对COD都有较大的去除效果，减少到48～60 mg/L，都达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级B排放标准60 mg/L。m(藻)∶m(泥)=1∶6时对COD的去除率最高达到了70%。反应第3天，藻泥质量比为6∶1，3∶1，1∶1，1∶3，1∶6的反应器对COD的去除率分别达到了75%，76.3%，72%，79%，81%，均优于纯活性污泥反应器53%的去除率。

图2 各个反应器COD的去除效果

从COD的去除规律来看，微藻比越高，COD的去除率相对越低，可见在藻菌共生体系中合适的藻菌比例很重要，过高的藻菌比例会导致处理效果变差。由于活性污泥是微生物菌群所构成，对污水中有机物的降解作用主要是异养细菌进行分解代谢的作用。

2.3 各反应器总磷变化及去除效果

各个反应器对TP的去除效果如图3所示。不同藻菌比例的藻菌共生体系反应开始对TP的去除效果趋于一致，对TP有较快的去除速率，但最后呈现出不同的去除效果，并且均优于纯活性污泥反应器30%的去除率。随着小球藻含量比例的增加，对TP的去除率有所提高，反应第2天，m(藻)∶m(泥)=6∶1与m(藻)∶m(泥)=3∶1中对总磷的去除效果都已经达到1 mg/L以下。反应第3天时，对总磷的去除率达到了83.2%，90.5%.m(藻)∶m(泥)=1∶3与m(藻)∶m(泥)=1∶6的反应器对总磷的去除效果不是很好，始终没有达到出水标准。分析原因是小球藻作为光合自养生物需要充分的光合的作用，随着活性污泥浓度的增大，会对小球藻的光合作用产生影响，以及小球藻的比例不高，导致对总磷的去除效果不是很好。试验最后藻泥质量比为6∶1，3∶1，1∶1，1∶3，1∶6的反应器对总磷的去除率分别达到83.2%，90.5%，75%，59%，51.5%。

图3 各个反应器TP的去除效果

从总磷的变化规律来看，细菌被认为是可以提高微藻对磷的去除效果的[19-20]。常规的活性污泥法除磷是通过厌氧释磷和好氧吸磷两个过程来完成，通过将富磷的剩余污泥排放达到对总磷的去除效果。在藻菌共生体系中小球藻对磷有高同化作用，通过生物量吸收磷合成小球藻自身生物质，提高了小球藻的能源利用价值，对污水中的磷在短时间有很好的去除效果。

3 结 论

(1)藻菌共生体系对污水处理效果明显优于纯活性污泥反应器，并且藻菌共生体系中存在最佳的接种比例。当小球藻与活性污泥接种质量比为 3∶1时，对低碳氮比污水去除效果最好，对氨氮，总磷，COD分别达到了89.76%，90.5%，76.3%。在水力停留时间为2d时，对氨氮，总磷，COD的去除效果已经达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级A排放标准。

(2)小球藻与活性污泥的共培养体系中，活性污泥对于氨氮的降解起到了主要作用，同时小球藻对氮磷有高同化作用，吸收氮磷营养元素合成自身生物质，对氨氮，总磷有很好的去除效果。细菌的存在会促进小球藻对氮磷营养物质的吸收。不同藻菌比共生体系对COD的去除效果没有显著区别。