SBR工藝脫氮除磷研究進(jìn)展

時(shí)間：2007-07-11 來源： 作者：趙耘摯，劉振鴻

　　脫氮除磷是當(dāng)今水污染控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一，為了高效而經(jīng)濟(jì)地去除氮、磷，研究者開發(fā)了許多工藝和方法。SBR工藝由于操作靈活，脫氮除磷效果好，所以得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，對于SBR工藝脫氮除磷原理的研究，又有了新的進(jìn)展。

1 SBR工藝中脫氮的研究

　　傳統(tǒng)的脫氮理論認(rèn)為，硝化與反硝化反應(yīng)不能同時(shí)發(fā)生，硝化反應(yīng)在好氧條件下進(jìn)行，而反硝化反應(yīng)在缺氧條件下完成，SBR工藝的序批式運(yùn)行為這樣的反應(yīng)條件創(chuàng)造了良好的環(huán)境；但是，最近幾年國內(nèi)外有不少試驗(yàn)和報(bào)道證明SBR系統(tǒng)中存在同步硝化反硝化現(xiàn)象（Simultaneous Nitrification and Denitrification，簡稱SND）。
　　李鋒[1]等人認(rèn)為，反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行同時(shí)硝化/反硝化的必要條件是好氧和缺氧環(huán)境同時(shí)存在，所以應(yīng)該控制DO一般在0.5～1.5mg/L這樣一個(gè)較低的水平；他們引用的數(shù)據(jù)表明，采用SBR反應(yīng)器，控制其中的DO在0.5～1mg/L，在反應(yīng)器中形成厭氧（缺氧）和好氧并存的環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)硝化/反硝化的過程。
　　但是Hong W Zhao[2]、Lesley[3]等人的研究證明，許多異養(yǎng)微生物能夠?qū)τ袡C(jī)及無機(jī)含氮化合物進(jìn)行硝化作用，當(dāng)BOD5與N的質(zhì)量比大于6.9時(shí)異養(yǎng)硝化菌對氨的氧化會起很大的作用。李叢娜[4]等人在控制SBR反應(yīng)器保持良好的好氧狀態(tài)（DO＞8mg/L），MLSS較低的情況下，對此進(jìn)行了研究，他們發(fā)現(xiàn)，在每一工作周期的前期，硝化反應(yīng)的進(jìn)行使氨氮比較徹底地轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，氨氮濃度逐漸降低同時(shí)總氮濃度也逐漸降低。并由此得出結(jié)論：在這一階段既發(fā)生了好氧硝化也發(fā)生了好氧反硝化（即同步硝化反硝化）從而導(dǎo)致了比較可觀的總氮去除率，并推斷活性污泥絮體中同時(shí)存在著異養(yǎng)硝化菌與好氧反硝化菌。
　　此外，還有學(xué)者提出了亞硝酸型生物脫氮技術(shù)[5-6]，認(rèn)為亞硝酸型生物脫氮技術(shù)具有降低能耗、節(jié)省碳源、減少污泥生成量、反應(yīng)器容積小及占地面積省等優(yōu)點(diǎn)；這種技術(shù)的核心是將硝化過程控制在亞硝酸階段，隨后進(jìn)行反硝化。Sung-Keun Rhee[7]等人利用SBR反應(yīng)器對此進(jìn)行了研究。他們的結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)中氨氮的濃度成為限制硝化細(xì)菌將亞硝酸鹽氮氧化為硝酸鹽氮的時(shí)候，自養(yǎng)型硝化菌的活性就受到了抑制，從而出現(xiàn)了亞硝酸鹽的積累；在后續(xù)的缺氧段中，所有的積累的亞硝酸鹽和硝酸鹽都能夠得到反硝化而完全去除，系統(tǒng)對總氮的去除率在85％左右。

