樊杰;陶涛;柴成山
【摘 要】采用两组A/A/O方式运行的SBR反应器,溶解氧分别控制在2～4 mg/L(对照组)和6～8 mg/L(过量曝气组),通过试验对比研究了过量曝气对聚磷菌厌氧释磷、缺氧吸磷、好氧吸磷性能的影响.结果表明:过量曝气初期,出水磷浓度低于对照组,一周后出水磷浓度开始上升,除磷率下降了18％;过量曝气时,厌氧释磷量是对照组的1.45倍,释磷速率不变,缺氧吸磷量增加,但反硝化聚磷菌的比例减少,好氧吸磷量和吸磷速率均降低,分别为对照组的75％和68％,而内源损耗引起的无效释磷和好氧吸磷能力降低是除磷效果变差的主要原因;过量曝气使污泥的SVI值升高,平均粒径减小,出水SS略优于对照组,污泥的含磷量降低,总磷去除效果变差,长期过量曝气,将会导致生物除磷过程的恶化. 【期刊名称】《安全与环境工程》
【年(卷),期】2013(020)004
【总页数】5页(P62-66)
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【关键词】过量曝气;聚磷菌;厌氧释磷;缺氧吸磷;好氧吸磷
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【作 者】樊杰;陶涛;柴成山
统筹学【作者单位】武汉科技大学城市建设学院,武汉430065;华中科技大学环境科学与工程学院,武汉430074;华中科技大学环境科学与工程学院,武汉430074
【正文语种】中 文
【中图分类】X703.1
0 引 言
曝气是好氧段发生硝化过程和吸磷过程的必要措施，一般而言，曝气池中溶解氧（DO）维持在2～3 mg／L就可以取得良好的污染物去除效果。然而在污水厂的实际运行中，在缺乏有效的曝气控制、雨季低负荷运行、冬季氧传质效果较好等情况下，常常会出现好氧段DO浓度高达6～9mg／L［1］的过量曝气现象。过量曝气不仅是一种能量的浪费，更会对除磷效果、污泥絮体结构和污泥胞外聚合物［2］产生影响，但对COD、TN、氨氮去除的影
响不明显［3］。为此，本文通过试验研究了过量曝气对聚磷菌（PAOs）厌氧释磷、缺氧吸磷、好氧吸磷性能的影响，以期对除磷过程的需氧量进行优化控制。
1 试验材料与方法
1.1 试验用水
试验用水采用人工配水，按COD 150mg／L、氨氮20mg／L、正磷酸盐3mg／L配置，1L污水加入微量元素溶液1mL，其组成详见表1。
表1 试验用水组成Table 1 Composition of synthetical influent
realx1.2 试验装置
采用两组SBR反应器，每组反应器由容积为5L的烧杯构成，控制有效水位在4.5L，排除比为0.75。运行程序为：进水10min，厌氧1h，缺氧1.5h，好氧4 h，沉淀0.5h，运行程序由时间控制器控制。厌氧时只开启磁力搅拌器；缺氧时采用潜水泵投加KNO3溶液，连续投加3min，投加完毕后反应器内NO－3－N浓度为10mg／L左右；好氧时开启曝气机进行充
氧，为避免好氧生成的硝酸盐对厌氧释磷的不利影响，每周期末用自来水洗泥1次，静止澄清后排出清洗水，闲置，并每天在好氧末排除一定体积的污泥混合液，保证污泥龄SRT为10d、MLSS为1 500mg／L左右。试验污泥接种自武汉市龙王嘴污水处理厂。高尔夫球会
1.3 试验方法及分析项目
两组SBR反应器，一组为对照组，好氧段DO控制在2～4mg／L，另一组为过量曝气组，DO控制在6～8mg／L（冬季），对比两组的除磷效能。
测试指标和方法如下：水样经0.45μm滤膜过滤后采用钼锑抗分光光度法测定正磷量（即溶解性正磷酸盐SOP）；SS由哈希多功能水质测定仪（HACH DR2400）测定；粒径由激光粒度分析仪（RISE－2002）测定；污泥的含磷量参照文献［4］的方法测定；反硝化聚磷菌（DPB）的比例按照缺氧吸磷速率与好氧吸磷速率的比值来表达DPB占全部PAOs的比例［5］。
2 试验结果与讨论
2.1 过量曝气对厌氧释磷的影响
进水在试验前一晚配置，在水箱储存过程中磷酸盐会与配水中的镁离子、铁离子形成沉淀，因而试验开始时实测的进水正磷量为2.0～2.5mg／L，厌氧末对照组和过量曝气组出水的平均释磷量分别为1.84mg／L、2.66mg／L，过量曝气使厌氧释磷量增大，见图1。以单个周期而言（见图2），厌氧前40min内，两组的释磷速率相等，40min后对照组的释磷作用趋于平缓，而过量曝气组还在继续释磷，导致其释磷量大于对照组；但两组在厌氧段降解的COD差别不大，说明过量曝气时磷的释放量不是由有机物的吸收量决定的。
