污水除磷之侧流磷回收对低溶解氧EBPR系统性能的影响

1.2实验水质及接种污泥

本实验采用模拟废水，由碳源液、磷液、氮液、浓缩液及微量元素配制而成，模拟废水pH平均值为6.760.无水乙酸钠为碳源(COD=400mg˙L-1)，磷酸二氢钾(PO3-4-P=8mg˙L-1)、氯化铵(NH4+-N=40mg˙L-1)、浓缩液(1L)由45gMgSO4˙7H2O、80gMgCl2˙6H2O、21gCaCl˙2H2O、10g酵母浸膏、61g蛋白胨组成，微量元素组成参照文献[19].为满足微生物生长需要，1L模拟废水加入1mL浓缩液及1mL微量元素液.

实验所用污泥接种自兰州市七里河城市污水处理厂4号曝气池，该污水厂采用A2/O工艺，污泥具有一定脱氮除磷性能，污泥各项指标性能良好.

1.3分析项目及方法

所有水样均采用定性滤纸过滤后测定，水质分析项目中PO3-4-P采用钼锑抗分光光度法测定，NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，COD采用COD快速测定仪测定，MLSS(混合液悬浮固体浓度)采用滤纸重量法测定.温度、ORP(氧化还原电位)值和DO由德国Multi3420在线测定仪在线监测.

2结果与讨论2.1不同侧流比条件下EBPR系统COD、NH4+-N的去除性能

图2为不同侧流比条件下系统COD、NH4+-N去除性能.控制DO=1mg˙L-1，在提取侧流比为0、1/4、1/3、1/2的4个阶段监测日常运行时反应器进、出水COD、NH4+-N浓度及其去除率.图2(a)中，反应器在Ⅰ阶段与Ⅱ阶段对COD的去除率均高于81.9%，出水COD浓度平均值为24.1mg˙L-1，COD得以稳定去除.但在后两个阶段，COD出水浓度与去除率有所波动，Ⅲ、Ⅳ阶段中，COD最低去除率均为79.7%，出水COD的残余量达到81.3mg˙L-1.

与文献给出的侧流除磷对COD去除效果几乎无影响不同，分析认为，郝晓地等[18]的研究表明，在不断增大侧流比时，生物除磷所需最低COD/P值会不断下降(侧流比从0增大至20%时，所需最低COD/P值随之由20降至15)，即侧流比不断增大时，整个生物反应过程所需COD不断减小，本实验COD/P值并未随相应的COD/P有所降低且始终为50，因此在Ⅲ阶段与Ⅳ阶段出水有些许COD残留.

图2不同侧流比条件下系统COD、NH4+-N去除性能

由图2(b)中可得，各阶段下NH4+-N去除率仅在改变不同侧流比初期略有降低，之后快速回升至100%并实现氨氮的稳定去除.反应器在整个实验阶段(110d)对NH4+-N去除率均值为98.1%，出水NH4+-N浓度平均值为0.8mg˙L-1，工艺去除NH4+-N性能高效稳定，说明反应器中NH4+-N去除不受侧流比影响，类似的研究结论也有报道.且此时反应器在低好氧(DO=1mg˙L-1)的情况下，证明侧流比磷回收与低DO浓度(DO=1mg˙L-1)条件下的EBPR系统结合运行对去除NH4+-N影响甚微.

2.2不同侧流比条件下EBPR系统的除磷性能

图3为不同侧流比条件下系统的除磷性能.《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)规定一级A标准中总磷(以P计)排放应≤0.5mg˙L-1.由图3可见，反应器Ⅰ阶段(无侧流比)出水磷的达标率为52.9%，该阶段初期系统因刚启动出水有3d不稳定，之后除磷率最低为82.3%，平均除磷率89.4%;Ⅱ、Ⅲ阶段(侧流比分别为1/4、1/3)中，平均除磷率分别为98.5%和99.0%，出水磷达标率均远远优于Ⅰ阶段，尤其是Ⅲ阶段只有初期第一天未达到一级A标准，出水达标率为93.3%，说明侧流比升高至1/3，除磷效果也随之上升，出水PO43--P浓度逐渐下降;

Ⅳ阶段中除磷率不断波动，除磷率最低为65.4%，出水磷的达标率仅为45.5%，在1/2侧流比时，提取较多厌氧放磷上清液进行化学磷回收，此时聚磷菌在厌氧释磷和好氧吸磷的动态平衡被严重破坏，生物性能逐渐恶化，因此在1/2侧流比时抑制低好氧EBPR系统的除磷性能.说明低好氧EBPR系统在1/4、1/3侧流比条件下于回收磷的同时EBPR系统可更加高效节能稳定运行.

图3不同侧流比条件下系统的除磷性能

2.3不同侧流比条件下EBPR系统典型周期磷的变化规律

图4为不同侧流比条件下典型周期内PO3-4-P、ORP和DO的浓度变化规律.从中可知，在DO=1mg˙L-1条件下，依次提取侧流比0、1/4、1/3、1/2后厌氧段释磷量呈递减趋势，对应厌氧末期磷浓度分别为32.8、26.0、20.1、18.7mg˙L-1.

分析原因为:①提取侧流比即人为剥夺生物反应过程中厌氧释磷量，随着不断的磷剥夺，聚磷菌胞内聚磷颗粒含量减少，厌氧释磷能力逐渐减弱[20];②从图4中可以看出，厌氧阶段反硝化初期，氧化态的NOx--N被还原成N2，反应器中ORP不断下降，随后反应过程中氧化还原状态的变化幅度减小，ORP下降速率变小并逐渐趋于平缓，厌氧段末期ORP最终分别为-258.9、-233.7、-231.4、-217.8mV.

王晓玲等研究表明，在低ORP情况下，相对ORP值越高则NO3--N含量越大，即各阶段中厌氧段后期NO3--N含量依次升高.随着厌氧段NO3--N含量升高，反硝化菌与聚磷菌在污水中竞争能力逐渐增强，聚磷菌处于劣势，导致聚磷菌释磷量减少.

图4不同侧流比条件下典型周期内PO3-4-P、ORP和DO的浓度变化规律

由图4还可以看出，随着侧流比不断增大，对应吸磷时间逐渐延长，系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段的吸磷过程分别可以在120、150、180min内完成，对应好氧吸磷速率变慢，但同时发现Ⅳ阶段(1/2侧流比)吸磷过程并未完成，在好氧末期系统磷浓度为0.6mg˙L-1.综合分析表明，提取侧流比逐渐增大，聚磷菌的厌氧释磷与好氧吸磷能力均逐渐减弱，且Ⅳ阶段(1/2侧流比)之前均可实现除磷效果，说明在1/4、1/3侧流比条件下EBPR系统可实现磷的高效去除，从节约能耗与磷回收方面考虑，低好氧条件下生物除磷与侧流磷回收结合具有可行性.

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