硝化液回流比对ABR-MBR工艺反硝化除磷效能的影响

图6中PO43--P系统沿程变化更加直观地表达了不同硝化液回流比对除磷性能地影响.首先,随着硝化液回流比增加(100%~300%),系统厌氧段(ABR第2隔室)释磷量从3.1mg˙L-1上升为7.7mg˙L-1,缺氧吸磷量从8.96mg˙L-1上升到14.75mg˙L-1,表明在硝化液回流比较低的情况下,NOx--N是反硝化除磷的限制条件之一,NOx--N浓度的增加强化了DPB的代谢活性.

图6不同硝化液回流比下P的沿程变化规律

其次,当硝化液回流比继续增大到400%时,厌氧释磷量亦继续增大,达到了8.8mg˙L-1.这与王聪等A2O-BCO系统在硝化液回流比为400%时,厌氧段释磷量减少,但反硝化除磷量提高的结果相反,主要是因为回流方式不同,本研究的ABR-MBR系统中厌氧段受回流污泥中NOx--N的影响不大,且由于厌氧段碳源充足,因此释磷量不减反增.

但是由于缺氧段NOx--N负荷过高,大部分NOx--N未经缺氧区反硝化除磷环节直接随水流走,造成NOx--N的“未脱先离”现象,导致吸磷量减少;另外,回流比的增大导致缺氧段的实际水力停留时间缩短,大部分污泥无法经历完整的厌氧释磷和缺氧吸磷过程,因此,大部分DPB无法形成较高的吸磷动力,使DPB的缺氧吸磷能力受到一定的影响;除此之外,回流比过大会将大量DO带入缺氧段,从而破坏缺氧环境,同样会抑制DPB的缺氧吸磷能力.

2.4硝化液回流比为300%时系统同步去碳脱氮除磷的效能分析

综上分析,在硝化液回流比为300%的情况下,反硝化除磷效果最佳.因此对这个条件进行深入分析,通过改变MBR的HRT将其分为3个阶段.当硝化液回流比为300%时,厌氧段平均释磷量为7.7mg˙L-1,用于供给DPB释磷过程的COD平均值为137.24mg˙L-1,占进水COD的比例最大,说明有机物充足,在厌氧段DPB可利用外碳源充分释磷,系统释磷性能良好.

图7在不同HRTMBR下PO43--P、NOx--N和COD同步去除效能分析

由图7(a)可知,当HRTMBR=3h时,MBR中实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到60%,缺氧段出水NO2--N浓度平均值低于0.1mg˙L-1,而缺氧段出水NO3--N在0.1~1.0mg˙L-1之间,缺氧段出水PO43--P浓度平均值为0.46mg˙L-1,系统出水PO43--P浓度平均值为0.37mg˙L-1.

由此可见,这个阶段的除磷主要是通过以NO2--N为电子受体的反硝化除磷完成.Zeng等认为,原水中COD含量较低及厌氧区亚硝酸盐的存在是导致A2O工艺除磷效果恶化的主要原因之一,本研究中短程硝化阶段厌氧释磷段COD含量较高且厌氧区几乎不存在亚硝酸盐,因此获得了较高的短程反硝化除磷效果.

由图7(b)和7(c)可知,当HRTMBR逐渐增大到4h、5h后,MBR中短程硝化被破坏,出水以NO3--N为主,这是因为随着HRTMBR的增大,硝化菌有足够的时间来完成对氨氮的硝化过程.厌氧段由于COD浓度变化不大,DPB依旧能充分释磷,但是缺氧段吸磷效果却逐渐下降,导致出水PO43--P浓度有所上升.

造成此种现象的原因除了缺氧的环境条件下吸磷效率原本就低,主要还是DPB在第一阶段已被驯化成主要以NO2--N为电子受体来实现反硝化除磷的菌种,因此,NO2--N向NO3--N的转化影响了DPB的缺氧吸磷能力;除此之外,碳源过剩也是原因之一,过剩的有机物(尤其是VFA)在缺氧段很容易被反硝化菌优先利用进行反硝化脱氮,而消耗了本应用于DPB缺氧吸磷的电子受体,从而降低缺氧吸磷量.

上述原因最终导致了反硝化除磷效果在这个阶段并未像硝化液回流比较低时的几个阶段一样逐步上升,而是有所下降.

3结论

(1)本研究构建的ABR-MBR组合工艺实现了对生活污水稳定的COD、NH4+-N去除效果.试验期间,系统在不同硝化液回流比下出水COD浓度均低于50mg˙L-1,出水NH4+-N浓度均在5mg˙L-1以下,去除率均达到了90%以上.随着硝化液回流比从100%增加到400%,出水TN平均质量浓度分别为29.67、19.25、14.78和11.89mg˙L-1,TN平均去除率分别为46%、65%、72%和78%.

(2)系统实现了低C/N比条件下的反硝化除磷,反硝化除磷量占系统除磷量的比例分别为87.7%、93.8%、98.4%和84.2%,反硝化除磷效果随硝化液回流比从100%增加到400%先升高后下降,在300%时取得最优效果.

(3)系统在硝化液回流比为300%,HRTMBR=3h时,MBR中实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到60%,缺氧段出水PO43--P浓度平均值为0.46mg˙L-1,系统出水PO43--P浓度平均值为0.37mg˙L-1.这个阶段的除磷主要是通过以NO2--N为电子受体的反硝化除磷完成.因此,在处理低C/N比生活污水,以NO2--N为电子受体的反硝化除磷对有限碳源的利用率更高,短程硝化更有利于磷的去除.

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