2.2 过量曝气对反硝化吸磷和好氧吸磷的影响
2.2.1 吸磷量
好氧末的磷浓度见图3。运行初期好氧末对照组、过量曝气组出水的平均SOP分别为1.12 mg／L、0.83mg／L，过量曝气组的除磷效果优于对照组；过量曝气一周后，好氧末对照组的磷浓度为0.82mg／L，过量曝气组的磷浓度达到1.25mg／L左右，过量曝气组的除磷率由65%下降为47%，除磷效果变差。彭赵旭等［6］、陈晓旸等［7］也发现曝气量增加时除磷效率反而降低，与本文的结论一致。
图3 好氧末的磷浓度对比图Fig.3 Phosphate concentration at the end of aerobic period
厌氧释放的磷，在缺氧段被反硝化聚磷菌吸收，在好氧段被反硝化聚磷菌、普通聚磷菌共同吸收。图4为运行初期、末期的厌氧释磷量、缺氧吸磷量、好氧吸磷量对比图，而通过分析运行初期、末期的厌氧释磷量、缺氧吸磷量、好氧吸磷量可以揭示除磷效果变差的原因。由图4分析可知：①过量曝气组的释磷量在运行初期、末期分别为对照组的1.29倍、1.46倍，表明长期过量曝气后聚磷菌的厌氧释磷能力增强；②过量曝气组的缺氧吸磷量在运行初期为对照组的1.99倍，末期为对照组的1.45倍，由于吸磷量一般随厌氧释磷量的增大而增大，所以过量曝气组的缺氧吸磷量始终高于对照组，与之相对应的是过量曝气时总氮去除率较高（对照组、过量曝气组的总氮去除率分别为21%、36%），可能是过量曝气时反硝化除磷效果较好而引起的；③过量曝气组的好氧吸磷量在运行初期为对照组的1.09倍，末期仅为对照组的75%，单个周期内对照组和过量曝气组的吸磷速率（见图5）分别为0.41mg／（L·h）、0.28mg／（L·h）。黄健等［8］也发现DO会影响吸磷速率，过量曝气后污泥的好氧吸磷量、吸磷速率均低于对照组，好氧吸磷能力弱化。通过上述三个方面的分析发现，厌氧段释放了过多的磷，而好氧段的吸磷下降，对照组、过量曝气组的总吸磷量与释磷量的比值分别为1.66、1.16，释磷与吸磷的比例失衡是导致除磷效果变差的原因。
贵州省公路局局长
图4 运行初期、末期厌氧释磷量、缺氧吸磷量、好氧吸磷量对比图Fig.4 Phosphorus release and uptake in anaerobic／anoxic／aerobic state
图5 单个周期内好氧段的磷吸收曲线Fig.5 Typical Phosphorus uptake curves in aerobic period
图6 磷的吸收量与磷的厌氧释放量的比值Fig.6 Ratio of phosphorus uptake and anaerobic release
2.2.2 磷代谢能力
一般而言，磷的吸收量与磷的厌氧释放量相关，对照组和过量曝气组的磷厌氧释放量不同，故采用磷吸收量与磷厌氧释放量（简称磷释放量）的比值来分析磷代谢能力，见图6。对照组以好氧除磷为主，过量曝气组缺氧除磷和好氧除磷各占50%。缺氧时，对照组、过量曝气组的磷吸收量与磷释放量的比值分别为0.53、0.56，表明过量曝气时反硝化除磷加强，但随着运行时间的延长，磷吸收量与磷释放量的比值逐渐降低，反硝化除磷有变差的趋势。好氧时，对照组、过量曝气组的磷吸收量与磷释放量的比值分别为1.06、0.78，表
明过量曝气对好氧吸磷能力的负效应较大，且过量曝气后好氧吸磷量与厌氧释磷量不再相关（对照组的好氧吸磷量与厌氧释磷量具有较好的相关关系），好氧吸磷与厌氧释磷的比例失调，见图7。出现上述现象的原因在于，过量曝气会消耗聚磷菌胞内用于吸磷的PHB［9］，污泥厌氧时储存的PHB先被缺氧段的反硝化聚磷菌利用，好氧时可利用的PHB更少，导致磷不能有效吸收，此种情况下虽然磷的释放量增加，但这种内源损耗引起的磷的释放也只能视为无效释放［10］，只有在聚磷菌胞内的PHB积累到一定程度，系统的除磷效率才能恢复［11］。
图7 好氧吸磷量与厌氧释磷量的相关性对比Fig.7 Correlation between aerobic uptake and phosphorus release
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