低温好氧颗粒污泥的培养及处理生活污水研究

2.2.3 对NH4+-N的去除效果

尽管反应器进水NH4+-N浓度波动较大,出水NH4+-N介于0~2.45 mg/L之间，平均值为0.50 mg/L，平均去除率为99.2%。在整个运行过程中，反应器对NH4+-N的去除率均较高，出水NH4+-N浓度能达到一级A标准。

De Kreuk等通过研究发现，将20 ℃下培养的好氧颗粒污泥直接在8 ℃下运行后污泥会发生解体，而温度由20 ℃逐步降到8 ℃条件下，颗粒污泥能保持稳定，但脱氮效果会降低;王硕等在10 ℃下运行SBAR反应器，在好氧颗粒污泥成熟后，反应器出水COD、NH4+-N和PO43--P分别达86.8、5.2和2.0 mg/L，去除率分别为84.5%、91.1%和94.1%;Bao等同样在10 ℃下运行SBAR反应器，污泥稳定后对COD、NH4+-N和PO43--P的去除率分别达(90.6%~95.4%)、(72.8%~82.1%)和(95.8%~97.9%);本试验对COD、NH4+-N和PO43--P的去除率分别达85.8%、99.2%和98.3%。说明在低温下好氧颗粒污泥反应器对污染物有较好的去除效果。

2.3 典型周期内污染物转化规律

在10 ℃下反应器典型周期内污染物转化规律如图6所示。在该周期内，MLSS为6 110 mg/L，控制曝气量为120 L/h。经过处理后，COD、PO43--P、NH4+-N、TN由612.80、5.49、62.75、63.47 mg/L分别降至59.52、0、0、20.22 mg/L。

在厌氧段的前30 min，COD浓度快速降低，从初始的230.10 mg/L降至66.62 mg/L。主要原因是：上一阶段滞留在反应器中的硝态氮发生了反硝化反应，消耗了部分COD;此外，聚磷菌在厌氧条件下会快速吸收COD来合成PHA，用于好氧段的吸磷反应。厌氧阶段结束后反应器中COD为68.79 mg/L，在接下来的好氧阶段COD浓度有所波动，整体上也有所降低，出水COD为59.52 mg/L。

在厌氧阶段聚磷菌吸收水中VFAs合成自身PHA，与此同时释放出大量磷酸盐，厌氧阶段结束反应器中PO43--P为32.48 mg/L;在好氧阶段聚磷菌利用体内储存的PHA水解产生的能量进行超量吸磷，在好氧阶段的前30 min水中磷酸盐已基本完全被吸收，出水PO43--P浓度在0.05 mg/L以下。

在厌氧阶段的前30 min ，由于NH4+-N被吸附到污泥相中，溶液中NH4+-N浓度有所下降;在接下来的30~60 min，NH4+-N浓度又有所上升，这来自于两方面的原因：第一，污泥相中的NH4+-N重新释放到溶液中;第二，氨化作用使进水中的有机氮水解为NH4+-N，导致溶液中NH4+-N浓度升高。在好氧阶段，溶液中的NH4+-N被硝化细菌氧化为硝态氮，出水中几乎检测不到NH4+-N。在厌氧阶段的前30 min反硝化反应基本完成，在好氧阶段，随着硝化作用的进行硝态氮的浓度不断升高。值得一提的是，反应器在低温下运行，硝化细菌的活性较低，硝化反应速率较慢，系统中出现了NO2--N的积累，出水NO2--N为16.19 mg/L，NO3--N为3.94 mg/L，这为进行短程反硝化提供了有利条件。系统中TN浓度由反应初的33.52 mg/L降为出水时的20.22 mg/L，TN的去除主要是发生于厌氧段前30 min的反硝化作用、好氧阶段的同步硝化反硝化作用以及微生物的同化作用。

2.4 增强脱氮效果

在厌氧、好氧交替运行方式下，反应器对氨氮有较好的去除效果，在此过程中NH4+-N主要转化为硝态氮,虽然TN得到部分去除，但去除效果并不理想，为进一步增强脱氮效果，在反应结束后使反应器缺氧搅拌运行2 h，即以厌氧、好氧、缺氧(A/O/A)方式运行，以增强反硝化效果。

由图6可以看出，在后续增加2 h缺氧搅拌过程中，NO2--N与TN浓度迅速降低，NO3--N几乎检测不到，脱氮效果明显增强，出水TN为3.05 mg/L，TN去除率达95.2%。同时COD浓度也有所降低。在此过程中NO2--N、NO3--N、TN浓度降低是因为在后续缺氧过程中发生了反硝化作用，但反硝化过程需要充足的COD，而此过程中COD降低并不明显，这可能与好氧颗粒污泥对COD的吸附与释放及微生物利用自身内碳源进行反硝化有关。

程战利在常温(20~25 ℃)下以厌氧/好氧/缺氧/好氧方式运行来增强脱氮效果，但脱氮效果仍不理想，与其相比本试验的脱氮效果明显较好，其主要原因有两点：第一，常温下NH4+-N在好氧阶段完全氧化为NO3--N，而本试验在低温下进行，硝化细菌的活性较低，NH4+-N只经过亚硝化作用，氧化产物主要为NO2--N，NO2--N反硝化时所需的碳源量较NO3--N的少，使得系统在碳源不足的条件下降低了碳源需求量。第二，低温下微生物代谢速率较慢，在好氧反应结束时系统中的COD浓度仍较高;同时颗粒污泥也可能吸附部分COD，这些COD为后续缺氧段进行反硝化提供了碳源，提高了脱氮效果。

3 结论

利用城市生活污水在东北地区秋冬季无保温措施低温下，通过厌氧、好氧交替运行方式在SBR反应器中能够成功培养出好氧颗粒污泥。在沉淀时间降为10 min后，MLSS仍能保持在6 000 mg/L以上，SVI在50~60 mL/g之间，该体系为颗粒污泥与絮体污泥的混合体，混合污泥平均粒径在300 μm左右，颗粒平均粒径在600 μm左右，污泥活性高，沉降性能好，污泥比较稳定。

在低温下培养成熟的好氧颗粒污泥对COD、PO43--P、NH4+-N都具有较好的去除效果，其去除率分别能够达到85.8%、98.3%、99.2%;在低温下微生物代谢速率慢，NO2--N有所积累，可实现短程硝化反硝化。

在好氧反应结束后增加2 h缺氧搅拌，TN的去除得到了提高，出水TN为3.05 mg/L，去除率达95.2%。