2 SBR工藝中的除磷的研究

　　增強(qiáng)性生物除磷（Enhanced Biological Phosphorus Removal，簡稱EBPR）也是得到廣泛注意的技術(shù)，其表現(xiàn)為厭氧狀態(tài)釋放磷的活性污泥在好氧狀態(tài)下有很強(qiáng)的磷吸收能力，吸收的磷量超過了微生物正常生長所需要的磷量。一般認(rèn)為其過程為：①厭氧段：聚磷菌（PAOS）吸收廢水中的有機(jī)物，將其同化成聚羥基烷酸（PHA），其所需要的三磷酸腺苷（ATP）及還原能是通過聚磷菌細(xì)胞內(nèi)貯存的聚磷和糖原的降解來提供的，這個(gè)過程會導(dǎo)致反應(yīng)器中磷酸鹽的增加；②好氧段：聚磷菌利用PHA氧化代謝產(chǎn)生的能量來合成細(xì)胞、吸收反應(yīng)器中的磷來合成聚磷，同時(shí)，利用PHA合成糖原。
　　EBPR技術(shù)的關(guān)鍵在于厭氧區(qū)的選擇，在厭氧段合成的PHA量對于好氧段磷的去除具有決定性意義。一般而言，合成的PHA越多，則釋放的磷越多，好氧段就能吸收更多的磷。但是，控制良好的SBR反應(yīng)器，也會發(fā)生EBPR失效的現(xiàn)象，研究表明主要存在以下影響：
2.1 碳源的影響
　　研究表明，要實(shí)現(xiàn)EBPR的效果，系統(tǒng)中COD與P的質(zhì)量比的值應(yīng)大于35，BOD5與P的質(zhì)量比的值應(yīng)大于20。如果原水中短鏈脂肪酸（VFAS）的含量較高，則有利于EBPR的發(fā)生并提高EBPR的效果；厭氧段廢水中VFAS的含量應(yīng)大于25mg[COD]/L，但是當(dāng)VFAS的含量過大（＞400mg[COD]/L）時(shí)，也會導(dǎo)致EBPR的失效洞時(shí)，碳源的不同可以導(dǎo)致釋磷速率及PHA合成種類的不同。
2.2 聚磷菌與非聚磷菌競爭的影響
　　一般認(rèn)為，由于一些非聚磷菌也能夠在厭氧段吸收有機(jī)物而不用同時(shí)水解聚磷，從而形成了對聚磷菌的競爭反應(yīng)，但是競爭的引發(fā)原因，卻沒有共同的解釋。Liu[8]等人認(rèn)為，如果用葡萄糖為外碳源，容易發(fā)生聚糖菌（GAOS）與聚磷菌的競爭，但是Che Ok Jeon[9]等人的研究表明，SBR系統(tǒng)中，用葡萄糖作為碳源，也能夠達(dá)到EBPR的效果，而沒有產(chǎn)生聚糖菌的增殖。Satohl[10]等人的理論認(rèn)為，如果好氧段進(jìn)水中的氨基酸或蛋白質(zhì)的含量過低，聚磷菌的生長速率就會減慢，從而導(dǎo)致聚糖菌占優(yōu)勢；如果進(jìn)水中沒有氨基酸，則由于聚糖菌分解無機(jī)氮和核酸產(chǎn)生氨基酸的速度比聚磷菌快，從而導(dǎo)致聚糖菌占優(yōu)勢。
2.3 pH值的影響
　　聚磷菌在厭氧段時(shí)的釋磷量一般隨pH值的升高而增加，而pH值是否影響聚磷菌對有機(jī)物的吸收仍有矛盾之處。當(dāng)pH＜5時(shí)，EBPR現(xiàn)象不會發(fā)生，pH值在8.5～9.0之間是EBPR發(fā)生的最佳范圍。Che Ok Jeon等人的試驗(yàn)[11]表明，pH對聚磷菌和聚糖菌的競爭也有一定影響，當(dāng)控制厭氧段的pH在7.0（或8.0）時(shí)，聚糖菌在菌群中占優(yōu)勢，從而導(dǎo)致EBPR的失效；當(dāng)不控制pH值時(shí)，由于反硝化的發(fā)生和乙酸鹽的同化，厭氧段的pH值升高到了8.4，這時(shí)完全的EBPR是可以發(fā)生的。
2.4 好氧曝氣的影響

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