多種環(huán)境因素對好氧-延長靜置生物除磷工藝的影響及其作用機(jī)理研究.pdf

1、在天然水環(huán)境中,不可避免存在著磷,而磷也是生物賴以生存的重要營養(yǎng)源。但水體中磷的含量過高會引起水體富營養(yǎng)化。尋求一種經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、可靠的除磷方法則成為現(xiàn)今水污染防治亟待解決的問題。
　　國內(nèi)絕大多數(shù)的污水處理廠都采用厭氧/好氧生物除磷工藝,但在實際運行過程中,A/O工藝經(jīng)常會因為暴雨,進(jìn)水成分、硝酸鹽濃度等外界因素的干擾而使得除磷性能惡化甚至可能造成整個生物除磷系統(tǒng)的崩潰。而在另一方面,A/O工藝對污水中揮發(fā)性脂肪酸的含量有較高的要

2、求。當(dāng)進(jìn)水中VFA含量不足時,需要向污水中投加一定計量的VFA以保證A/O系統(tǒng)生物除磷的正常進(jìn)行,也因為這樣使污水處理的運行成本大大增加了。A/O工藝對VFA的過度依賴嚴(yán)重制約了其在實際污水處理中的進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。
　　延長靜置段的好氧生物除磷工藝(AEI)是本課題組在研究中發(fā)現(xiàn)的一種新型生物除磷工藝。此工藝在未經(jīng)過厭氧階段的情況下直接進(jìn)行好氧曝氣也能達(dá)到良好的除磷效果。在前期的研究中,我們發(fā)現(xiàn)AEI工藝在除磷過程中對VFA的依

3、賴遠(yuǎn)低于A/O工藝,在僅以葡萄糖為碳源的系統(tǒng)中仍然能夠獲得理想的除磷效果。因此AEI生物除磷工藝的成熟與確立可能開發(fā)出一種經(jīng)濟(jì),便捷,穩(wěn)定的生物除磷工藝。本課題在國家自然科學(xué)基金的資助下,研究幾種關(guān)鍵的環(huán)境因素(即pH值、碳源、曝氣強(qiáng)度以及靜置時間)對AEI生物除磷工藝的影響及影響機(jī)理,進(jìn)一步完善AEI生物除磷理論。
　　研究結(jié)果表明:在pH值對AEI生物除磷工藝的影響研究中,選取的三個pH值(7.0±0.2,7.5±0.2,8.

4、0±0.2)條件下,當(dāng)pH值為7.5±0.2時,系統(tǒng)的除磷效率最高,此時AEI除磷系統(tǒng)的平均除磷率達(dá)到97.8％。在實驗中發(fā)現(xiàn)AEI生物除磷工藝對pH值表現(xiàn)出較A/O工藝更高的適應(yīng)性,雖然不同的酸堿度條件下系統(tǒng)表現(xiàn)出來的除磷能力各不相同,但是總體除磷效果仍然能保持較高水平。研究中發(fā)現(xiàn)pH通過影響微生物細(xì)胞膜表面的電勢差,一方面影響乙酸被動擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的動力,另一方面則會改變乙酸主動運輸過程中的能量需求,而當(dāng)pH值為7.5±0.2時,微生

5、物體內(nèi)與除磷過程相關(guān)的兩種關(guān)鍵酶活性最高,此時系統(tǒng)中聚磷菌也出于競爭優(yōu)勢地位。
　　在以VFA為碳源的AEI生物除磷研究中,分別選取乙酸和丙酸作為其單一碳源,兩個反應(yīng)器均能夠很好的實現(xiàn)磷的去除,以乙酸為碳源的AEI生物除磷反應(yīng)器能夠更快的達(dá)到自身除磷最大值,此時乙酸反應(yīng)器中平均除磷量達(dá)到14.7mg/L,而以丙酸為單一碳源的AEI生物反應(yīng)器在經(jīng)過更長時間的馴化后,其除磷效果較前一階段又有提升,其平均除磷率由70%增加至92%。機(jī)理

6、研究表明,當(dāng)馴化時間延長,丙酸反應(yīng)器中兩種與除磷相關(guān)的關(guān)鍵酶活性明顯提高,系統(tǒng)中聚磷菌在與聚糖菌的競爭中所表現(xiàn)出的優(yōu)勢更為明顯,在好氧階段糖原的合成量也隨之下降,從而使系統(tǒng)中通過水解等作用產(chǎn)生的能量更多的用于聚磷的合成,最終導(dǎo)致其除磷效率得到改善。
　　AEI生物除磷系統(tǒng)在不同曝氣強(qiáng)度下,當(dāng)曝氣量為200L/h時,系統(tǒng)除磷效果較好,除磷效率達(dá)到85%以上,此時系統(tǒng)污泥的沉降性能較好。曝氣量繼續(xù)加大到400L/h后,盡管除磷率較20

7、0L/h時更高,但此時系統(tǒng)中污泥發(fā)白,沉降性能變差。進(jìn)一步研究表明,在AEI生物除磷過程中曝氣強(qiáng)度一方面在好氧階段由于氧氣供給關(guān)系的變化導(dǎo)致氧化還原當(dāng)量的過程受到影響,進(jìn)而影響整個除磷過程的能量供給關(guān)系,另一方面通過影響與聚磷合成相關(guān)的外切聚磷酸酶的活性來對系統(tǒng)除磷效率產(chǎn)生影響。
　　在對AEI反應(yīng)周期的不同靜置時間對其影響的研究中,當(dāng)靜置時間為8h時,系統(tǒng)除磷效率最高,其平均除磷率達(dá)到95.18%。隨著靜置期的延長,微生物體內(nèi)磷

8、酸激酶的活性也隨之增加。由于磷酸激酶的作用,微生物在靜置期的聚磷水解得以順利進(jìn)行,為下一周期好氧吸磷提供基礎(chǔ),系統(tǒng)除磷效率的變化規(guī)律表現(xiàn)為隨靜置期的延長而增加。在不設(shè)置靜置期時,微生物的釋磷作用將會發(fā)生在下一周期的好氧曝氣初期,且微生物體內(nèi)的聚磷將不斷累積,當(dāng)聚磷在微生物體內(nèi)達(dá)到某一濃度后將不再增加,此時系統(tǒng)的除磷能力不斷惡化,甚至可能喪失。
　　通過對四種環(huán)境因素對AEI生物除磷過程的影響以及對其過程產(chǎn)生作用的原理的深入分析與探