基于磷酸鹽還原的超高鹽高磷廢水除磷研究.pdf

1、三峽庫區(qū)特色榨菜產(chǎn)業(yè)每年向三峽庫區(qū)排放大量高鹽高氮磷廢水,對庫區(qū)水環(huán)境形成嚴重威脅。對于這類高鹽高磷廢水,采用現(xiàn)有除磷方法,存在高鹽條件下聚磷菌除磷系統(tǒng)構(gòu)建困難、化學(xué)富磷污泥處理處置的二次污染問題,以及脫氮除磷之間的矛盾。本研究創(chuàng)新性地將磷酸鹽還原反應(yīng)這一除磷新途徑引入到高鹽高磷廢水的處理上,認為該除磷方式不僅可很好地解決除磷脫氮之間的矛盾,同時還可有效減少含鹽高磷污泥的產(chǎn)生量,提高磷的資源化利用程度。論文以超高鹽高氮磷榨菜腌制廢水為研

2、究對象,首次在好氧條件下,成功地構(gòu)建出磷酸鹽生物還原系統(tǒng)。并通過磷平衡分析,污泥中各形態(tài)磷的組成及轉(zhuǎn)化規(guī)律研究,以及污泥中結(jié)合態(tài)磷化氫(matrix bound phosphine,MBP)含量的測定,證實其除磷途徑為磷酸鹽生物還原。系統(tǒng)研究了好氧磷酸鹽生物還原系統(tǒng)除磷效能的關(guān)鍵控制參數(shù)(環(huán)境因子、工藝條件、底物條件),在此基礎(chǔ)上從生物膜微生態(tài)機制及磷形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的角度探討了好氧磷酸鹽還原系統(tǒng)的除磷機理。本研究得出了如下主要結(jié)論：

3、
　　 ⑴分別在好氧及缺氧條件下,采用兩階段鹽度提升方式啟動反應(yīng)器均能實現(xiàn)磷酸鹽生物還原除磷系統(tǒng)的快速構(gòu)建。26天后,COD去除率分別為95％和86％,磷酸鹽去除率分別為70％和24％。此外,進水硝酸鹽對磷酸鹽還原系統(tǒng)除磷效能影響顯著。對于缺氧磷酸鹽還原系統(tǒng)而言,當(dāng)進水濃度在105 mg/L～160 mg/L時,PO43--P去除率高達37.18％～40.52％,有利于缺氧條件下的磷酸鹽生物還原；而對于好氧磷酸鹽還原系統(tǒng)而言,較

4、高的進水硝酸鹽不利于好氧條件下的磷酸鹽生物還原。
　　 ⑵不同氧環(huán)境下磷酸鹽還原除磷系統(tǒng)的磷平衡研究表明,好氧磷酸鹽還原系統(tǒng)每日有41.8 mg/L的外源磷損失；而污泥中有155 mg內(nèi)源磷以磷形態(tài)轉(zhuǎn)化及磷酸鹽還原途徑損失,占外源磷去除量的14.2％,占系統(tǒng)磷損失總量的12.5％。缺氧磷酸鹽還原系統(tǒng)每日有14.7 mg/L的外源磷損失；而污泥中有182 mg內(nèi)源磷絕大部分在反應(yīng)器啟動初期水解成磷酸鹽,以排液相磷的形式損失,占外源

5、磷去除量的47.6％,占系統(tǒng)磷損失總量的32.2％。對兩種氧環(huán)境下污泥MBP含量進行測定,其含量均在mgPH3/kg濕泥數(shù)量級,高于文獻最高值3個數(shù)量級,進一步證實構(gòu)建的除磷系統(tǒng)均為磷酸鹽還原系統(tǒng)。
　　 ⑶對污泥中磷形態(tài)的組成分析表明,好氧磷酸鹽還原系統(tǒng)中磷形態(tài)轉(zhuǎn)化途徑為Org-P→NaOH85-P→HCl—P→NaOH-P→BD-P→H2O-P；而缺氧磷酸鹽還原系統(tǒng)由于受氧環(huán)境的影響,使得NaOH-P向BD-P轉(zhuǎn)化受到限制,

6、從而造成除磷效能較好氧磷酸鹽還原系統(tǒng)低。
　　 ⑷初始pH、DO、溫度、填料填充比和有機負荷等因素對SBBR反應(yīng)器磷酸鹽生物還原除磷效能影響顯著。SBBR反應(yīng)器磷酸鹽生物還原除磷最佳運行工況為:初始pH為8、DO為6 mg/L、溫度為30℃、填料填充比為50％、有機負荷為1.0 kgCOD/m3.d。在此工況條件下,可使進水COD和PO43--P濃度分別為4881 mg/L和49.20 mg/L的高鹽高磷廢水,出水COD和PO4

7、3--P濃度分別降至106 mg/L和15.04 mg/L,去除率分別為97.8％和69.4％。
　　 ⑸底物條件對磷酸鹽生物還原除磷效能影響顯著。初始COD/PO43--P過高過低,均不利于磷酸鹽生物還原。當(dāng)COD/PO43--P為100時,反應(yīng)器對磷酸鹽的去除率最高,平均去除率為52.93％,表明磷酸鹽還原菌(phosphate reduction bacteria,PRB)為異養(yǎng)菌。同時,在碳源充足的條件下,增加進水磷酸鹽

8、可以提高磷酸鹽去除量,并且進水磷酸鹽濃度與磷酸鹽去除量之間以及磷酸鹽去除量與COD去除量之間均存在顯著的正相關(guān)性。
　　 ⑹好氧條件下,磷酸鹽還原主體上按“磷酸鹽→亞磷酸鹽→次亞磷酸鹽→單質(zhì)磷→磷化氫”生物過程進行,包括兩個過程:一部分磷直接被PRB還原,另一部分先經(jīng)化學(xué)沉淀作用形成HCl-P轉(zhuǎn)移至污泥中,然后經(jīng)磷形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化作用轉(zhuǎn)化為PRB直接利用的活性磷。而第二個過程受初始pH值影響顯著。試驗結(jié)果表明,初始pH8有利于磷形態(tài)

9、轉(zhuǎn)化,表現(xiàn)為BD-P含量達到最高,調(diào)控著生物膜內(nèi)間隙水中的溶解態(tài)可反應(yīng)性磷(dissolved reactivity phosphorus,DRP)和可還原水溶態(tài)磷(reductive solube phosphorus,RSP)含量,最終決定著磷酸鹽還原進程。同時隨著初始pH值的升高,基體對PH3的吸附能力減弱促使其釋放。
　　 ⑺氧在生物膜內(nèi)傳遞系數(shù)的不同導(dǎo)致生物膜內(nèi)不同微環(huán)境的形成,微生物通過一定的分布排列機制在不同微環(huán)境

10、內(nèi)形成不同的種群,不同代謝功能種群形成的群體通過細菌分泌的信息素分子介導(dǎo)群體效應(yīng)機制控制著相互關(guān)聯(lián)的生化過程。DO對微生態(tài)系統(tǒng)中微環(huán)境的分布具有顯著的影響。微電位分析表明,磷酸鹽還原主要發(fā)生在ORP>-150 mV的特殊區(qū)域。當(dāng)DO高于5.5 mg/L時,適宜的微環(huán)境才能使PRB成為優(yōu)勢菌。同時曝氣量及曝氣方式的不同,還會影響生物膜內(nèi)的傳質(zhì)過程,進而影響微生物基質(zhì)降解和膜內(nèi)微生物的分布。好氧磷酸鹽還原系統(tǒng)中,各種物質(zhì)的生物降解主要由多種