微好氧BNR系統(tǒng)的高效除磷及其磷回收研究.pdf

1、磷是導致水體富營養(yǎng)化的關鍵因素，因而，各國制定的污水排放標準中針對污水廠出水磷的濃度更為嚴格。對實際污水處理廠調(diào)研表明，生物營養(yǎng)物去除(BNR)系統(tǒng)好氧階段的曝氣成本占污水廠運營總費用的50％～80％，同時發(fā)現(xiàn)絕大部分污水廠存在曝氣過量現(xiàn)象，過曝氣不僅增加運行成本，還容易引發(fā)系統(tǒng)失效。若污水廠在低溶解氧(DO)濃度條件下穩(wěn)定達標運行，整個污水廠的處理能耗可大幅降低。此外，在磷的自然循環(huán)中，磷礦資源是由陸地向海洋的單向遷移，若不回收將會引

2、起磷礦枯竭，因此，其回收利用已受到國際社會的廣泛關注。側流磷回收是將SBR反應器厭氧末期上清液按一定比例提取以剝奪BNR系統(tǒng)中磷等污染物，使其發(fā)生化學反應并生成可溶性磷酸鹽結晶體，最終形成純化學污泥沉淀后排除系統(tǒng)的技術。在此過程中，系統(tǒng)COD/P比有所上升，一定程度緩解了實際工程中污水生物除磷普遍面臨的碳源(COD)不足問題。因此，將側流磷回收技術與微好氧BNR系統(tǒng)耦合以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)磷的高效去除及磷資源的回收再利用，具有一定的環(huán)境與經(jīng)濟效

3、益。
　　本研究第一階段實驗共進行127天，采用兩個交替厭氧/好氧(An/O)模式的SBR反應器，考察了不同溶解氧濃度下BNR系統(tǒng)的除磷性能。
　　研究表明，對照組反應器R1未控制DO，好氧末期DO≥6 mg·L-1，前65天內(nèi)系統(tǒng)除磷性能穩(wěn)定，出水總磷濃度＜0.5 mg·L-1，但由于長期過曝氣作用，97天后系統(tǒng)除磷性能徹底惡化，整個實驗階段(0～127 d)出水總磷一級A達標率僅為39.4％。實驗組反應器R2好氧段DO濃

4、度分別控制為2、1、0.5、0.2、0.1 mg·L-1，各階段運行初期系統(tǒng)除磷性能均出現(xiàn)小幅波動，但隨后除磷率迅速回升且系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行，整個實驗階段出水總磷一級A達標率為94.6％，工藝性能遠遠高于R1。研究還發(fā)現(xiàn)，較低DO條件下污泥比吸磷速率變化較大，當DO=2 mg·L-1時系統(tǒng)比吸磷速率達到最大值，DO控制在1～2 mg·L-1可兼顧高效吸磷及避免過量曝氣，為最優(yōu)工況。此外，超低DO（0.1 mg·L-1）條件下雖然發(fā)現(xiàn)污泥微

5、膨脹，但出水總磷均能達標，說明微好氧BNR系統(tǒng)的節(jié)能除磷具有可行性。
　　第二階段實驗采用交替厭氧/好氧(An/O)運行的SBR反應器，在不同DO濃度（不控制、1、0.5、0.1 mg·L-1）條件下提取不同側流比(0、1/4、1/3、1/2)厭氧上清液研究BNR系統(tǒng)的脫氮除磷效果及相應的磷回收性能，并考察各工況下BNR系統(tǒng)污泥利用不同電子受體的吸磷性能。
　　結果表明，對于不控制溶解氧濃度的反應器，整個實驗階段系統(tǒng)對COD

6、的去除較為穩(wěn)定，去除率均在83.1％以上，而三個批次的側流比實驗中系統(tǒng)NH4+-N去除率不斷降低，其中第三批次側流比實驗系統(tǒng)出水NH4+-N濃度上升至2.6 mg·L-1，但去除率仍保持在93.6％以上。此外，三個批次側流比實驗的生物除磷率依次為95.9％、91.7％、89.1％，前兩批次實驗系統(tǒng)的除磷率均穩(wěn)定高效，但在第三批次側流比實驗中，提取1/2側流比后系統(tǒng)除磷性能開始波動，除磷率最低為54.2％。研究還發(fā)現(xiàn)，長期提取側流比有利于

7、污泥減量，對污泥沉降性能影響不大。同時發(fā)現(xiàn)，長期提取厭氧上清液導致系統(tǒng)聚磷菌釋磷性能逐漸下降，從而使系統(tǒng)逐步失去利用富磷上清液進行化學磷回收的優(yōu)勢。DO=1mg·L-1條件下，各個實驗工況中的NH4+-N去除性能均穩(wěn)定高效，但實驗后期系統(tǒng)COD出水的殘余量達到81.3 mg·L-1。在不提取側流比實驗階段BNR系統(tǒng)的平均除磷率為89.4％，側流比分別為1/4、1/3，除磷率不斷上升至98.5％、99.0％，然而在側流比為1/2階段，除磷

8、性能出現(xiàn)波動，除磷率降至65.4％。整個實驗過程中，隨著側流比的增大磷回收率也逐漸上升。同時，系統(tǒng)TN去除率在側流比為1/2時迅速下降，最低為50.9％。分析表明，通過提取厭氧富磷上清液以強化低好氧BNR系統(tǒng)除磷性能的最優(yōu)側流比工況為1/3側流比。DO=0.5 mg·L-1條件下，整個實驗階段系統(tǒng)中COD與NH4+-N均能實現(xiàn)穩(wěn)定高效去除。在提取0、1/4、1/3、1/2側流比實驗中，平均除磷率分別為92.1％、90.5％、95.2％、

9、95.3％，說明提取厭氧上清液對微好氧BNR系統(tǒng)除磷影響較小。此外，長期微好氧系統(tǒng)中，增大側流比污泥增殖量隨之逐漸減小，但對污泥沉降性能影響甚微。DO=0.1 mg·L-1條件下，提取不同側流比對系統(tǒng)COD的去除幾乎沒有影響，且側流比為0、1/4、1/3系統(tǒng)對氨氮的去除穩(wěn)定高效，但1/2側流比系統(tǒng)NH4+-N去除性能不斷下降并出現(xiàn)較大波動，氨氮去除率最低為74.5％。另外，在未提取側流比實驗中，系統(tǒng)平均除磷率為87.4％，1/4側流比的

10、除磷率逐漸上升至91.5％，但1/3、1/2側流比除磷率逐漸降低，因此，在超低溶解氧條件下提取1/4側流比進行磷回收并保證系統(tǒng)高效除磷具有可行性。
　　對比不同DO濃度梯度實驗結果得出，增大側流比系統(tǒng)厭氧釋磷量逐漸降低，且DO=0.1 mg·L-1條件為BNR系統(tǒng)釋、吸磷量最低工況。此外，控制溶解氧條件下各工況運行穩(wěn)定后分別投加25 mg·L-1 NO2--N與NO3--N作為聚磷菌電子受體的缺氧吸磷小試發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)污泥均能以NO3